Definición De Mecánica De Suelos

La Mecánica de Suelos incluye: 

• Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetos a cargas, las cuales se basan en simplificaciones dado el estado actual de la técnica.
• Investiga las propiedades físicas de los suelos.
• Aplica los conocimientos teóricos y empíricos a  problemas prácticos.

Suelos: Origen Y Formación: Minerales Constitutivos

Agentes Generadores

Si los productos dejados por el ataque de los agentes del intemperismo, se encuentran directamente sobre la roca de la que se derivan, forman los suelos conocidos Residuales. Por otra parte si los productos son removidos del lugar por agentes geológicos y depositados en otra zona o en otros estratos sin relación directa con ellos, se forman suelos llamados Transportados. 

Mineral es una sustancia inorgánica y natural, con una estructura interna característica determinada por el arreglo específico de sus átomos e iones. 

Arcilla

Las arcillas se encuentran formadas básicamente por silicatos de aluminio hidratados y en algunas ocasiones silicatos de magnesio, hierro y otros metales también hidratados. Estos minerales presentan una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. 

Dependiendo de su estructura reticular, los minerales de arcilla se clasifican en tres grupos: 

Caolinitas, formadas por una lámina silícia y otra alumínica. La unión entre las retículas es lo suficientemente para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción), lo que traduce en una relativa estabilidad con presencia de agua. 

Montmorilonitas, compuestas por una lámina alumínica entre dos silícias, esta unión es débil por lo que las moléculas de agua penetran con cierta facilidad, lo que produce un aumento de volumen de los cristales por lo que se expande. Este tipo de arcillas se presenta con regularidad. 

Ilitas, estructuradas igual que las Montmorilonitas, pero con tendencia a formar grumos, lo que reduce el área de material expuesta al agua por unidad de volumen, es de expansión menor a las montmorilonitas, por lo que se comportan de una manera más estable. 

Físico - Química de las Arcillas

Debido a la estructura molecular de las arcillas, estas tienen la capacidad de atraer una capa de moléculas de agua polarizadas (agua adsorbida), y estas moléculas a su vez pueden atraer otros cationes, de modo que cada catión está en la posibilidad de atraer más moléculas de agua, así que el espesor del agua adsorbida es función tanto de la naturaleza del cristal de suelo como también del tipo de cationes atraídos. 

La presión en la capa de agua adsorbida según Winterkorn y Baver, alcanza los 20,000 kg/cm2, y otro estudio hecho por Bridgman encontró que a grandes presiones el  punto de congelación del agua es mayor a los 0º C, a medida que la presión sobrepasa los 6,000 kg / cm2, y que a los 1,000 kg / cm2 la congelación ocurre a los +30 ºC. 
 
De lo anterior se deduce que la capa de agua adsorbida presenta las mismas propiedades del hielo (capa sólida). Un poco más alejadas las moléculas de agua presentaran las propiedades de un fluido de alta viscosidad (capa viscosa), y las moléculas más alejadas de esta capa presentan las características usuales del agua (capa libre o gravitacional). 

Las arcillas pueden realizar un intercambio de sus catiónes adsorbidos, es decir ocurre un intercambio de cationes entre el agua y las películas adsorbidas. 

Las caolinitas son menos susceptibles de intercambiar sus cationes que las montmorilonitas y las ilitas poseen la propiedad en grado intermedio. 

Al variar los cationes contenidos en la película adsorbida de las arcillas, las propiedades mecánicas pueden cambiar, sobre todo las propiedades de plasticidad y resistencia del suelo. Por lo que el intercambio catiónico forzado se usa para mejorar las condiciones mecánicas de un suelo. 

Para la identificación de los minerales que constituyen una arcilla se utilizan métodos como la investigación por Rayos X, el ?Balance Térmico de las Arcillas?, el uso del microscopio electrónico y el análisis químico. 
Todos estos métodos tienen también sus desventajas , por lo que un solo método actual está lejos de ser satisfactorio por si mismo. 

Se entiende hoy que el comportamiento macrofísico de las arcillas, es un reflejo de toda una serie de fenómenos microfísicos, es por eso que los estudios a pequeña escala cobran cada vez mayor interés. 

En las relaciones agua - cristal existen ligas o nexos que unen los átomos y las que unen a las moléculas. 

Los nexos se denominan primarios y suelen ser de alta energía. entre los nexos primarios se encuentran los nexos iónicos, establecidos entre los átomos que tengan incompleto el número de electrones en sus bandas exteriores. Nexos covalentes ocurren entre dos átomos que tengan incompleto el número de electrones en sus bandas exteriores, y dichos átomos se combinan para compartir un par o más de electrones. Y los nexos a través de un núcleo de hidrógeno en algunas ocasiones un átomo de hidrogeno se combina con un átomo más pesado cediendo su único electrón, esta liga resulta mucho más débil que la iónica. 
Y los nexos secundarios, el más importante se debe a las fuerzas de Van der Waals, estas fuerzas se presentan entre las moléculas que forman dos láminas de un cristal de arcilla, dando lugar a un nexo especial. 

Otro nexo molecular es el eléctrico, en donde las partes planas de cristal cargadas negativamente pueden captar iones positivos incorporándolos a la capa de adsorción. 
Cuando dos cristales de arcilla quedan muy próximos, sus atmósferas de adsorción interaccionan de manera que entre ellas aparece una fuerza de repulsión. 

Si aumentan las fuerzas de atracción entre dos partículas de arcilla al disminuir su distancia, se dice que el suelo se flocula, por esto la arcilla será más compresible (arcillas marinas), mientras que los depósitos de agua dulce tendrán estructuras más dispersas. 

Bibliografía

Autor: Karl Terzaghi y Ralph B. Peck. 
Título: Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. 
Editorial: El Ateneo. 
Segunda Edición. Primera reimpresión 1975. 
Impreso en España.