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• Midwar Diego Cutipa Quispe

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MECANICA DE SUELOS Índice: GENERALIDADES DE LA MECÁNICA DE SUELOS ........................................................... 3 1.INTRODUCCION....................................................................................................................... ........... 3 2.HISTORIA DE LA MECANICA DE SUELOS .......................... 12 2.1.NACIMIENTO DE LA MECANICA DE SUELOS........................................................................................................ 14 2.1.1. KARL VON TERZAGHI DEFINICIONES....................................................................................................................... 17 1.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA................................................................................................ 17 1.3.2.GEOLOGÍA............................................................................................................................ 19 1.3.3. MECÁNICA DE SUELOS ...................................................................................................... 19 1.3.4. ROCA ..................................................................................................................................... 21 1.3.5. SUELO .................................................................................................................................... 21 1.4. SISTEMA DE UNIDADES ...................................................................................................... 22 1.4.1. METROLOGÍA DEL SI ............................................................................................................... 22 1.4.2. UNIDADES BÁSICAS ........................................................................................................... 22 1.4.3. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS: PREFIJOS ..................................................................... 23 1.4.4. UNIDADES DERIVADAS ..................................................................................................... 23 1.4.5. EQUIVALENCIAS DE UNIDADES MÉTRICAS USUALES ............................................................. 24

INTRODUCCION

La mecánica de suelos es una ciencia importante que tiene un uso práctico cuando un ingeniero enfrenta diferentes problemas en los terrenos sobre los cuales tiene la necesidad de construir estructuras, es la rama de la ciencia que trata el estudio de las propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. Si damos una mirada hacia el pasado encontramos en los escritos sobre construcciones erigidas por los romanos , chinos, egipcios y mayas se tiene la clara evidencia de la atención que ya, desde tiempos antiguos ponían importancia en las obras de tierra y sobre la tierra ellos ya tenían una noción sobre la mecánica de suelos, analizaban el suelo y conforme a ello hacían cimentaciones con grandes rocas o materiales que den estabilidad a las cimentaciones. Pero el nombre de la mecánica de suelos nace cuando el profesor Karl Terzagui, reconocido universalmente como el padre de la mecánica de suelos público su libro “ERDBAUMECHANIK” en el cual define: “la mecánica de los suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas ,producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas independientemente que tengan o no contenido de materia orgánica” HISTORIA DE LA MECANICA DE SUELOS

Con una mirada retrospectiva hacia los escritos sobre construcciones erigidas por los romanos, chinos, egipcios y mayas, se tiene la clara evidencia de la atención que ya, desde tiempos antiguos, nuestros antepasados ponían en las obras de tierra y sobre la tierra. Así, se tienen noticias de cómo en la dinastía Chou de China (3000 años antes de Cristo) se daban instrucciones claras sobre la construcción de caminos y puentes. La Gran Muralla China, las pirámides de Egipto, las pirámides de Chichén Itzá y otras notables y enormes obras, que hoy contemplamos con admiración, son mudos testigos de los conocimientos que ya se tenían en la antigüedad al respecto. Asimismo, en Egipto, aproximadamente 2000 años antes de Cristo, ya se usaba la piedra en la construcción de cilindros para las estructuras pesadas erigidas sobre suelos suaves. La superficie exterior de los cilindros era alisada para que presentara poca resistencia a la penetración, lo que indica que para entonces ya se tenían nociones acerca de la fricción o rozamiento, y que tanto los romanos como los egipcios ponían mucha atención a ciertas propiedades de los suelos en la estabilidad de las cimentaciones. Sin embargo, a la caída del Imperio Romano y debido a la desorganización social se descuidaron los aspectos técnicos sobre los suelos, llegando a su punto más bajo en el periodo medieval (400 a 1400 años antes de Cristo), lo que provocó que caminos, puentes y diversas obras de tierra quedaran en el abandono, para

posteriormente ser destruidas poco a poco por las guerras y por la implacable acción de los agentes de la intemperie. Asociadas a la construcción de puentes y caminos en los siglos pasados, se encuentran obras construidas sobre suelos compresibles que han tenido hundimientos fuertes bajo las pesadas cargas de catedrales, torres y campanarios. Algunos ejemplos de ello son: El Domo de Könígsberg, en Prusia, cimentado sobre una capa de suelo orgánico en el año 1330, capa que descansa según Tiedemann sobre otra de 18 m de limo arcilloso, cuya consolidación gradual y continua no ha podido terminar, teniendo ya más de 5 m de asentamiento. La Torre de Pisa, cuya construcción fue iniciada en 1174, empezó a ladearse al construirse la tercera galería de las ocho que tiene la estructura. Los trabajos se interrumpieron para modificar planos y luego continuaron, para ser terminada la torre de 55 m de alto en el año 1350, En 1910 ya la torre tenía en su parte más alta un desplome de 5.0 m. Una investigación del subsuelo indicó que la torre fue cimentada por medio de una corona de concreto sobre una capa de arena de 11.00 m de espesor, la cual descansa sobre una capa de arcilla de 8.00 m de grueso, que se ha ido consolidando gradualmente debido a las presiones trasmitidas por la estructura. Hoy en día es más conocida como la "Torre Inclinada de Pisa". En Venecia. Italia, el "Rialto", un puente de arco simple, se terminó de construir en 1591 y es, junto con otras estructuras del lugar, ejemplo de dificultad en las operaciones de cimentación debido al suelo suave y pantanoso, que es afectado grandemente por la acción de pilotaje de las estructuras vecinas. Otra obra asociada a la ingeniería de las cimentaciones del siglo XVII es el famoso mausoleo Taj-Mahal, en las afueras de la ciudad de Agrá, India. Su construcción empezó en el año 1632 y fue terminada en 1650. Fue erigido por órdenes del Shah Jahan, emperador de Delhi, en honor de su esposa favorita, Mumtazi-Mahal. Este mausoleo necesitó cuidados especiales en su cimentación debido a su proximidad al río, por lo que emplearon cilindros de mampostería hundidos en el suelo a intervalos cercanos para que el mausoleo descansara en una firme cama. Corno ya se mencionó, después de la caída del Imperio Romano se presentó una época de poco interés en el conocimiento de los problemas de los suelos, y no fue sino hasta los siglos XVII y XVIII cuando revivió el interés y se dio nuevo impulso a la solución de los problemas en las cimentaciones. NACIMIENTO DE LA MECANICA DE SUELOS La mecánica de suelos es una ciencia relativamente joven su nombre actual existe desde 1925, año en el que el profesor Karl Terzaghi público en Viena el tratado “ERDBAUMECHANIK”. Es evidente que mucho antes de Terzaghi los constructores ingenieros y arquitectos se habían preocupado por el suelo. Hay estudios del mismo,

Considerados desde el punto de vista constructivo, se remontan a épocas muy anteriores.

Karl von Terzaghi Fue un ingeniero austríaco reconocido actualmente como el padre de la Mecánica de los suelos y de la Ingeniería Geotécnica. Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método racional que resolviera los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y fundaciones. La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925 con la publicación de Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de los suelos como nueva rama de la ciencia en la ingeniería. De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició el primer programa Norte Americano sobre mecánica de los suelos y con eso hizo que esta ciencia se convirtiera en una materia importante en la Ingeniería Civil. En 1938 pasó para la Universidad de Harvard donde desarrolló y enseñó su curso sobre geología aplicada a la ingeniería, jubilándose como profesor en 1953 con 70 años de edad. Se nacionalizó como ciudadano de los Estado Unidos de América en 1943. Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito conjuntamente a Ralph B. Peck, es de consulta obligatoria para los profesionales de la ingeniería geotécnica. Es considerado uno de los mejores ingenieros civiles del siglo XX. DEFINICIONES INGENIERÍA GEOTÉCNICA La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios fundamentales de la mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los problemas de diseño de cimentaciones. La Ingeniería Geotécnica (IG) constituye una de las principales ramas de la Ingeniería Civil y como tal, presenta facetas que han sufrido el mismo derrotero que esta última a través del tiempo y a lo largo de la evolución de la civilización. Hasta principios de la década de 1960, los especialistas en ingeniería geotécnica estaban agrupados en la ISSMFE (International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering‖). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM (International Society for Rock Mechanics‖) en 1962 y la IAEG

(International Association of Engineering Geology‖) en 1970. (Rocca 2009) GEOLOGÍA La geología es la ciencia de la tierra (especialmente de los procesos de su interior y las transformaciones que afectan a los minerales y las rocas en su superficie). Es la ciencia de la historia de la tierra; los procesos de su formación, su desarrollo, los cambios, hasta la situación actual. La geología nació por una parte; del deseo del ser humano para entender su entorno - su mundo. Por otro lado era la necesidad de mejorar su entorno; la búsqueda de recursos naturales mineralógicos, geológicos - era mucho más eficiente con un buen conocimiento de los procesos de la tierra. En los últimos años la definición de geología se extendió también a los otros cuerpos del sistema solar. La geología forma también parte de la planetología. Los planetas muestran un ambiente diferente a la tierra, pero la pauta general de los procesos interiores y exteriores es la misma o comparable. (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

MECÁNICA DE SUELOS La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. (Das 2001) Terzaghi en su libro Theoretical Soil Mechanics, define: “La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente que tengan o no contenido de materia orgánica.” ROCA Agregado natural de partículas minerales (más bien cristales) unidas por fuerzas cohesivas potentes y permanentes. Se suele considerar roca si su resistencia a la compresión simple, sin drenaje, qu (o Ru ). (u" del inglés undrained), es mayor que 5 kg/cm2. (Gonzalez C. 2001) En general las rocas duras y compactas constituyen un terreno de cimentación excelente, siempre que la solera de excavación esté libre de material alterado y las posibles diaclasas se rellenen con hormigón.

Las rocas se clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias y metamórficas. Ejemplo de ígneas: granitos, pórfidos, sienita, diorita, gabro, diabasa, ofita, gneis, basaltos, pumicita, etc. Ejemplo de sedimentarias silíceas: sílex, jaspe, areniscas, etc. Ejemplo de sedimentarias arcillosas: arcillitas, margas, etc. Ejemplo de sedimentarias cálcicas: calizas, dolomías, etc. Ejemplo de metamórficas: gneis, micacitas, pizarras, esquistos, cuarcitas, serpentinas, mármoles, etc. (Gonzalez C. 2001).

SUELO En el sentido general de la ingeniería, suelo se define como el agregado no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta (partículas sólidas) junto con el líquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas. El suelo se usa como material de construcción en diversos proyectos de ingeniería civil y sirve para soportar las cimentaciones estructurales. Por esto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como origen, distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad, resistencia cortante, capacidad de carga, y otras más. (Das 2001) Los materiales que constituyen la corteza terrestre son clasificados por el ingeniero civil, en forma arbitraria, en dos categorías: suelo y roca. Se llama suelo a todo agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como agitación en agua.

SISTEMA DE UNIDADES De (Gieck, K. - Gieck, R. 2003), Se ha tomado fragmentos de la sección A: Unidades, Metrología del SI – I Aplicaciones Básicas. 1.4.1. Metrología del SI En la actualidad se ha adoptado casi en todo el mundo el Sistema Internacional de Unidades, que se simboliza por SI y es el resultado moderno de la evolución del sistema físico llamado MKS. El nombre oficial del SI es Système International d'Unités, y las normas respectivas las establece y actualiza el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), con sede en Sèvres, París, Francia.

UNIDADES BÁSICAS El SI tiene siete unidades básicas que corresponden a las cantidades físicas fundamentales del sistema, y son como sigue:

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS: PREFIJOS Para ampliar o reducir el tamaño de una unidad SI se utilizan los múltiplos y submúltiplos de la misma, que se obtienen aplicando como factores, potencias del número 10. Para los múltiplos se tiene una sucesión que aumenta en 103 cada vez, y para los submúltiplos la reducción progresiva es en 10-3. A fin de indicar lo anterior se utilizan prefijos que se aplican al nombre de la unidad SI. Tales prefijos son:

UNIDADES DERIVADAS

Para la mecánica se tienen las siguientes unidades derivadas de las básicas y que tienen nombre especial: Fuerza (y peso): newton (N): Fuerza que al ser aplicada a una masa de 1 kg le imparte una aceleración, en su misma dirección y sentido, igual a 1 m/s2. Presión y esfuerzo: pascal (Pa): Intensidad superficial de fuerza aplicada equivalente a 1 N/m2. Frecuencia o periodicidad: hertz (Hz): Variación periódica equivalente a un ciclo por segundo (c/s). Trabajo y energía: joule (J): Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando su punto de aplicación se desplaza una distancia de 1 m en la dirección y sentido de la fuerza. Potencia y flujo de energía: watt (W): Potencia o flujo de energía que se desarrolla a razón de 1 J/s. La unidad de energía joule (J) se aplica también a los fenómenos térmicos y de cualquier otra clase. Lo mismo corresponde al watt (W).