FORMAS DE LAS PARTÍCULAS DE LOS SUELOS. Con excepción de los granos esféricos o cúbicos, una sola dimensión no puede determinar con exactitud el tamaño de las partículas de un suelo. Por eso, la clasicación según forma adquiere tanta importancia como su tamaño. Los geólogos suelen emplear términos tales como en forma de disco, de !o"as, de #aras, de esferas, etc., para describir la relación predominante de dimensiones en las partículas. $n ingeniería de suelos, se clasican los granos según las siguientes formas %&edondeadas %'e cantos #i#os %'e cantos redondeados %Laminares o en escamas %(largadas o en bastones La forma de las partículas in)u*e en el comportamiento * la capacidad portante de un suelo. $n todos los granos se pueden determinar los siguientes par+metros a La esfericidad b La angulosidad c La planeidad Los granos redondeados son los que se aseme"an a una esfera. $l índice de redonde- r se obtiene /iendo 0r la sumatoria de los radios menores de los cantos #i#os o redondeados de las partículas * & el radio del círculo inscripto. 1 es el número de cantos salientes, como muestra la gura 2.3 a.
Los granos redondeados oponen ma*or resistencia a ser desmenu-ados * son capaces de resistir grandes cargas est+ticas con pequeñas deformaciones. $l índice de esfericidad 4e resulta
/iendo 'd el di+metro del circulo cu*a +rea es igual a la de la pro*ección de la partícula sobre un plano paralelo a su ma*or dimensión de apo*o, * 'c el di+metro del
circulo circunscripto. 5er g. 2.3 b 6ambién se puede medir la esfericidad con la relación
/iendo 'e el di+metro equi#alente de una esfera cu*o #olumen sea el mismo de la partícula, * L su ma*or dimensión. Los granos con formas laminares o alargadas presentan una esfericidad mu* reducida. Las partículas obtenidas de las piedras quebradas por trituración mec+nica tienen generalmente #értices mu* agudos * se agrupan ba"o la clasicaci7n de granos de cantos #i#os, los cuales luego por erosión, #an puliendo * redondeando sus aristas. La angulosidad es la medida de la % agude-a de los #értices de una partícula. La gura 2.8 muestra algunos e"emplos de cantos de diferente angulosidad, desde el caso de bordes agudos * cortantes, !asta una redonde- que se aproxima a la esférica. 9eneralmente las arenas donde predomina el feldespato, el cuar-o * la dolomita presentan aristas con marcada angulosidad, especialmente cuando permanecen cerca de su lugar de origen. Pero si las arenas !an sido transportadas * batidas por el #iento * las olas del mar, sua#i-an notablemente sus bordes, como ocurre con Las de las pla*as. 9eneralmente las partículas con cantos #i#os tienden a quebrar con facilidad por la. Concentración de esfuer-os que se locali-an en sus puntos de contacto, ofrecen ma*or resistencia al despla-amiento que las partículas redondeadas. Los granos laminares o en escaras tienen el aspecto de !o"as secas superpuestas * son el resultado de la exfoliación de las micas ó de los minerales arcillosos. 5er g. 2.: a.
Las partículas con características de planeidad tienden a orientarse !ori-ontalmente, unas sobre otras, * ofrecen buena resistencia a las cargas perpendiculares a su plano, si bien despla-an f+cilmente en la dirección paralela a su supercie, cuando se !allan ordenadamente dispuestas. Los suelos de granos laminares est+n dotados de características el+sticas * resultan mullidos frente a las cargas din+micas, si bien son altamente anisótropos, especialmente en el caso de suelos compactados. $l ;ndice de planeidad se dene por la relación
siendo < * = el anc!o * el espesor respecti#amente de las partículas. Las partículas alargadas * en forma de bastones se presentan en algunas arcillas. 5er g. 2.: b. $l ;ndice de alargamiento 4a se mide
Cuando el #alor de 2 es ele#ado, los granos presentan el incon#eniente de que se rompen con facilidad ba"o las cargas a Los suelos formados por partículas alargadas tienden a orientarlas en una misma dirección en terraplenes o laderas, de modo que se crea un plano preferencial de desli-amiento, que resulta peligroso para su estabilidad.
Tamaño de los Granos en los Suelos. Los suelos pueden ser clasicados según el tamaño predominante de sus granos, *a que por lo general todo suelo presenta una me-cla de partículas de diferentes formas * dimensiones que #arían desde grandes piedras !asta granos mu* nos que sólo se pueden #isuali-ar con un microscopio común. $s usual que el contenido de gra#as * arenas se determine utili-ando tamices, mientras que el porcenta"e de coloides * arcillas se obtenga mediante ensa*os de sedimentación. Por ello las pruebas granulométricas se reali-an según los siguientes métodos %6amices calibrados %$nsa*os !idrométricos Para comen-ar, las muestras del suelo son agitadas en tamices de di#ersos tamaños apilados #erticalmente, con aberturas de forma cuadrada * dimensiones #ariables entre 2> cm ?8@ * >,>A: nn ?6ami- B ./.(. /tandard 1DEE según indica la 6abla 2.3.
$l tami- con los !uecos de ma*or dimensión se coloca en la parte superior * los restantes se superponen en forma ordenada con disminución progresi#a del tamaño de los !uecos , de modo que al clocar la muestra de suelo sobre el tami- superior, las partículas caen por gra#edad * #an quedando retenidas según su tamaño, en los diferentes tamices * Luego de completado el proceso, se pesa la parte del suelo contenida en cada B tami- * los resu2tdos se gracan como indica la gura 2.D según una cur#a de distribución de acuerdo al tamaño de los granos, con la correspondiente clasicación dada en la 6abla 2.8. Los granos con tamaño ma*or a 2> cm se miden directamente con calibradores * la fracción de suelo que pasa el tami- 1 D>> se clasica luego por sedimentación, como ocurre con los suelos co!esi#os. Para ello se usan las pruebas !idrométricas, que consisten en la obser#ación de la #elocidad de asentamiento de las partículas del suelo. Cuanta m+s pequeña son, m+s lentamente asientan. /in embargo, el método no da buenos resultados cuando las partículas tienen dimensión inferior a >,>>: mn debido a que se mantienen en suspensión indenidamente, * en este caso deben usarse microscopios electrónicos. $n el an+lisis !idrométrico, el tamaño de las partículas es el correspondiente al d2metro de una esfera cu*a sedimentación en el agua ocurre a la misma #elocidad de la partícula. Las arenas naturales comunes en 5ene-uela corresponden a suelos que presentan un de sus granos m+s nos que el tami- de >,>A: nn * si se las comprime con una presión de 2 .8>> FgGcm D * luego se descargan, se expanden en un D>H. $n la gura 2.D, los di+metros de las partículas se miden en escala logarítmica en las abscisas * los porcenta"es en peso de los granos m+s nos se da en las ordenadas en escala natural.
Figura 1.. Las cur#as granulométricas de diferentes suelos est+n representadas en la gura para tres tipos de ellos. La !ur"a A corresponde a un suelo de graduación discontinua, representada por la sucesión de conca#idades * con#exidadesI la !ur"a # es m+s sua#e, e indica un suelo bien graduado, con gran #ariación en el tamaño de los granos mientras que la !ur"a C presenta gran pendiente, lo cual e#idencia una graduación uniforme. n punto cualquiera de estas cur#as, por e"emplo el 2, sobre la cur#a (, indica que el :>H en peso del suelo tiene granos m+s nos que >,2D mm, * el punto 44 sobre la cur#a < que el 8>H en peso tiene granos m+s nos que >,3 mm.
Densidad$ Porosidad e Índi!e de %a!&os en Suelos. (nali-ando un espécimen típico de un suelo, por e"emplo de arena arcillosa, su aspecto en escala magnicada se indica en la gura 2.2 a, donde se pueden apreciar las partículas sólidas formadas por gr+nulos de arena, partículas de ardua * coloides compactos. ( los espacios % entre ellos se los designa poros o #ados, los cuales est+n colmados de líquido * gas. /e acepta generalmente que el líquido es agua * que el gas es aire, si bien pueden contener otros ingredientes, tales como sales minerales en disolución o gases resultantes de la descomposici7n de materias org+nicas u otros. $l #olumen * peso de las diferentes fases de la materia en la masa del suelo puede ser representado esquem+ticamente como indica la gura 2.2 b, donde el #olumen total resulta
donde 5s es el #olumen de los sólidos, 5a el del aire * 5 el del agua contenida en los poros. $l peso total es
$l peso del aire Ja generalmente se desprecia. Ja K E Las m+s usuales deniciones que se utili-an para clasicar los suelos * determinar las relaciones matemt2cas entre las fases que lo forman, se indican a continuación
Rela!i'n de "a!&os e $s el ;ndice entre el #olumen de #acías * de salidos en la masa del suelo. /e expresa como un decimal
Figura 1.1 $structura de un suelo ixto. Porosidad n $s la expresión del #olumen de #ados como porcenta"e del #olumen total de la muestra % de suelo anali-ada, sin tomar en cuenta el aire o el agua contenida en los poros.
La relación de #ados e * la porosidad también pueden obtenerse mediante las ecuaciones
La relación de #ados * la porosidad de un suelo dependen del grado de compactación o consolidación, por lo cual sir#en para determinar la capacidad portante del suelo, * esta se incrementa cuando ambas relaciones disminu*en.
Con(enido de )umedad * /e expresa como el porcenta"e que relaciona el peso del agua J en la masa del suelo * el peso de los sólidos en la misma masa.
Grado de sa(ura!i'n s &esulta el porcenta"e del #olumen del agua con relación al #olumen total de #acíos.
La saturación es la condición de un suelo para la cual los #ados est+n completamente llenos de agua, * saturación parcial es cuando los #ados est+n parcialmente llenos de agua. /obresaturación o super saturación es la condición de exceso de agua con
relación al #olumen normal de #ados, cuando las partículas sólidas )otan o se !allan en suspensión. Cuando /K E, el suelo est+ seco. /i / 2>>H, est+ saturado. 5alores intermedios de 3 corresponden a las saturaciones parciales. La sobresaturación e#idencia #alores de / M 2>>H. La relación m+s usada en mec+nica de suelos no es sin embargo el grado de saturación, sino el contenido de !umedad N, *a que es m+s simple obtener pesos que #olúmenes. Para ello, se pesa la muestra al natural * se obtiene J. Luego se la seca en !orno a 22>OC * se #uel#e a pesar obteniéndose J. 'e ecuación 2.D se obtiene J sualmente se consideran con ba"o contenido de !umedad los suelos con N :>H, con !umedad media cuando :> N QEH * con alto contenido de !umedad cuando N M Q>H.
Densidad es+e!i,!a P 3 s la relación de masa por unidad de #olumen, * se mide en FgGm 3 o en gGcm3 Peso es+e!&,!o &esulta la relación entre el peso de la muestra de suelo * el #olumen de la misma. La expresión general del peso especíco es
$l término peso especíco de un suelo implica suelo !úmedo, con !umedad natural. $l peso especíco se determina en muestras de suelo no disturbadas, extraídas mediante tubos de penetración !erméticos. $s la característica ms importante de un suelo, indispensable para iniciar toda in#estigación relacionada con la mec+nica de suelos. /e pueden distinguir adem+s a Peso especíco de la muestra seca
b Peso especíco de la muestra sumergida
$l peso especíco del agua es
Peso es+e!&,!o rela(i"o de lamasa Gm 6ambién conocido como peso especíco aparente de una substancia, es la relación entre su peso * el de igual #olumen de agua.
Peso es+e!1,!o rela(i"o de los s'lidos Gs
$l peso especíco relati#o es adimensional, * para cada mineral, 9: es una constante. La 6abla 2.2 da algunos de estos #alores para ciertos minerales, * la 6abla 2.D, para diferentes suelos. Las precedentes ecuaciones dadas, 2.2 a 2.23, relacionan pesos * #olúmenes de una masa de suelo, * % resultan de gran utilidad pr+ctica en la resoluci7n de muc!os problemas de la mec+nica de suelos, tales como la estabilidad de taludes, el asentamiento de estratos ba"o una construcci7n, el grado de % compactación de un terreno, etc. 'ebido a la comple"idad de la estructura interna de una masa de suelo, las cargas exteriores aplicadas son resistidas en parte por las substancias minerales sólidas, * en parte por el % )uido de los poros. Las cargas resultan así compartidas, en forma similar a las presiones parciales en los gases. La naturale-a del )uido de los poros in)uencia la magnitud de la resistencia a corte que se crea entre dos partículas próximas, las cuales aun cuando no estén en contacto, pueden transmitir fuer-as normales * tangenciales. $l espacio entre estas partículas aumenta o disminu*e según % que las fuer-as de compresión transmitidas también aumenten o disminu*an. La interacción entre estas fases es la interacción química.
