Facultad de Ingeniería
ESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Mecánica de suelos I
Cajamarca, marzo del 2014
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Estructura del suelo. Es la forma de agregación natural de las partículas del suelo, para formar unidades de mayor tamaño con carácter más persistente. Estas unidades se denominan agregados. Su formación se debe a la presencia de cargas eléc eléctr tric icas as en la supe superf rfic icie ie de las las arci arcillllas as,, lo qu que e da como como resu result ltad ado o interacciones físico-químicas con los demás componentes del suelo.
La estructura de los suelos condiciona diversas propiedades del suelo como como po porr ejem ejempl plo: o: po poro rosi sida dad, d, pe perm rmea eabi bililida dad, d, etc. etc. La estr estruc uctu tura ra se encuentra siempre cambiante, bajo la influencia de las fuerzas mecánicas y de dell
movi mo vimi mien ento to de dell ag agua ua orig origin inad ada a po porr la lluv lluvia ia,, la evap evapor orac ació ión, n, la
congelación, la descongelación. descongelación. Mecánica de suelos I
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Estructura del suelo. Es la forma de agregación natural de las partículas del suelo, para formar unidades de mayor tamaño con carácter más persistente. Estas unidades se denominan agregados. Su formación se debe a la presencia de cargas eléc eléctr tric icas as en la supe superf rfic icie ie de las las arci arcillllas as,, lo qu que e da como como resu result ltad ado o interacciones físico-químicas con los demás componentes del suelo.
La estructura de los suelos condiciona diversas propiedades del suelo como como po porr ejem ejempl plo: o: po poro rosi sida dad, d, pe perm rmea eabi bililida dad, d, etc. etc. La estr estruc uctu tura ra se encuentra siempre cambiante, bajo la influencia de las fuerzas mecánicas y de dell
movi mo vimi mien ento to de dell ag agua ua orig origin inad ada a po porr la lluv lluvia ia,, la evap evapor orac ació ión, n, la
congelación, la descongelación. descongelación. Mecánica de suelos I
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La estructura del suelo es un estado y no una propiedad, cuando el suelo está seco se agrieta y se manifiesta la estructura, pero si está húmedo, el suel suelo o se vuel vuelve ve ma masi sivo vo,, sin sin grie grieta tas s y la estr estruc uctu tura ra no se ma mani nifi fies esta ta.. Debido que este estado varía según el contenido de humedad del suelo, el grado de estructura debe determinarse cuando el suelo no esté exageradamente exageradamente húmedo o seco.
En el suelo se presenta microestructrua y macroestructura • Microestructura: es el arreglo de las partículas primarias (arena, limo, arcilla) para formar las secundarias. secundarias. • Macroestructura: se ve a simple vista y es el arreglo de las partículas secundarias y primarias. Mecánica de suelos I
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Estructura primaria, microestructura o textura Es la disposición y estado de agregación de las partículas del suelo
en
su
estado
natural,
depende
del
ambiente
de
meteorización en los suelos residuales, o del ambiente de deposición en los suelos transportados. Esta es la fábrica textural que hereda el suelo.
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La estructura primaria puede ser:
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Estructura secundaria o macroestructura La estructura continua es frecuentemente alterada por condiciones locales para producir la macroestructrura que
lo constituyen
aspectos estructurales a mayor escala. Cuando las partículas individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se denominan agregados
.
La estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las partículas individuales de arena, limo y arcilla.
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• Estructura laminar se compone de partículas de suelo agregadas en láminas o capas finas que se acumulan horizontalmente una sobre otra.
Los agregados tienen forma aplanada, con predominio de la dimensión horizontal. A menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la circulación del agua y del aire.
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• Estructuras en bloques angulares o bloques subangulares Son partículas de suelo que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con los bordes más o menos pronunciados. Los bloques relativamente grandes indican que el suelo resiste el ingreso y el movimiento del agua.
Los agregados tienen forma de bloque, sin
predominio de ninguna dimensión.
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Estructura angular
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Estructura subangular
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• Estructuras prismáticas y columnares Son partículas de suelo que han formado columnas o pilares verticales separados por fisuras verticales diminutas, pero definidas. El agua circula con mayor dificultad y el drenaje es deficiente. - Prismática. Los agregados tienen forma de prisma, de mayor altura que anchura. Es típico de suelos con mucha arcilla. - Columnar. Semejante a la estructura prismática, pero con la base redondeada.
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Estructura prismática
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Estructura columnar
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• Estructuras granulares Son partículas individuales de arena, limo y arcilla agrupadas en granos pequeños casi esféricos. El agua y el aires circulan muy fácilmente a través de esos suelos.
Los agregados son esferas imperfectas, con tamaño de 1 a 10 mm de grosor. Esta estructura permite la circulación de agua y aire.
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Sin estructura Condición en la que no existen agregados visibles o bien no hay un ordenamiento natural de líneas de debilidad, tales como:
• Estructura de aglomerado (coherente) donde todo el estrato del suelo aparece cementado en una gran masa (masivos endurecidos). La cementación puede considerarse una forma de cohesión, donde partículas de diferentes tamaños están unidas por un agente cementante, por lo general un carbonato.
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• Estructura de grano simple (sin coherencia) donde las partículas individuales del suelo no muestran tendencia a agruparse, como la arena pura o
partículas sueltas
pulverulentas de suelos secos.
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Arcilla No es un mineral sino un agregado de minerales y de substancias coloidales que se han formado mediante la descomposición química de las rocas.
Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentándose 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 silícica y la alumínica.
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• Lámina silícica
está formada por un átomo de silicio, rodeado de
cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma de tetraedro.
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Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidades hexagonales repitiéndose indefinidamente constituyen una retícula laminar .
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• Láminas alumínicas están formadas por partículas de octaedros dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxígeno alrededor. También ahora es el oxigeno
el nexo entre cada dos
octaedros vecinos para constituir la retícula
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De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. • Caolinitas Están formadas por una lámina silícica y otra alumínica, que se superponen
indefinidamente.
La
unión entre todas las retículas es lo suficientemente firme permitir
la
moléculas
de
para no
penetración agua
entre
de ellas
(adsorción).
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En
consecuencia
caoliníticas
las
serán
arcillas
relativamente
estables en presencia del agua. Son de color blanco.
Estas arcillas son
de color blanco
moderadamente plásticas, de mayor permeabilidad
y
mayor
fricción
interna. En la “Carta de Plasticidad” las caolinitas están bajo la línea A, están ubicadas como limos.
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Usos de la caolinita Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de placas de vidrio. En pistas para aterrizaje de aviones. En mezclas termoplásticas para techar. En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar mezclas. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava.
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• Montmorillonitas o bentonitas Están formadas por una lámina alumínica entre dos silícicas, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión entre las retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas
de
agua
pueden
introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas
eléctricas
generadas
por su naturaleza dipolar. Mecánica de suelos I
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Lo anterior volumen
produce un incremento en el
de los cristales
lo que se traduce
macro físicamente en una expansión. Las arcillas
montmorillonitas,
presencia
del
agua
especialmente presentarán
en
fuerte
tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorillonitas, originadas por la descomposición química de las cenizas volcánicas y presentan la expansividad típica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente críticas en su comportamiento mecánico. Mecánica de suelos I
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Además de ser expansiva, la montmorillonita es muy plástica y se contrae
al
secarse,
mejorando
su
resistencia
y
haciéndose
impermeable.
Estas arcillas aparecen desdichadamente, con frecuencia en los trabajos
de
campo,
para
cimentación
de
construcciones,
la
montmorillonita es uno de los terrenos en los que se deben tomar más precauciones debido a su carácter expansivo.
por otra parte, en ocasiones ayudan al ingeniero en la resolución de ciertos problemas prácticos como el uso en los pozos de puesta a tierra. Son de color pardo o gris Mecánica de suelos I
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• Ilitas Por
lo
general
están
estructuradas
análogamente
como
las
montmorillonitas, pero su constitución interna manifiesta tendencia a formar grumos del material, que reduce el área expuesta al agua por unidad de volumen, por ello, su expansividad es menor que el de las montmorillonitas y en general, las arcillas ilitas, se comportan mecánicamente en forma más favorable para el ingeniero.
El coeficiente de fricción interno y la permeabilidad son menores que en la caolinita y mayores que en la montmorillonita.
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Arcillas caolinitas, montmorillonitas e ilitas Los constituyentes químicos esenciales de los minerales de arcilla varían no solo en cantidad sino también en el modo en que se combinan o presentan en los diferentes minerales.
Los minerales arcillosos más importantes se encuentran en el grupo de las caolinitas y de las montmorilinitas. Las arcillas esenciales de los sedimentos arcillosos son el resultado de la meteorización
de rocas
ígneas y metamórficas.
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En condiciones de escasa precipitación el magnesio de las rocas ígneas máficas permanecen en la zona de meteorización y la arcilla producida es la montmorillonita.
Si la precipitación es considerable, se efectúa una lixiviación completa de la roca, el magnesio es separado y el producto de la meteorización es la caolinita.
A partir
de
una
roca
ígneas
ácida
se
origina
la illita
y
montmorillonita en condición de meteorización con tal que ocurra retención de potasio y magnesio,
pero se formaría caolinita de
prevalecer una lixiviación excesiva. Mecánica de suelos I
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Propiedades de las arcillas Consistencia Se define como su resistencia al esfuerzo cortante; es la oposición que presenta la masa de suelo a que se le deforme.
Sensibilidad o susceptibilidad de una arcilla Es la propiedad por la cual, al perder el suelo su estructura natural, cambia su resistencia, haciéndose menor, y su compresibilidad, aumenta.
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Actividad (A) Propiedad plástica de los suelos que resulta del agua adsorbida que rodea a las partículas de arcilla, el tipo de minerales arcillosos y sus cantidades proporcionales en un suelo afectarán los límites líquido y plástico. La actividad se usa como índice para identificar el potencial de expansión de los suelos arcillosos.
Tixotropía. Fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de una arcilla cuando es amasada, y en la posterior recuperación de dicha resistencia después de un cierto tiempo de reposo. Este fenómeno suele ser intenso en las proximidades del LL y casi nulo en el LP. Mecánica de suelos I
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Estructura del suelo También se refiere a la forma en la que el suelo está compuesto y al modo en que se encuentran dispuestas sus diversas
partes.
El
suelo
en
su
evolución
natural
origina
una
estructura
vertical,
conocida
como
perfil. En la estructura del suelo se pueden observar diferentes capas que es producto de su movimiento interno y del transporte vertical, estas capas son conocidas como estratos. Mecánica de suelos I
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