MECANICA DE SUELOS

MECANICA DE SUELOSCOMPORTAMIENTO MECANICO DE LAS ARCILLAS.INTRODUCCION.

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorizacin de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exgeno se hidrolizan.La influencia de variables ambientales (geoqumica) en el comportamiento mecnico e hidrulico de las arcillas es un hecho ya conocido en la Ingeniera Geotcnica. En la actualidad se presenta un considerable inters en el estudio de las interacciones fsico-qumicas que tienen lugar en las arcillas sometidas a acciones trmicas, mecnicas, hidrulicas y qumicas.LOS MATERIALES ARCILLOSOS EN LAS OBRAS DE CONSTRUCCIN

Frente a los otros grandes grupos usuales de materiales, bien rocosos bien suelos limosos o granulares, los materiales arcillosos se distinguen por un comportamiento y unas caractersticas que los hacen objetivo especial de los procesos de mejora. En este apartado se repasan someramente las nociones bsicas y principios necesarios para comprender la utilidad y los mecanismos que intervienen en dichos procesos.La presencia de suelos arcillosos Como se ha avanzado, la presencia de materiales naturales y su influencia en las obras de construccin es casi inevitable.

Es fcil encontrar suelos, entre los que puede haber materiales arcillosos con casi toda seguridad, en las diversas partes de una obra, ya sea de edificacin, ya de cualquier otro tipo. As por ejemplo pueden formar parte de los:a) Materiales subyacentes a la obra: En concreto bajo las cimentaciones de edificios y como asiento de terraplenes o estructuras de tierra; b) Materiales de aportacin: En que es posible que se hayan empleado como: * Rellenos bajo construcciones, por motivos tales como la falta de materiales.Podemos entender los materiales arcillosos como aqullos que poseen una parte relevante de suelos cohesivos y que como tales condicionan su comportamiento. Sin que sea preciso presuponer que ste va a ser deficiente, sino que, en ocasiones, incluso puede ser deseable como elemento de mayor estabilidad o impermeabilizacin, por ejemplo, frente a los restantes materiales existentes en las obras o en el terreno. Se pueden definir como arcillosos aquellos suelos en cuya composicin granulomtrica tienen un peso especial las partculas pequeas, cifradas stas en las de tamao inferior a dos micras.

Evidentemente no es objeto del presente el desarrollo de la teora completa y exhaustiva sobre los suelos arcillosos, sino ms bien sentar las bases para la comprensin y el diseo de las soluciones que se basan en la mejora de suelos.

En esta lnea, es posible destacar algunos conceptos o caractersticas bsicas que diferencian y justifican el comportamiento de los materiales arcillosos, que son:a) Su estructura mineral; b) La capacidad de cambio de las mismas; El tratamiento de suelos arcillosos mediantec) Las cargas superficiales de las partculas de arcilla; d) La capa doble; y e) El tamao de las partculas que las constituyen. ESTRUCTURA MINERAL DE LAS ARCILLAS.

Las partculas de arcillas se componen por agrupaciones moleculares sencillas asociadas en estructuras ms o menos complejas de disposicin repetitiva. Los esquemas bsicos de agrupacin se componen de lminas muy delgadas de unidades de mallas tetradricas y octadricas. Las unidades tetradricas se componen de iones de slice rodeados por cuatro tomos de oxgeno equidistantes del mismo constituyendo los vrtices de la forma geomtrica. Las unidades octadricas las forman seis grupos hidroxilos (OH) en los vrtices rodeando a un tomo de aluminio o magnesio.

La capacidad de cambio de la arcilla Un fenmeno muy comn en las estructuras laminares tetradricas y octadricas descritas es su propensin a la sustitucin de los iones de slice o aluminio por otros de menor carga o valencia positiva. Esto provoca una deficiencia de cargas que se refleja en una carga negativa en la superficie de la lmina.

Este fenmeno, que suele presentarse ms frecuentemente con los cationes, hace que exista un riesgo constante de sustitucin en cualquiera de las estructuras que son susceptibles de ello mientras pueda presentarse ante el mineral un catin de mayor afinidad que el previamente existente. Es lo que se conoce como la capacidad de cambio de los minerales arcillosos. La capacidad de cambio es una caracterstica de cada tipo de mineral arcilloso. A ms capacidad de cambio, ms reactividad con potenciales aportadores de cationes y, consecuentemente, mayor carga negativa superficial en las partculas de la arcilla.

La capacidad de cambio de la arcilla Un fenmeno muy comn en las estructuras laminares tetradricas y octadricas descritas es su propensin a la sustitucin de los iones de slice o aluminio por otros de menor carga o valencia positiva. Esto provoca una deficiencia de cargas que se refleja en una carga negativa en la superficie de la lminaLa sustitucin se justifica por la aparicin de cationes ms afines a la estructura que los que inicialmente la componen. Este fenmeno, que suele presentarse ms frecuentemente con los cationes, hace que exista un riesgo constante de sustitucin en cualquiera de las estructuras que son susceptibles de ello mientras pueda presentarse ante el mineral un catin de mayor afinidad que el previamente existente. Es lo que se conoce como la capacidad de cambio de los minerales arcillosos.

La gran superficie especfica de las partculas arcillosas aumenta adems esta posibilidad de adsorcin. Por otra parte, la posible rotura de las estructuras laminares en partculas pequeas tambin aumenta esta propensin al provocarse en los bordes rotos

Cargas superficiales Como consecuencia de los fenmenos de desequilibrio elctrico en las unidades elementales y del intercambio inico en las estructuras de los suelos arcillosos, es usual que se presenten dos circunstancias con gran importancia en cuanto a su comportamiento elctrico:a) En primer lugar, en las estructuras laminares compuestas suelen quedar cargas negativas libres, o deficiencias de cargas positivas, debidas a sustituciones en las estructuras de iones, que se manifiestan en sus caras paralelas

b) En segundo lugar, aparecen cargas positivas o negativas en los bordes que se originan por la rotura de las lminas. El primero de los fenmenos es caracterstico de algunos tipos de arcillas especialmente activos, como las montmorillonitas, mientras que el segundo es casi genrico para todas las arcillas. Adems, en cuanto a este segundo tipo hay que decir que a menor tamao de partcula aumenta el nivel de cargas insatisfechas, debido esto a una mayor rotura

El comportamiento elctrico superficial de las arcillas tiene como se ha visto varias consecuencias. As, el desequilibrio de cargas superficiales descrito se neutraliza mediante la atraccin de cationes externos que se sitan en la superficie de los minerales arcillosos o entre las lminas que los componen.

Sin embargo, la atraccin de cationes a la superficie de las arcillas es un fenmeno opuesto a la tendencia de los mismos a distribuirse de manera uniforme en el medio, evitando concentraciones diferenciales. Si la arcilla se encuentra en un medio acuoso, ante la presencia de agua libre en el contorno, sta tiende por smosis a aproximarse a la superficie de las partculas, cargada de cationes, para diluir su mayor contenido salino.

los suelos arcillosos estn compuestos por partculas muy pequeas, menores de 2 micras. Una caracterstica aadida a este tamao y que se deduce de la estructura laminar descrita es que, adems, tienen una gran superficie especfica en relacin con los restantes materiales.TIPOS DE ARCILLAS.

En funcin de estas caractersticas descritas es posible prever la gran variabilidad de las arcillas y de sus caractersticas. Si bien en el mbito ingenieril suelen tratarse hasta ms de una decena de tipos de arcillas, la realidad es que tres de estos tipos concentran usualmente la caracterizacin ms frecuente de las mismas: La caolinita, la illita y el grupo de las montmorillonitas (esmectitas).Los suelos arcillosos Evidentemente cuando en una construccin se emplea o afecta a un suelo ste suele estar compuesto por una serie de materiales ms o menos dispares que hacen que casi nunca se presente, por ejemplo, una arcilla en estado puro. Es usual encontrar suelos compuestos o agrupaciones, por ejemplo, limoso-arcillosas, arcillo-arenosas, etc.PROCESOS DE TRATAMIENTO DE SUELOS ARCILLOSOS.

Los dos primeros grandes grupos de soluciones citados anteriormente incluyen todas las posibles actuaciones que conllevan la manipulacin de los suelos para su adaptacin a las necesidades constructivas.

En estos grupos se centra el presente documento y, por tanto, el contenido que se detalla a continuacin. Los principales mecanismos que se aplican para el tratamiento de los suelos arcillosos y la reduccin de sus efectos perjudiciales sobre las construcciones se pueden agrupar en actuaciones mediante procesos fsicos o procesos qumicos. Los ms frecuentes son:a) Procesos fsicos: * Sustitucin por materiales menos sensibles * Mezcla con otros materiales * Recompactacin de los suelos * Control de las condiciones de humedad b) Procesos qumicos: * Mezcla con conglomerantes * Mezcla con otros productos estabilizadores.

El tratamiento de suelos arcillosos mediante cal vertedero o un prstamo adecuado para la sustitucin o, por ejemplo, de obras en las que los suelos arcillosos se encuentran bajo el nivel fretico y esto complica su extraccin.

Adems, como ya se ha comentado, tambin es frecuente que la potencia o espesor de las capas de suelos arcillosos bajo o junto a las construcciones sea superior a la que es viable eliminar. En este caso, habra que estudiar el espesor mnimo efectivo que es preciso sustituir para hacer realmente efectiva la actuacin.Ejemplos de sustitucin son las sobreexcavaciones bajo cimentaciones de edificios y terraplenes que se rellenan posteriormente de materiales granulares, escolleras, etc. para mejorar las condiciones de cimentacin o trabajabilidad de las obras. Tambin se podra considerar una sustitucin la coronacin de un terrapln por un material mejor cuando el ncleo de dicho terrapln se ha construido con suelos arcillososINTEGRANTES DEL EQUIPO ARTURO LOPEZ MELGAR SERGIO LEON GARCIACESAR AUGUSTO FLORES NATARENCESAR AUGUSTO AGUILERA LOPEZOLIVER PEREZ PEREZFRANCISCO GABRIEL VILLALOBOS HERNANDEZJUAN PABLO PASCASIO DAMIANMARIA GUADALUPE TRINIDAD FIGUEROAFABIOLA DEL CARMEN ESTRADA SANTIAGORUBI CANDELARIA PASCASIO SANTOSVICTOR FRANCISCO MORALES VELAZQUEZ