Laboratorio de mecánica de suelos

Para el laboratorio de mecánica de suelos, es esencial el conocimiento de la geología en el aspecto de su característica física-mecánica de los suelos o de los estratos, ya que para edificar cualquier tipo de obra como son: carretas, puentes, edificios, casas, presas, etc., es de gran importancia para el desarrollo estructural y de la economía de la obra.

Todo inicia a través del tiempo, considerando la historia de la geología como pieza importante para el desarrollo de este tema, ya que los suelos en la mayoría de veces se modifican por agentes de intemperismo como son: agua, viento y desintegración orgánica, las variaciones con la que se presentan estos agentes pueden ser gradualmente, o en ocasiones pueden ser de forma más rápida, provocados por desastres naturales.

A lo largo de los años han habido varias teorías con diferentes autores; René Descartes fue unos de los primeros en publicar “La teoría de la Tierra” de ahí se despendren los principios de la estratigrafía, de la superposición de los estratos, de la horizontalidad original, y el principio de la continuidad lateral.

En 1785 se presentó el primer geólogo moderno, llamado James Hutton, su teoría decía que la Tierra debía tener muchos más años de lo que se suponía tener, ya que debería de ser mayor el tiempo para que las montañas pudieran haber sido erosionadas y que para que los sedimentos lograran formar nuevas rocas, que afloran a la superficie terrestres para poder convertirse en tierra.

Como parte de fundamentar o documentar algo más al párrafo anterior, se nombran las tres eras más importantes o referentes que existe en el tiempo de la geología del planeta, y se divide o se distribuye en intervalos de tiempo, (Cenozoico, Mesozoico y Paleozoico).

Las rocas se pueden clasificar de acuerdo a su formación en el tiempo geológico: en rocas ígneas, en rocas sedimentarias y en rocas metamórficas, tomando en cuenta los tiempos antes ya mencionados.

Las rocas ígneas son aquellas que se forman por un enfriamiento lento del magma llegando a solidificarse bajo la superficie, su formación de estructura es en cristalina también llamada roca intrusiva, otra de las rocas ígneas pueden ser extrusivas, son todo lo contrario de las intrusivas, se forman por un rápido enfriamiento del magma y esto llega a formar micro cristales.

Las rocas sedimentarias son los cambios de relieve topográfico, ya que por la meteorización y la erosión puede alterar las rocas preexistentes, pueden ser depósitos en sitio o depósitos residuales todos estos materiales acumulados o transportados por diferentes circunstancias y que, por su compactación y cementación, forman sedimentos y que al consolidarse forman rocas sedimentarias.

Las rocas metamórficas son el producto de otra roca, es la evolución de la roca de una anterior esto se produce al someterlas a temperaturas distintas de su formación original puede ocurrir con temperaturas muy altas o muy bajas, en el momento que ocurre una de las dos se produzca la metamorfosis.

En Latitud 19, y para el laboratorio de mecánica de suelos, es de gran importancia el contar con el conocimiento de cómo está conformada una roca o un suelo, ya que con este conocimiento es fácil comprender y analizar para poder plantear una o varias soluciones adecuadas, en la interacción que hay en suelo-cimentación, que finalmente nos ayudará para un diseño de cimentación adecuado y económico.


Laboratorio de mecánica de suelos

El saber identificar los materiales existentes en nuestra corteza terrestre es de gran importancia para fines de dar una solución adecuada al diseño de cimentación al desplantar una edificación, de acuerdo a la capacidad que tiene el suelo o una roca a soportar una estructura, debemos de seguir las metodologías de exploración y muestreo existentes y que a continuación se describen:

  1. Exploración visual de las características que presenta el suelo, tales como su dureza, tamaño, forma, color, olor, plasticidad, etc.
  2. Muestreo, se encarga de determinar las propiedades físicas – mecánicas, por el cual están compuestos los diferentes estratos que conforman el suelo.

En Latitud 19, antes de iniciar con estos dos puntos, hacemos un programa de exploración, obtenemos el número de sondeos verificamos la cantidad de información útil que podemos recabar, ya que será consecuencia de las dimensiones del proyecto.

La exploración en campo puede ser de forma destructiva y no destructiva:

A continuación se nombran las dos más comunes y estas exploraciones son de forma destructiva

Pozo a cielo abierto (P.C.A.), es una perforación superficial por medio de maquinaria mediana, como es una retroexcavadora, la profundidad varia de 2.0 m o hasta 5.0 m, al hacer este tipo de excavación se puede visualizar las paredes de los cortes identificando los diferentes estratos, para el análisis físico – mecánico se extrae una muestra inalterada en el fondo de la excavación esta muestra debe de tener las mismas características del lugar como, humedad, ubicación geométrica de cómo se labro etc. Para posteriormente llevarla al laboratorio central donde se analizará.

Sondeo de penetración estándar (S.PT.), es una perforación profunda por medio de una máquina que con ayuda de poleas y un martinete se perfora hincando a percusión un penetrómetro dividido longitudinalmente, obteniendo muestras alteradas dentro del penetrómetro se describe someramente el material por el perforista obteniendo un perfil estratigráfico dependiendo de la profundidad, estos sondeos puede ser desde 5.0 m hasta 100 m, no solo se perfora por medio de golpes también se puede dar avances con brocas de diamante. Para posteriormente llevar las muestras en recipientes de vidrio o plástico al laboratorio central.

Otra forma de explorar y de forma no destructiva es por medio estudios geofísicos, es otra de las ciencias que estudia la tierra, su enfoque está más dirigido en la física, estudia el terreno en su interior y nos ayuda para poder determinar la construcción de una cimentación, ya que nos proporciona datos como estratos rocosos o estratos de suelo con diferente estructuración mecánica los más usados en el ramo de la construcción de infraestructura son: métodos potenciales, métodos sísmicos y métodos electromagnéticos.

Muestreo ensayos de laboratorio

En Latitud 19, nos enfocamos con la normativa ASTM (American Society for Testing and Materials); en cada muestra alterada o inalterada representativa del estrato de suelo, se le realizará las siguientes pruebas que se listan a continuación:

  1. Clasificación del suelo visual y al tacto en estado húmedo y seco, (ASTM D2488, Standard Practice for Descripción and Identification of Soils (Visual - Manual Procedures)
  2. Clasificación de suelos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ASTM D2487 Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System)
  3. Contenido de agua (ASTM D 2216 Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass1)
  4. Límites de Consistencia en materiales finos: Límite Líquido y Plástico (ASTM D4318 - 10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils).
  5. Análisis Granulométrico por mallas o porcentaje de finos, dependiendo de que la muestra sea predominantemente granular o fina, respectivamente Test Method for Particle - Size Analysis of Soils).

Todas las muestras que se recuperan durante la exploración se identifican y clasifican conforme al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), ASTM D2487.

Para el caso exclusivo de pruebas inalteradas se someten a pruebas triaxiales, con el fin de obtener sus propiedades mecánicas de resistencia al corte, rigidez y deformación de la muestra, las pruebas o ensayes triaxiales, como ya antes se mencionó, nos permiten hacer diferentes procedimientos tales como son:

  1. a) Ensayo consolidado drenado. La prueba se realiza muy lentamente para permitir que drene el agua dentro de la muestra y así impedir que se generen presiones de poro.
  2. b) Ensayo Consolidado no drenado. Durante la prueba se permite el drenaje en la aplicación del esfuerzo de confinamiento y se impide el drenaje cuando se aplica el esfuerzo desviador.
  3. c) Ensayo No consolidado – No drenado. Durante la aplicación de la presión de confinamiento y el esfuerzo desviador no se permite el drenaje
  4. d) Ensayo de corte directo. Con esta prueba obtenemos la resistencia a lo largo de las discontinuidades.

Después de haber explorado en campo y de haber hecho el muestreo y ensayos en laboratorio central, se recopila toda la información obtenida, así como también de evidencia fotográfica, se procede a realizar los cálculos por medio de diferentes autores, dependiendo de la obra de infraestructura a proyectar.

Como se puede observar, el aspecto de laboratorio de mecánica de suelos es bastante extenso y complejo, ya que se debe tener los conocimientos de los inicios de la formación de la Tierra y de su evolución, y en la actualidad seguimos ocupando biobibliografías de gente muy importante, como son los diferentes autores que han dejado su legado por medio de investigaciones precisas y han ayudado o aportado a la evolución del planeta; para el caso de la construcción de edificaciones en diferentes aplicaciones, es de gran importancia el conocimiento de las características topográficas y estratigráficas que está conformada la corteza terrestre, para dar paso al comportamiento físico - mecánico de los suelos y las rocas. Con la ayuda de los ensayos o pruebas de calidad hacia los diferentes materiales,  podemos ofrecer distintos diseños de cimentación apropiados y seguros para cada tipo de obra como se mencionan algunos, zapatas aisladas de concreto reforzado, zapatas corridas de concreto reforzado o de mampostería, losas de cimentación, pilotes profundos, micropilotes etc.