Universidad de Costa Rica

Escuela de Ingeniería Civil

Facultad de Ingeniería

IC- 0913 Mecánicas de Suelos II

Tarea 1

Experimento de Granizado

Profesor:

Ing. Rafael Baltodano G.

Estudiante:

Mario Esteban Solano R. B06125

II Semestre 2014

Para entender la permeabilidad de los distintos estratos del suelo, además de las fuerzas

de cohesión que mantienen unidas los materiales y los estados de esfuerzos producidos,

se realizó la observación de un granizado de hielo con sirope y otros ingredientes que

simulan diferentes componentes presentes en el suelo.

La confección de este se realizó mediante la colocación de una capa considerable de leche

en polvo aproximadamente la mitad del vaso plástico, luego hielo escarchado con sirope y

sobre este último en el tope del recipiente, se le agregó leche condensada y una bola de

helado.

El modelo del granizado se utiliza para realizar una analogía entre los diferentes tipos de

materiales presentes en el suelo, por lo que se toma el fondo del recipiente plástico como

roca impermeable, la capa de leche en polvo sería una capa de suelo arcilloso, el hielo

escarchado que reposa encima de la leche en polvo se toma como un estrato de suelo

arenoso, el sirope en el hielo escarchado corresponde al nivel freático del modelo, la leche

condensada se tomará como algún contaminante presente en el terreno y por último la

pelota de helado en la superficie del granizado es una carga a la que se encuentra sometida

el suelo por alguna obra civil.

Se observó que el sirope logró pasar con facilidad todo el hielo escarchado del granizado

tiñendo este en su totalidad, con lo que se determina que el material arenoso posee una

alta permeabilidad, según William Vargas (2013), “la permeabilidad o conductividad

hidráulica de un suelo es una medida de la facilidad con que el agua puede fluir a través de

él. Todos los suelos son materiales permeables, en los cuales el agua es libre de fluir por

los poros interconectados existentes entre las partículas del sólido”.

Al analizar el estado de la leche en polvo ubicada por debajo del hielo escarchado hasta el

fondo del recipiente, se observó que esta se humedeció solamente en la superficie de

contacto con el hielo y el sirope, el resto se encontraba totalmente seca, evidenciando que

el sirope no pudo fluir por medio de este material. Esto se debe a que el sirope a través de

un material menos permeable pasa muy lentamente o nulo, ya que los poros de

interconexión de las partículas de la leche en polvo se encuentran mucho más juntos lo que

hace que casi imposible el paso por medio de ella, esto corresponde a las características

de los minerales arcillosos que según William Vargas (2013), “hay muchas formas de

minerales arcillosos, con algunas semejanzas y grandes diferencias en composición,

estructura y comportamiento. Las partículas formadas a partir de esos minerales son de

grano extremadamente fino, con grandes áreas superficiales por unidad de masa. La

mayoría de los minerales arcillosos tienen una estructura cristalina bien definida, que

incluye gran número de átomos agrupados en moléculas complejas tridimensionales. Todos

son eléctricamente activos por alteraciones en el balance de cargas. La mayoría de los

minerales arcillosos están presentes en la naturaleza como partículas con tamaños de

arcilla. Se pueden agrupar en tres clases principales: los silicatos laminares (o filosilicatos),

los aluminosilicatos de corto alcance y baja cristalización y los óxidos de hierro, aluminio y

manganeso. Aunque su composición química es similar, cada uno de estos grupos tiene

una estructura molecular distinta, la cual depende tanto de la composición mineralógica de

la roca o material original, como de los procesos de meteorización”.

La saturación de la muestra de leche en polvo (arcilla) es muy complicado y lograrlo puede

tardar mucho tiempo, eso se debe a las fuerzas electroquímicas entre partículas del material

fino que se encuentran muy juntas y unidas fuertemente, lo que dificulta que la partícula

cristalina de arcilla quede rodeada de agua. Entonces demuestra que la energía de la leche

en polvo es mayor a la del sirope oponiéndose a que este último rompa los enlaces de la

leche en polvo y que logre fluir a través y llegue a saturarla. Según Juárez & Rico (2005),

“las fuerzas de Van der Waals son independientes de la naturaleza del medio que existe

entre las partículas, por lo que para un tipo dado de arcilla, la fuerza neta entre partículas

vecinas puede hacerse variar añadiendo cantidades convenientes de electrolitos en una

suspensión, naturalmente que en este casi cambia únicamente el potencial repulsivo de las

partículas. Cuando en una suspensión de arcilla la fuerza neta es de repulsión entre

partículas permanecen separadas y si se depositan lo harán en forma de un sedimento

relativamente denso, en el que sin embargo, las partículas continúan separadas unas de

otras por efecto repulsivo de sus atmósferas catiónicas. Esto da lugar a una estructura

dispersa, el aumentar la concentración de cationes en la suspensión hace disminuir el

potencial repulsivo entre las partículas de arcilla, con lo que aumenta la preponderancia

relativa de la fuerza de atracción, de modo que la probabilidad de que dos partículas al

acercarse dentro de su movimiento browniano se atraigan en lugar de repelerse aumenta;

de hecho en este caso, la fuerza de atracción entre dos partículas aumenta al disminuir la

distancia”.

En cuanto a la carga sometida por la bola de helado esta causa un pequeño asentamiento

en el hielo escarchado debido a su propio peso y también se observa que compacta un

poco los ingredientes del granizado, esto se debe a los esfuerzos efectivos generados por

las cargas impuestas.

Según William Vargas (2013), “Los cambios que producen las obras y cargas típicas de la

ingeniería civil en el esfuerzo efectivo del suelo, son la causa de cambios volumétricos

correspondientes, de acuerdo con la compresibilidad de los materiales. Cuando el

incremento de esfuerzo es el resultado de la construcción de un relleno de gran extensión

o del abatimiento del nivel freático por bombeo generalizado en un área, afectará a todo el

perfil de suelo de una manera uniforme. Sin embargo, cuando es producido por una

estructura de dimensiones reducidas en relación con el espesor del perfil de suelo, su

efecto será relativamente localizado porque se produce una redistribución de los esfuerzos

y las deformaciones en la masa y es lógico esperar que a una profundidad dada y a cierta

distancia horizontal del área cargada en la superficie, el incremento de esfuerzos tendrá

una magnitud mucho menor que ocurre directamente bajo esa área.”

Bibliografía

Vargas, W. (2013). Notas de clase para el curso de Mecánica de Suelos I. San José,

Costa Rica.

Juárez, E. & Rico, A. (2005). Mecánica de Suelos I: Fundamentos de la Mecánica

de Suelos. Editorial Limusa. México.