tarea 1 mecánica de suelos ii
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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.
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