Cap. 1. Origen y Formación de Suelos

Mecánica de Suelos 1.1 CON CONSTITUC STITUCIÓN IÓN INTERN INTERNA A DEL DEL GLO GLOBO BO TERRES TERRESTRE TRE Cap. 1. ORIGEN Y FORMACIÓN DE SUELOS

1.2 ORIG ORIGEN EN Y FORM FORMACI ACIÓN ÓN DE LOS LOS SUEL SUELOS OS 1.3 1. 3 CI CICL CLO O RO ROCA CA – SUELO SUELO 1.4 AG AGENTES ENTES GENERA GENERADORE DORESS DE SUEL SUELOS OS 1.5 TIP TIPOS OS DE SUEL SUELOS OS 1.6 PERFIL ESTR ESTRA ATIGRÁ TIGRÁFICO FICO 1.7 COM COMPONEN PONENTES TES DE LOS LOS SUEL SUELOS OS Y ROCAS ROCAS 1.8 ESTR ESTRUCTURA UCTURA DE LAS LAS PART PARTÍCULAS ÍCULAS MINER MINERALES ALES 1.9 ESTR ESTRUCTURA UCTURA ATÓM TÓMICA ICA 1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO TÉCNICAS

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Cap. 1. ORIGEN Y FORMACIÓN DE SUELOS

1.1 CONSTI TITTUCIÓN INTE TER RNA DEL GLOBO TE TER RRESTR TREE De acuerdo con teorías recientes y que gozan de aceptación, la tierra se formó hace formó hace 4.500 millones de años de una gigantesca gigantesca bola de gases y escombros cósmicos. Con el enfriamiento de esta masa se formó la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera (T (Teor oríía del Big Ba Ban ng). En un esquema general el globo terrestre está constituido de la siguiente manera:

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1.1 CONSTI TITTUCIÓN INTE TER RNA DEL GLOBO TE TER RRESTR TREE De acuerdo con teorías recientes y que gozan de aceptación, la tierra se formó hace formó hace 4.500 millones de años de una gigantesca gigantesca bola de gases y escombros cósmicos. Con el enfriamiento de esta masa se formó la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera (T (Teor oríía del Big Ba Ban ng). En un esquema general el globo terrestre está constituido de la siguiente manera:

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1.1 CONSTI TITTUCIÓN INTE TER RNA DEL GLOBO TE TER RRESTR TREE Núcleo: formado Núcleo: formado predominantemente por compuestos Fe Fe y y Ni.. Su densidad media Ni es considerablemente considerablemente superior a la de capas más superficiales. Carece de rigidez (fluido fluido). ).

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1.1 CONSTI TITTUCIÓN INTE TER RNA DEL GLOBO TE TER RRESTR TREE Magma: manto semiMagma: fluido que rodea al núcleo. Cortezaa terr Cortez terrestr estre: e: envuelve el manto. Presenta una densidad decr decrec eciient ente haci haciaa la superficie, y está formada en esencia

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1.1 CONSTITUCIÓN INTERNA DEL GLOBO TERRESTRE Corteza terrestre: Constituida por grandes masas heterogéneas, con un espesor medio de: 30 – 40 Km: plataf. C. Aprox. 10 Km: océanos Se encuentra aprox. en estado de balance isostático.

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1.1 CONSTITUCIÓN INTERNA DEL GLOBO TERRESTRE

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1.1 CONSTITUCIÓN INTERNA DEL GLOBO TERRESTRE La corteza terrestre está compuesta por una estructura: litosfera, conformada por roca en estado sano y roca meteorizada (SUELO) que corresponde a la parte sólida y los vacíos que se presentan en este armazón (con aire y fluidos, como agua, que hace parte de la hidrosfera. El estudio del comportamiento de los materiales que componen la corteza terrestre se ha llamado Geotecnia Básica. En la capa más superficial, aparece en la mayoría de los casos, una capa vegetal de material no consolidado

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Los principales elementos que componen la corteza exterior de la tierra y su proporción presentan la composición promedio que se puede ver en el Tabla 1.1. Tabla 1.1 Elementos que componen la corteza terrestre ELEMENTO Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Magnesio Calcio

SÍMBOLO O Si Al Fe Mg Ca

% (PESO) 46.6 27.7 8.1 5.0 2.1 36

% (VOLUMEN) 93.8 0.9 0.5 0.4 0.3 10

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Estos elementos rara vez existen solos, sino más bien, en combinación, con otros elementos, formando diferentes compuestos: componentes de muchos minerales que contienen las rocas. El origen y formación de los depósitos de suelo y de roca hace parte de un ciclo geológico donde toda la materia, suelos y rocas, se transforman en forma continua en periodos de tiempo muy superiores a los de diseño de las obras que se desarrollan sobre estos.

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Una simplificación de estos macro procesos de transformación de los componentes de la corteza terrestre se presenta en el esquema denominado: “El ciclo Geológico” en la Figura 1.2, por A. González. La secuencia mostrada en el esquema no es la única posibilidad de ocurrencia de los procesos mencionados, solo es una aproximación a los procesos que se presentan en la corteza terrestre.

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS En Geotecnia se llama suelo a los sedimentos no consolidados y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por desintegración física y por descomposición química de rocas que pueden o no contener materia orgánica. 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

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Por otra parte la roca es un material mineral natural, sólido, duro que se presenta en grandes masas o en fragmentos de tamaños considerables. La mecánica de suelos y la mecánica de rocas se pueden definir como la aplicación de las leyes y los principios de la mecánica y la hidráulica, al modelamiento de estos depósitos para predecir su comportamiento y plantear soluciones en ingeniería que utilizan el suelo o las rocas como material estructural o como elemento de

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Las propiedades más importantes (suelos y rocas) desde el punto de vista de la ingeniería, esencialmente, son: Tamaño, forma y disposición de los granos: granulometría, textura y estructuras. • Propiedades de la fracción de partículas muy finas de un suelo. • Porosidad. • Densidad: de la parte sólida y del conjunto sólido poroso. • Contenido de humedad y su influencia. •

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1.2 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS Las propiedades más importantes (suelos y rocas) desde el punto de vista de la ingeniería, esencialmente, son: •

• •

Permeabilidad y características del agua intersticial: NF, presiones intersticiales, movimiento del agua a través del suelo y capilaridad. Deformabilidad: deformaciones plásticas, elásticas, por compactación y Consolidación. Resistencia al corte: los parámetros de cohesión y resistencia por fricción interna de los granos. Relación

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1.3 CICLO ROCA – SUELO Las rocas de acuerdo con su origen se clasifican en tres grupos básicos: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Las rocas son mezclas de varios minerales o compuestos y varían grandemente en composición. La historia geológica (aproximadamente mil millones de años) indica que la tierra está cambiando continuamente. La corteza terrestre consta aproximadamente de un 95% de rocas ígneas y de solo un 5% entre rocas sedimentarias

Mecánica de Suelos 1.3 CICLO ROCA – SUELO


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1.4 AGENTES GENERADORES DE SUELOS La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios de acción de estas sustancias sumamente variados. Estos mecanismos pueden incluirse, básicamente, en dos grupos: desintegración mecánica y descomposición química. La meteorización es el resultado principal de la acción de los agentes atmosféricos que originan los suelos, los cuales se generan por procesos físicos y/o químicos. Lo que hace la meteorización, es producir una alteración de la roca

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1.4 AGENTES GENERADORES DE SUELOS Desintegración mecánica (procesos físicos) Intemperización de las rocas por agentes físicos, tales como: • • •

Cambios periódicos de temperatura Acción de la congelación del agua en las juntas y grietas de las rocas Efectos de organismos, plantas, etc.

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1.4 AGENTES GENERADORES DE SUELOS Descomposición química (procesos químicos) Acción de agentes que atacan las rocas, modificando su constitución mineralógica o química. El principal agente es el agua y los mecanismos de ataque más importantes son: • • •

Oxidación Hidratación Carbonatación

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1.4 AGENTES GENERADORES DE SUELOS

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1.5 TIPOS DE SUELOS Los productos del ataque de los agentes de intemperismo pueden quedar en el lugar, directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando origen a los suelos residuales. Pero esos productos pueden ser removidos del lugar de formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona, generando suelos que sobreyacen sobre otros estratos sin relación directa con ellos, denominados suelos transportados.

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1.5 TIPOS DE SUELOS AGENTES DE TRANSPORTE: glaciares, el viento, los ríos y corrientes de agua superficial, los mares y las fuerzas de gravedad, o combinados. DEPÓSITOS DE TALUD: heterogéneos, sueltos, formados por materiales gruesos. Combinación de escurrimiento de aguas en las laderas de colinas y montes

Mecánica de Suelos 1.5 TIPOS DE SUELOS DEPÓSITO DEPÓSI TOSS LA LACUS CUSTRE TRESS: Generalmente de grano muy fino, a causa de la pequeña velocidad con que las aguas fluyen fluyen en en los los lagos. DEPÓSITO DEPÓSI TOSS MAR MARINO INOSS: Suelen ser estratificados, estratificados, reflejando las características características


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1.5 TIPOS DE SUELOS DEPÓSITO DEPÓSI TOSS GLA GLACIA CIARES RES:: Formados por suelos heterogéneos, desde grandes bloques, hasta materiales muy finamente granulados, a causa de las grandes presiones desarrolladas y de la abrasión producida por el movimiento de las masas de hielo.

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1.5 TIPOS DE SUELOS LOESS: depósitos eólicos, consLOESS: tituidos por una mezcla uniforme de arenas finas cuarzosas, algo feldespáticas feldespáticas y limos, estructurado en forma abierta y algo cohesivo. MÉDANOS: aglomeraciones de arena MÉDANOS: suelta, que fue arrastrada por el viento a poca altura y detenida por algún obstáculo natural. Formados por arenas

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1.5 TIPOS DE SUELOS En general un su suel elo o tr tran ansp spor orttad ado o queda descrito por un perf pe rfil il es estr traatigráfico tigráfico,, que resalte la se secu cuen enci ciaa de co colo loca caci ción ón y espesor de sus estratos. En relación con los sue suelos los res residu iduale aless, existen dos conceptos que juegan un papel muy importante: perfil de metteo me eori rizzac ació ión n y co conj njun unto to de es estr truc uctu turras he here reda dada dass. Perfil de meteorización: secuencia de materiales, con diferentes propiedades, que se ha formado en el lugar

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1.5 TIPOS DE SUELOS Estructuras heredadas: diaclasas, exfoliaciones, juntas, grietas, fallas y otros depósitos estructurales, como herencia de lo que tenía la roca original.

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1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO Corresponde a la descripción litológica del material presente en cada nivel, determinando su ubicación y el espesor del mismo. La descripción se hace de la superficie del terreno hacia abajo. Capa Orgánica: capa más superficial del perfil y es un suelo, muy poco utilizado en las obras de ingeniería, por su contenido de nutrientes que se descomponen con el tiempo y por lo tanto presenta una mayor compresibilidad y baja resistencia. Su color más usual es negro, contiene

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1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO Suelo: Se habla de arenas, limos, arcilla y bloques de roca en cualquier matriz. Roca Sana: E s l a roca primitiva y fase inicial de la desintegración; no ha sufrido cambios físicos ni químicos notorios. Una de las propuestas más utilizadas para la descripción de un perfil es la propuesta por Deer y Patton, la cual se presenta a continuación.

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1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO Perfil de meteorización de Deer y Patton Este tipo de perfil se presenta en suelos residuales y básicamente ayuda a definir el perfil de meteorización que se ha alcanzado a desarrollar en la zona.

Mecánica de Suelos 1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO


Mecánica de Suelos 1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO


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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Los suelos y rocas están compuestos principalmente por minerales: sustancias inorgánicas y naturales, con estructuras internas características, determinadas por un cierto arreglo especifico de sus átomos y iones. Su composición físico-química y sus propiedades físicas, o son fijas o varían dentro de límites definidos. PROPIEDADES FÍSICAS: desde el punto de vista de identificación son: color, lustre, tonalidad, raya, forma de cristalización, dureza, forma de su fractura, disposición de sus planos, tenacidad, capacidad para permitir el paso de

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Propiedades físicas de los minerales Forma Cristalina: característica producida por su estructura cristalina. Peso unitario: cada mineral tiene un peso definido por unidad de volumen; se describe generalmente comparando con el peso unitario del agua. Color : no es propiedad segura para la identificación de los

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Propiedades físicas de los minerales Huella o Raspadura: color de una línea de polvo mineral formada cuando la superficie se raya con un objeto duro. Estriaciones: propiedad de algunos minerales que presentan líneas paralelas, como fibras o bandas angostas, llamadas estriaciones. que atraviesan sus superficies. Lustre: apariencia de una superficie recién quebrada vista en luz reflejada por ella (brillante, grasosa, lustrosa,

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Propiedades físicas de los minerales Gravedad E specifica: relación del peso del material con el peso de un volumen de agua igual al volumen del material. Clivaje: ruptura a lo largo de superficies planas, tersas o definidas. Los planos de clivaje son consecuencia del arreglo interno de los átomos y representan las direcciones en que las ligaduras atómicas son relativamente débiles. El mineral tiende a romperse a lo largo de planos paralelos a

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Propiedades físicas de los minerales Fractura: ruptura a lo largo de líneas de fractura. Forma de romper el material. Dureza: propiedad física gobernada por el arreglo atómico interno de los elementos de los minerales. La dureza es la medida de la resistencia que la superficie tersa de un mineral ofrece al ser rayada. La escala de dureza de MOHS se utiliza como base de evaluación de la dureza de los

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos granulares Son los suelos y rocas formados por partículas gruesas. Los minerales predominantes en estos suelos son los siguientes: Silicatos: más del noventa por ciento (90%) de los minerales que forman las rocas son silicatos y corresponde a un compuesto de silicio y oxigeno más otros metales. Cada uno de los silicatos minerales tiene como compuesto

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos granulares Silicatos: Dentro de estos se tienen los siguientes minerales que forman materiales de depósitos: Feldespatos, Micas, Olivino (MgFe)2SiO4, Serpentina, Hornblenda, Biotita, Cuarzo. Óxidos: los óxidos minerales están formados por la unión directa de un elemento con el oxígeno. Tienen estructura más simple que los silicatos Sus principales

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos granulares Carbonatos: están compuestos por un ion de carbono y tres de oxígeno dispuestos a su alrededor (el ion complejo (CO2)2-). Estos minerales son el componente principal de la roca sedimentaria común, llamada caliza. Entre ellos se encuentra: Calcita (CaCo3), Dolomita, Magnesita. Sulfatos: se forman por la unión directa de un elemento con un ión de (SO 4)2-, un ion

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) Los minerales que los componen provienen de la degradación de las rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. La investigación de las propiedades mineralógicas de estos sedimentos, comenzó en épocas recientes (1930) y presenta gran importancia en ingeniería, pues, a diferencia de lo señalado para los suelos gruesos, el comportamiento mecánico de las arcillas se ve decisivamente influido por su estructura en general y

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la sílica y la

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos)

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: Caolinita (Al4(OH)8Si4O10): conformada por una lámina Sílica y otra alumínica, que se superponen indefinidamente. Las arcillas caolinitas son relativamente estables en presencia de agua.

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: lllita (OH)4Ky(Si8-yAly)(Al4Fe4Mg4Mg6)O20: grupo que incluye a las micas alteradas por aguas superficiales. La illita y la montmorillonita están estructuradas análogamente, pero en su constitución interna la illita manifiesta tendencia a formar grumos de materia; por ello,

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: Montmorillonita ((OH)4Si8Al4O20 nH2O): arcilla por una lámina alumínica entre dos láminas de sílica, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión entre las retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas d d i t d i l t

formada

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: Montmorillonita ((OH)4Si8Al4O20 nH2O): La facilidad de almacenar agua en su estructura produce un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce, macrofísicamente, en una expansión

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: Montmorillonita ((OH)4Si8Al4O20 nH2O): Las arcillas en campo montmorilloníticas, especialmente en presencia de agua, presentarán alta tendencia a la inestabilidad por el cambio de volumen y las presiones que

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) Bentonita. Arcilla del grupo montmorillonítico, originada por la descomposición química de las cenizas volcánicas, que presenta expansibilidad típica del grupo en forma particularmente aguda, lo que la hace sumamente crítica en su comportamiento geomecánico. Esta arcilla se presenta con mediana f i l t b j d

i t

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) Bentonita. Debido a sus características expansivas en la perforación de pozos se utiliza para estabilizar la excavación; de igual forma en la construcción de diques y en condiciones de saturación total es posible utilizarla como sello o material impermeable. Limos. Son una transición entre las arenas y las arcillas, son

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1.7 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS Suelos finos (arcillas y limos) Limos. Este tipo de suelos tiene características intermedias de suelos gruesos a finos y las propiedades mecánicas son heredadas del material fino y grueso que lo componen. Debido a las características heredades, es un material que se intemperiza fácilmente.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Son las disposiciones que adoptan las partículas minerales que hacen parte de los depósitos, formando el conjunto particulado, llamado suelo o roca. Los valores de las propiedades de estos conjuntos son las utilizadas en los análisis con este material. Estas propiedades son controladas directamente por las características de la partícula, su arreglo o fábrica. La forma de las partículas minerales de un suelo son de importancia en el arreglo y por supuesto en el

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Relevancia de la estructura de los suelos Ya que el comportamiento mecánico de los suelos está íntimamente relacionado con su microestructura y ésta difiere en función de varios factores, es necesario comprender la relación que existe entre el proceso sedimentológico durante el depósito de las partículas minerales, la diagénesis y la historia de esfuerzos que definieron la estructura actual de los sedimentos.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Relevancia de la estructura de los suelos Por tanto, la caracterización de la microestructura de los suelos es un tema fundamental que requiere mucha atención, ya que sus efectos son tan importantes en la determinación de las propiedades mecánicas como los efectos de la historia de esfuerzos. Microestructura de los suelos La estructura de un material se puede estudiar en cinco

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Microestructura de los suelos Hasta hace unos años, el término “estructura” se ha relacionado con el arreglo relativo de partículas, grupos de partículas y vacíos del suelo. Este enfoque considera sólo uno de los siguientes cuatro aspectos que integran y fundamentan un enfoque actual de la mecánica de suelos: • •

Arreglo geométrico de los elementos estructurales (fábrica). Composición química.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Microestructura de los suelos Ahora bien, el conocimiento actual no permite una caracterización cuantitativa de la microestructura de los suelos, por su relación con las propiedades mecánicas de los suelos en términos de estos factores. Por tanto, constituye un magnífico campo de investigación para la mecánica de suelos.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES •

Arreglo geométrico de los elementos estructurales.

En un material complejo y heterogéneo como un suelo, sus componentes o elementos estructurales están espacialmente arreglados en forma continua en un patrón tridimensional. La caracterización del patrón tridimensional de componentes del suelo incluye la distribución de vacíos. Los elementos estructurales se pueden clasificar en:  Partículas

de arcilla. Son los elementos individuales más pequeños representados por microcristales de minerales

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Arreglo geométrico de los elementos estructurales.

 Microagregados.

Son asociaciones de partículas de

arcilla.  Agregados. Son asociaciones de partículas de arcilla con partículas de limo o arena.  Granos. Son fragmentos de cristales de minerales primarios del tamaño de limo o arena. •

Composición química.

Los suelos son una mezcla de sólidos inorgánicos y

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Los suelos son una mezcla de sólidos inorgánicos y orgánicos, gas, agua y microorganismos. Todas estas fases ejercen influencia unas a otras: la reacción de los sólidos afecta el aire y el agua, los que a su vez intemperizan sólidos, y los microorganismos catalizan muchas de las reacciones químicas. Por lo mismo, los procesos de sedimentación son esencialmente reacciones geoquímicas que tienen lugar en

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Ningún otro líquido puede compararse con el agua en el número de sustancias que pueden disolver ni en las cantidades que puede mantener en disolución. •

Constitución mineralógica.

No hay un método único para identificar los minerales que contiene una muestra de suelo. Esto se debe en parte, a que en una muestra de suelo la presencia de un mineral

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Sin embargo, el uso combinado de los métodos de identificación (difracción de rayos X, análisis térmico diferencial, espectroscopía de infrarrojo, microscopio electrónico de barrido y microscopio electrónico de transmisión) permite llegar a conclusiones cualitativas respecto a su composición. La composición mineralógica y su alteración controlan el tamaño, la forma y las características de la superficie de

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Estas propiedades, junto con la interacción con la fase fluida, determinan la plasticidad, compresibilidad, resistencia y permeabilidad. Esto permite entender las propiedades geotécnicas de los suelos. •

Fuerzas de estructurales.

interacción

entre

los

elementos

Según Mitchell (1993), dos suelos pueden tener el mismo

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Fuerzas de estructurales.

interacción

entre

los

elementos

Los enlaces estructurales en las arcillas están determinados por fuerzas de diversa naturaleza: química (de valencia), electrostática-iónica, molecular (de Van der Waals), de capilaridad, electrostática (fuerzas de Coulomb) y magnéticas.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES En los suelos gruesos la forma característica es la equidimensional, en la cual las tres dimensiones de la partícula son de magnitud comparable. Se presentan formas redondas por el efecto del rodado y la abrasión mecánica; son frecuentes en arenas de río y en algunas formaciones de playa y formas angulosas que presentan aristas y vértices aguzados; son típicas de arenas residuales y arenas volcánicas, como en estos predomina la fuerza de gravedad que tiene influencia en el comportamiento, resulta menos complicada la descripción

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES En los suelos finos o cohesivos los granos no son observables a simple vista y se presentan diferentes arreglos o fábrica que tienen gran incidencia en el comportamiento geomecánico del material. Asociación de partículas de arcillas en suspensiones De acuerdo con lo expuesto en el texto: Fundamentals of Soil Behavior de James K Mitchell (Van Olphen, 1963), estas asociaciones pueden describirse de la siguiente forma:

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Asociación de partículas de arcillas en suspensiones Dispersa: No existe asociación cara a cara de las partículas de arcilla. Agregada: Asociación cara a cara de varias partículas de arcilla. Floculada: Asociación borde agregados.

–

borde y borde

Defloculada: No hay asociación entre agregados.

–

cara de

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Asociación de partículas de arcillas en suspensiones

Figura 1.19. Modos de asociación en arcillas en suspensión: a) Dispersa y defloculada; b) Defloculada agregada; c) Floculada borde cara dispersa;

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Tradicionalmente se han considerado las estructuras: simple, paneloide y floculenta como básicas en los suelos. Estructuras simples Se producen cuando las fuerzas debidas al campo gravitacional terrestre son claramente predominantes en la disposición de las partículas; es por lo tanto, típica de suelos de grano grueso. Las partículas se disponen apoyándose directamente unas t d tí l i t d

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Tradicionalmente se han considerado las estructuras: simple, panaloide y floculenta como básicas en los suelos. Estructuras simples Desde el punto de vista ingenieril, el comportamiento mecánico e hidráulico de un suelo de estructura simple, queda definido principalmente por dos características: la compacidad (grado de acomodo) y la orientación de sus partículas.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES En suelos finos donde predominan las fuerzas intermoleculares de las cuales depende su estructura: Estructura en “castillo de naipes” y Estructura dispersa

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Estructura panaloide Se considera típica en granos de pequeño tamaño que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones, aire. En estas partículas, la gravitación ejerce un efecto que hace que tiendan a sedimentarse, pero dada su pequeña masa, otras fuerzas naturales pueden hacerse de magnitud comparable.

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1.8 ESTRUCTURA DE LAS PARTÍCULAS MINERALES Estructura floculenta Se presenta cuando en el proceso de sedimentación, dos partículas, de diámetros menores de 0,02 mm, llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; así, otras partículas pueden unirse al grupo, formando un grumo. Este mecanismo produce una estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacíos.

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1.9 ESTRUCTURA ATÓMICA Todas las propiedades de los minerales están determinadas por la composición y la estructura interna de los átomos que componen los elementos. Podemos identificar los minerales por sus propiedades químicas pero a menudo acudimos a las físicas como forma cristalina, dureza o a otras para su identificación. LECTURA:

Cap. II. FÍSICO QUÍMICA DE LAS ARCILLAS Juárez Badillo, Eulalio y Rico Rodríguez, Alfonso. Mecánica de suelos

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en general son llamados: grava, arena, limo o arcilla , dependiendo del tamaño predominante de las partículas. Para describir los suelos por el tamaño de sus partículas, varias organizaciones desarrollaron límites de tamaño de

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS La tabla 1.1 muestra los límites de tamaño de suelo separado desarrollados por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), el departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), la Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y del Transporte (AASHTO), el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos y la Oficina de Restauración de Estados Unidos. En esta tabla, el sistema MIT se presenta porque juega un papel importante en la historia del desarrollo de los límites de tamaño de suelo separado.

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Sin embargo, en la actualidad el Sistema Unificado es casi universalmente aceptado. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) ha sido adoptado por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM). Las gravas son fragmentos de rocas ocasionalmente con partículas de cuarzo, feldespato y otros minerales. Las partículas de arena están formadas principalmente de cuarzo y feldespatos, aunque también están presentes, a

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Los limos son fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (hojuelas) que son fragmentos de minerales micáceos. Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales.

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Como muestra la tabla 1.1, las arcillas se definen como partículas menores a 0.002 mm. En algunos casos, las partículas de tamaño entre 0.002 y 0.005 mm también se denominan arcillas. Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen necesariamente minerales arcillosos. Las arcillas se definen como aquellas partículas "que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua" (Grim, 1953).

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS La plasticidad es la propiedad tipo masilla de las arcillas cuando contienen cierta cantidad de agua. Los suelos no arcillosos pueden contener partículas de cuarzo, feldespato o mica, suficientemente pequeñas para caer dentro de la clasificación de las arcillas. Por consiguiente, es apropiado para las partículas de suelo menores que 2 μ o 5 μ , como se definen bajo diferentes sistemas, ser llamadas partículas tamaño arcilla en vez de arcillas. Las partículas de arcilla son en su mayoría de

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Forma de los granos La esfericidad es el grado de aproximación a la forma esférica, mientras que la redondez es la angulosidad de sus bordes y esquinas. De acuerdo con la forma, los granos pueden ser agrupados cualitativamente como esferoidal o equidimensional, discoide o laminado, en forma de varilla o prismático y en forma de paleta.

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Forma de los granos De acuerdo con su grado de redondez, pueden ser angulosos, subangulosos, subredondeados y redondeados. Estas dos propiedades, aunque frecuentemente confundidas, son geométricamente distintas y no son afines. Las partículas de la misma forma pueden tener grados variables de redondez y aquellas de redondez

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1.10 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Forma de los granos

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NORMA INV E-102-13: DESCRIPCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS (PROCEDIMIENTO MANUAL Y VISUAL): tamaños: prácticamente igual que SUCS.

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Cap. 1. Origen y Formación de Suelos

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