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La mecánica de suelo y su importancia en el diseño y la contrucción de una cimentancion

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Investigación sobre cimentaciones, tipos de suelos y sus características algunos aplicadas en la arquitectura.

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La mecánica de suelo y su importancia en el diseño y la contrucción de una cimentancion

  1. 1. LA MECÁNICA DE SUELO Y SU IMPORTANCIA EN EL DISEÑO Y LA CONTRUCCIÓN DE UNA CIMENTANCION En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925. Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos. Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la superestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos. La génesis: El mecanismo primario de creación de suelos es la erosión de rocas. Todos los tipos de rocas (ígneas, metamórficas y sedimentarias) pueden ser reducidas a partículas menores para crear suelo. Los mecanismos de erosión dependen del agente, pudiendo ser físico, químico y biológico. Las actividades humanas como las excavaciones, explosiones y deposición de residuos y material pueden crear también suelos. A lo largo del tiempo geológico los suelos pueden ser alterados por presión y temperatura hasta convertirse en rocas metamórficas o sedimentarias, o volver a ser fundidos y solidificados, volviendo a ser ígneos y cerrando el ciclo de las rocas. Transporte: Los depósitos de suelo están afectados por el mecanismo del transporte y la deposición hasta su localización. Los suelos que no han sido transportados sino que provienen de la roca madre que subyace por debajo de éstos se denominan suelos residuales. El granito descompuesto es un ejemplo común de suelo residual. Los mecanismos más comunes del transporte son la acción de la gravedad, hielo, viento y agua. Los procesos eólicos incluyen las dunas de arena y los loess. Gravedad específica de sólidos: Densidad o Densidad húmeda, son los nombres distintos que se le da a la densidad de la mezcla, es decir el total de aire, agua y sólido dividido por el volumen de agua, aire y sólidos. (La masa del aire se aproxima a cero para propósitos prácticos):  Densidad seca, es la masa de sólidos dividida por el volumen total de aire, agua y sólidos.  Densidad de flotación, o Densidad sumergida , se define como la densidad de la mezcla menos la densidad del agua, lo cual es útil en suelos sumergidos: Contenido en agua o Humedad, es el ratio de masa de agua respecto a la masa de sólido. Es fácil de medir ya que es el cociente entre la muestra natural y la muestra secada al horno y pesada de nuevo. El procedimiento está estandarizado por la ASTM.
  2. 2. Los ingenieros geotécnicos clasifican los tipos de partículas del suelo en función de varios experimentos (secado, paso por tamices y moldeado). Estos experimentos aportan la información necesaria sobre las características de los granos del suelo que los componen. Hay que decir que la clasificación de los tipos de granos presentes en el suelo no aporta información sobre la "estructura" o "fábrica" del suelo, condiciones que describen la compacidad de las partículas y el patrón en la disposición de las partículas en un zona de carga tanto como el tamaño del poro o la distribución de fluido en los poros. Los ingenieros geológicos también clasifican el suelo en función de su génesis o su historial de estratificación. Clasificación de los granos del suelo: En Estados Unidos y otros países se usa el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS). En Reino Unido se emplea la Norma British Standard BS5390 y también es muy conocida la clasificación del suelo de la AASHTO. En España se usa la clasificación del PG-3 para obras de carreteras. Clasificación de arenas y gravas:  En el USCS, gravas (que tienen el símbolo G) y arenas (con el símbolo S) están clasificadas de acuerdo al tamaño del grano y su distribución. Para el USCS, las gravas pueden ser clasificadas por GW (grava bien gradada), GP (grava pobremente gradada), GM (grava con una gran cantidad de limo), o GC (grava con una importante cantidad de arcilla). Igualmente las arenas pueden ser clasificadas como SW, SP, SM o SC. Arenas y gravas con una pequeña pero importante cantidad de finos (entre el 5% y 12%) pueden tener una clasificación doble, como por ejemplo SW-SC. Límites de Atterberg:  Arcillas y limos, a veces llamados "suelos de finos", son clasificados en función de sus límites de Atterberg; los más usados son el Límite Líquido, Límite Plástico y el límite de retracción (denotado por SL). El límite de retracción corresponde al contenido de agua por debajo del cual el suelo no se retrae si se seca.  El límite líquido y el límite plástico están arbitrariamente determinados por la tradición y convenciones. El límite líquido se determina midiendo el contenido en agua de una cuchara cerrada después de 25 golpes en un test estandarizado. También se puede determinar mediante un test de caída en un cono. El límite plástico es el contenido de agua por debajo del cual no es posible moldear cilindros con la mano menores de 3 milímetros. El suelo tiende a quebrarse o deshacerse si baja esa humedad.  El índice de plasticidad es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico del extracto de suelo. Es un indicador de cuánta agua puede absorber el suelo. Clasificación de limos y arcillas: De acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, los limos y arcillas están clasificados en función de los valores de su índice de plasticidad y límite líquido en una gráfica de plasticidad. La línea A de la gráfica separa las arcillas (C) de los limos (M). El límite líquido de 50% separa los suelos de alta plasticidad (se añade la letra H) de los de baja plasticidad (se añade la letra L). Otras posibles clasificaciones de limos y arcillas están dadas por ML, CL y MH. Si los límites de Atterberg caen en un punto de la gráfica cercano al origen pueden recibir una clasificación dual 'CL-ML'. Los efectos del contenido del agua en la resistencia de los suelos saturados pueden ser cuantificados por el uso del índice de liquidez o leche. La densidad de arenas (suelos sin cohesión) está caracterizada a veces por su densidad relativa.
  3. 3. TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS Y SUPERFICIALES. La cimentación es la parte de la estructura de un edificio que está en contacto directo con el suelo, es la que permite equilibrar y transmitir al terreno las cargas propias del edificio y de las personas que lo habitan. Las cimentaciones son toda una especialidad dentro de la Ingeniería, misma que se relaciona con el comportamiento del suelo y la forma en que esta transmite al terreno las cargas correspondientes, por lo que estas se clasifican primeramente en dos grandes apartados: 1.- Cimentaciones superficiales o poco profundas: Son las que se caracterizan porque su profundidad no excede de un par de veces el ancho del cimiento.  Zapata aislada: Estas suelen ser cuadradas, rectangulares, dados y puntales (raramente circulares) y, se construyen para soportar columnas a fin de transmitir menores presiones al terreno de acuerdo al área propia de la zapata. Estas se construyen de concreto reforzado y pueden ser de lindero, esquina y zapata central. • Dados: Usuales en terrenos rocosos. • Zapatas: Usuales en terrenos duros y semisuave, (o suaves con estructura ligera). Pueden ser cuadradas, rectangulares, redondas, poligonales o circulares. También pueden ser con carga al centro o aun extremo. • Puntales: Usuales en terrenos duros y semisuaves. Con estructura ligera y provisionales; puede ser a base de hincar polines, vigas, viguetas metálicas etc. Nota: Como protección adicional contra asentamientos diferenciales producidas por poca capacidad de carga del estrato, o por expansión, se recomienda ligar la cimentación y la estructura por medio de: A).-Vigas de cimentación: (Unión a nivel de zapatas). B).- Dalas o cadenas intermedias: (Unión a mitad de castillos, en cimientos o muros). C).- Dalas o cadenas de cerramiento: (Unión a nivel de altura de puertas y ventanas). Zapata corrida y contratrabes: Estas suelen ser de concreto reforzado de forma rectangular, con una longitud mucho mayor que su ancho y se utilizan para soportar muros cargadores o varias columnas consecutivas sobre líneas específicas. A través de las zapatas corridas se trasmiten al terreno presiones más bajas, de tal forma que son excelentes en caso de suelos de baja resistencia o cuando se requiere la transmisión de cargas grandes. Son recomendables para desplantar en estratos duros, semiduros y suaves.  Contratrabes: Usuales en terreno rocoso.  Zapatas corridas: Usuales en terreno duro, semiduro y semisuave, pueden ser con carga al centro, de lindero o excéntricas o para muros de contención.  Mampostería corrida: usuales en terrenos duros, semiduros, o suaves para estructura ligera. 2.- Cimentaciones profundas: Son aquellas que por las condiciones del terreno, no es posible una cimentación superficial y, se recurre a la búsqueda de estratos resistentes a mayor profundidad a fin de garantizar la estabilidad de la estructura. 1. Pilotes: Son estructuras generalmente de concreto reforzado, pero pueden ser de perfiles de acero e incluso de maderas de cedro encino o pino simplemente. Son elementos muy esbeltos y su sección transversal n es mayor de 1,20 mts, los más comunes son de concreto reforzado circulares con diámetros de 30 a 60 cms. 2. Pilas: Cuando los elementos d soporte son de secciones mayor de 120 cms pero no exceden de su doble, se denominan pilas y pueden ser de sección circular, ovoidea y rectangulares. Son comunes las pilas de los puentes viales, mismas que siempre son de concreto reforzado. 3. Cilindros o Cajones: Son elementos de concreto reforzado que se construyen huecos por cuestiones económicas y de peso, sus diámetro suele variar entre 3.00 y 6.00 metros. Se llaman cilindros cuando su sección es circular y cajones cuando con paralelepípedos. Estos pueden trabajar simples o en batería.

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