ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS INGENIERO EDGAR RODRIGUEZ GRANADOS MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ FEBRERO DE 2012
1. INTRODUCCIÓN 1.1. Masa de Suelo: La definición de suelo es diferente de acuerdo con: la Geología, la agronomía, la Ingeniería.
Geología: El suelo se define como un producto de la meteorización mecánica y química, de una roca determinada. Constituido por una combinación de materia mineral y orgánica, agua y aire.
Agronomía: El suelo es un cuerpo natural, resultante de numerosas interacciones dinámicas de componentes orgánicos e inorgánicos y que constituye el medio para el desarrollo vegetal. vegetal.
Ingeniería: El
suelo uelo se defi define ne como omo un agr agregad egado o de mine minerrales ales,, unid unidos os por por fuer fuerza zass débi débile less de conta ontact cto o, sepa separrable abless por por medi medios os mecánicos de poca energía o por agitación en agua.
Partículas sólidas
Diferentes Formas y tamaños •
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Líquido
Gas
Agua con electrolitos disueltos
Aire y gases orgánicos
Masa de Suelo
Los suelos present presentan an un amplio rango rango de: Composición, Composición, densidad, humedad, gases y vacios, etc. En un proyecto Ingenieril es necesaria una adecuada evaluación de : LA CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE ACUERDO CON SUS PROPIEDADES.
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Los factores factores que influyen en la formación del suelo son: Roca oca madr madree Tiempo Clima Plant Plantas as y animale animaless Topogr opografía afía
Roca oca mad adrre: •
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Cuando un suelo se forma a partir de una roca (ígnea, metamórfica o sedimentaria), los suelos se denominan suelos suelos resid residual uales. es. Cuando el suelo se forma a partir de sedimentos no consolidados se llama suelo suelo trans transpor porta tado do.
Tiempo •
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La naturaleza del suelo se ve influida por la duración de los procesos que lo han formado. Cuan Cuantto más más tiem tiempo po ha est estado ado formá ormánd ndos osee un suel suelo o, mayor mayor es su espesor y menos se parece a la roca madre.
Clima: •
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Se considera considera el factor factor más influyente influyente en la formación formación del suelo. La temperatur temperaturaa y la precipitación son los elementos más importantes. importantes. Topografía:
La pendiente pendiente del terreno terreno es fundamental fundamental en la formación formación del suelo. En pendientes muy altas el suelo se desarrolla poco, generándose suelos delgados o inexistentes.
1.3. Perfil de Suelo. Un perfil de suelo generalizado (Tomado de Ciencias De La Tierra-2005) es:
Suelo residual o Zona I
Roca parcialmente meteorizada o Zona II
Roca Fresca o Zona III
Capa Vegetal: Suelo superficial altamente meteorizado, rico en humus y capaz de soportar el crecimiento de vegetación: No útil en ingeniería, usado para paisajismo y es muy útil para agricultura.
Tomado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/le cciones/seccion1/capitulo04/tema03/01_04_03.htm
ZONA I A. Suelo superficial, presenta raíces, materia orgánica, zona de lixiviación. B. Caracterizado por arcilla, enriquecidas con Fe, Mg, Al, Si. No presenta estructuras heredadas. C. Tiene tamaño entre arena y limo. Presenta estructuras heredadas, puede tener bolas de rocas hasta 10%. Tomado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/le cciones/seccion1/capitulo04/tema03/01_04_03.htm
ZONA II A. Transición de suelo residual a roca, presenta materiales arenosos, las bolas de roca pueden alcanzar hasta 95%, común meteorización esferoidal B. Roca parcialmente meteorizada, roca blanda a dura, las fracturas presentan películas de óxidos
Tomado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/le cciones/seccion1/capitulo04/tema03/01_04_03.htm
ZONA III Roca Sana, No presenta oxidación en las fracturas, ni alteración de los minerales
Tomado de: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/le cciones/seccion1/capitulo04/tema03/01_04_03.htm
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Para Ingeniería se trabaja con la parte exterior de la corteza donde dominan los siguientes 8 elementos (aproximadamente 98%).
Oxigeno:
46,6%. Silicio: 27,7%. Aluminio: 8,1%. Hierro: 5,0%. Calcio: 3,6%. Sodio: 2,8%. Potasio: 2,6%. Magnesio: 2,1%.
2.2. Procesos en la superficie de la Tierra. La conformación de la superficie de la corteza
(regolito) se debe a la interacción de la Meteorización Física o desintegración de la masa de roca- minerales y por la Meteorización Química o descomposición de varios minerales. La resistencia y estabilidad del regolito son los factores a estudiar en INGENIERIA GEOTÉCNICA. Los procesos que actúan y afectan la superficie de la tierra son: 1) Gradación. 2) Diastrofismo 3) Vulcanismo.
1) Gradación: La topografía física (montañas, valles, etc) se alteran por acción del agua, aire, hielo y otros factores de meteorización. 2) Diastrofismo: Porciones de la tierra se mueven relativamente entre si, debido a la tectónica de placas. 3) Vulcanismo: Acción de roca fundida sobre y dentro de la corteza.
2.3. Ciclo de las Rocas.
En el ciclo de rocas se forman rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Roca ígneas: Dos grandes grupos, rocas ígneas plutónicas y rocas ígneas volcánicas. Rocas ígneas Plutónicas. •
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Roca Ígnea Plutónica. Nombre: Diorita. Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Roca Ígnea Plutónica. Nombre: Granito. Formado por Cuarzo y Plagioclasa. Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Granito de Feldespato Potásico. Tomado de: http://www.windows2universe.org/earth/geo logy/ig_intro.html&lang=sp
Gabro: Roca ígnea plutónica con hornblenda, plagioclasa. http://geofys.blogspot.com/2010/11/laboratorio-ggg-rocasigneas.html
Rocas ígneas volcánicas.
Roca Ígnea Volcánica. Nombre: Riolita Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Roca Ígnea Volcánica. Nombre: Basalto. Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Roca Ígnea Volcánica. Nombre: Obsidiana. Vidrio Volcánico. Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Roca Ígnea Volcánica. Nombre: Andesita. Tomado de :http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
Rocas Metamórficas.
Roca Metamórfica: Gneis. Alto grado de metamorfismo Tomado de: https://encrypted-
Roca metamórfica: Pizarra. Bajo grado de metamorfismo.www.refugiomagico.blogspot.com
Roca Metamórfica: Filita. Medio grado de metamorfismo Tomado de: https://encryptedtbn2.google.com/images?q=tbn:ANd9GcTG4SfPSgXvEmKhVUuda
Roca Metamórfica: Pizarra. Medio grado de metamorfismo Tomado de: https://encryptedtbn2.google.com/images?q=tbn:ANd9GcTG4SfPSgXvEmKhVUuda
Rocas Sedimentarias
Roca sedimentaria: Arenisca. Tomado de www.edafologia.ugr.es
Roca sedimentaria : Conglomerado. Tomado de www.edafologia.ugr.es
3. METEORIZACIÓN. •
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Es la alteración de los materiales rocosos expuestos al aire, la humedad y los efectos de la materia orgánica, en o cerca de la superficie de la tierra. La meteorización es uno de los procesos importantes en el ciclo de las rocas.
3.1. Tipos de Meteorización Meteorización Física o Mecánica. Meteorización Química.
3.1.1. Meteorización Física o Mecánica. La roca se rompe en trozos cada vez más pequeños sin modificarse la composición mineral de la roca.
Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
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En la naturaleza hay 4 procesos físicos que generan meteorización mecánica:
- Heladas - Descompresión - Expansión térmica - Actividad biológica
Heladas.
Los ciclos repetidos de congelación y deshielo producen fragmentación de la roca. Este proceso se llama Gelifracción. Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
Descompresión
Es el proceso de expansión de una roca por pérdida de presión, al quedar expuesta en superficie, generándose rupturas con desprendimientos de fragmentos.
Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
Expansión
Térmica.
El ciclo diario de calentamiento – enfriamiento de las rocas, produce meteorización mecánica. Tomado de: www.wikigeologia.wikispaces.com
Actividad Biológica
Las actividades de los organismos como las plantas, animales y el hombre, producen meteorización mecánica.
Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
3.1.2. Meteorización Química. Son los procesos que descomponen las estructuras internas de los minerales inestables, liberando al ambiente circundante iones y cationes. 3.1.2.1. Tipos De Meteorización Química. Solución:
Disociación de minerales en iones.
Oxidación: Combinación de O con otros minerales Reducción: Liberación de
O.
Hidratación: Absorción de moléculas de agua
Hidrólisis: Los iones de
H reemplazan cationes.
Lixiviación:
Migraciones de iones: Ca, Mg, Na, K (fáciles de remover), el Fe (difícil), el Si (muy difícil) y el Al (imposible). Intercambio
Cationico: El agua cargada con Ca, Na, K, H, Mg, se intercambian con otros iones de otros minerales.
METEORIZACIÓN QUÍMICA 3.1.2.2. Alteraciones
La meteorización esferoidal es un proceso que proporciona a la roca meteorizada una forma redondeada o esférica.
Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
Tomado de: Ciencias de la Tierra, 2005.
MINERALES FORMADORES DE ROCAS
COMPOSICIÓN QUIMICA
SUSCEPTIBLIDAD A LA METEORIZACIÓN QUIMICA
SUELO DERIVADO PRINCIPAL
Cuarzo
Dióxido de Silicio
Altamente resistente
Grava, Arena y partícula de limo
Ortosa
Aluminosilicatos de potasio.
Moderadamente susceptible.
Partículas de minerales de arcilla del grupo de la caolinita e illita.
Plagioclasa
Aluminosilicatos de Sodio y Calcio
Mica
Aluminosilicatos de potasio, magnesio y hierro
Moderadamente susceptible.
Anfíboles.
Silicatos principalmente de magnesio y hierro
Partículas de mineral de arcilla de los grupos de la montmorillonita e illita.
Piroxenos Olivino
Altamente susceptible
Los
minerales siguen una secuencia para la descomposición, que es inversa a la de su formación (serie de Bowen).
Serie de Bowen: Tomado de http://www.eoearth.org/article/Igneous_rock
3.2. Velocidad de la meteorización Varios factores influyen en el tipo y velocidad de la meteorización: - Características de la roca - Clima.
Características de la roca Las características de las rocas que determinan la velocidad de la meteorización son: Composición química. Estructuras: Diaclasas, foliación, etc
Composición Química
Estructuras Las
estructuras como diaclasas, foliación, fallas, entre otras, generan superficies de debilidad propicias para que se generen procesos de meteorización mecánica y química
CLIMA Los
factores importantes dentro del clima para la velocidad de meteorización son: -La temperatura -La humedad La
combinación de la temperatura y la humedad, influencian la velocidad de la meteorización. La
frecuencia de los ciclos hielo-deshielo afecta la velocidad de meteorización.
4. TIPOS DE DEPÓSITOS DE SUELO •
Los depósitos de suelo natural se clasifican de manera amplia como SUELOS RESIDUALES Y SUELOS TRANSPORTADOS.
SUELOS RESIDUALES: Formados por meteorización InSitu y permanecen en el sitio. Se presentan en regiones tropicales y zonas no sometidas a glaciaciones. Ejemplo: lateritas ricas en oxido de hierro y aluminio en América del Sur, África, India. En Colombia: Batolito Antioqueño, Ibagué, etc.
SUELOS TRANSPORTADOS Son suelos desplazados de su posición original y depositados en otros sitios; los principales agentes de transporte son: El agua, el hielo y el viento. El tamaño y la forma de las partículas están determinadas por: Agente de transporte y modo de formación del depósito.
4.1. Tipos de depósito. Los
depósitos sedimentarios se forman por la acción de los procesos geomorfológicos y climáticos, debido principalmente al medio de transporte y a la meteorización.
Los
distintos medios de sedimentación originan una serie de depósitos cuyas características están relacionadas con las condiciones de formación de estos sedimentos. Así, la clasificación de los materiales, granulometría, forma y tamaño, dependen del medio de transporte.
En
función de las relaciones geológicas de los depósitos sedimentarios, estos se clasifican: 1.Depósitos Coluviales. 2.Depósitos Aluviales. 3.Depósitos Lacustres. 4.Depósitos Litorales. 5.Depósitos Glaciares. 6.Depósitos de Climas Áridos y Desérticos. 7.Depósitos Evaporíticos. 8.Depósitos de Climas Tropicales. 9.Depósitos de Origen Volcánico.
Depósito coluvial. Se puede observar la granulometría diversa y la forma angular de los elementos englobados en una matriz limo arcillosa. Valle del río Fortaleza. Tomado de: http://exploroc k.files.wordpres s.com/2010/08/ depositocoluvial-1.jpg Granulometría diversa
Matriz Limo arcillosa.
Depósito aluvial. En la parte superior se observa que los fragmentos de roca redondeada a subredondeada tienen una matriz principalmente compuesta por lodo. Valle del río Pativilca. Tomado de: http://explorock.f iles.wordpress.co m/2010/08/depo sito-aluvial-1.jpg
Fragmentos de roca redondeada a
Fragmentos de roca mayores a 1m
Depósito aluvial con fragmentos de roca mayores a 1 metro, cuya forma es angular a subredondeada rellenando una quebrada. Nótese el color de la matriz (lodo) que engloba a los bloques de roca. Valle del río Chillón. Tomado de: http://exploroc k.files.wordpres s.com/2010/08 /depositoaluvial-3.jpg
Columna tipo de un depósito litoral. Tomado de: http://explorock.fil es.wordpress.com/ 2010/08/columnatipo-litoral.jpg
Depósito litoral. Supe / Lima. Tomado de: http://expl orock.files. wordpress. com/2010/ 08/deposit oslitorales1.jpg
Limos
Arenas de grano fino.
Al fondo, depósitos glaciares en la base del valle glaciar en forma de "U". Goyllarisquizga / Cerro de Pasco. Tomado de: http://explorock .files.wordpress. com/2010/08/d epositosglaciares.jpg
Depósitos de origen glaciar.
Duna. Tomado de: http://www.recursostic.org/proyecto/index.php?option=com_content&vi ew=article&id=660:movimientos-dedunas&catid=137:riesgos-y-catastrofes&Itemid=160
Deposito de Loess. Tomado de: http://www.edu.pe.ca/southernkings/loess sp.htm
7. Depósitos evaporíticos •
Estos depósitos están formados por la precipitación química de sales, cloruros o sulfatos, típicos de medios árido o desérticos, lacustres, lagunares y litorales Depósitos evaporiticos: específicamente de yeso y anhidrita. Tomado de: http://www.uclm. es/users/higueras/ yymm/YM8.html
Depósito volcánico sedimentario. Playa Vegueta. Tomado de: http://exploro ck.files.wordpr ess.com/2010/ 08/depositosvolcanicos1.jpg
Capas de Cenizas volcánicas intercaladas con rocas sedimentarias.
Depósito volcánico - sedimentario. Playa Vegueta. Tomado de: http://explorock.file s.wordpress.com/2 010/08/depositosvolcanicos-3.jpg