ETSI CIVIL Origen de Suelos

8/18/2019 ETSI CIVIL Origen de Suelos

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GEOTECNIA Y MECÁNICA DEL SUELO

ORIGEN DE LOS SUELOS

Prof : Fernando Minaya RodríguezETS de Ingeniería Civil

Unidad Docente de Geotecnia y Mecánica del Suelo


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En primer lugar debemos diferenciar entre roca y suelo

Los términos roca y suelo, en las acepciones en queson utilizados por el ingeniero civil y a diferencia delconcepto geológico que supone roca a todos loselementos constitutivos de la corteza terrestre, implican

una clara diferencia entre dos tipos de materiales.

Diferencia entre suelo y roca


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El origen del suelo se remonta a unos 350 millones de años.

Se forma por:La disgregación física de la roca madre bajo la influencia de

agentes climáticos como el viento, lluvia y cambios de temperatura.

La alteración o descomposición química de los minerales que laconforman (debido a la acción de una serie de organismos que sedesarrollan en la superficie de la roca) y por agentes químicoscomo el CO

2 y el O

2 atmosférico.


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Los factores que condicionan los cambios en los materialesoriginales hasta formar el suelo son:

OrganismosTopografía o

relieve

Clima

Roca madre

Tiempo


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La roca es considerada como un agregado naturalde partículas minerales unidas mediante grandesfuerzas cohesivas.

Llamamos roca a todo material que suponga unaalta resistencia,

Por el contrario suelo, es todo elemento naturalcompuesto por minerales separables por mediosmecánicos de poca intensidad, como son laagitación en agua y la presión con los dedos de lamano.


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Mecánica de suelos y Mecánica de rocas

En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes dela física y las ciencias naturales a los problemas que involucran lascargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre.

Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una uotra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como

elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos engeneral; por lo que, en consecuencia, su estabilidad ycomportamiento funcional y estético estarán determinados, entreotros factores, por el desempeño del material de asiento situadodentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se

generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.


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Mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada alcomportamiento mecánico de rocas y de macizos rocosos. Tal comoen geología, es la rama de la mecánica concerniente a la respuestade estos entes litológicos a los campos de fuerzas de su ambientefísico. La mecánica de rocas forma parte de la geomecánica,disciplina relativa a las respuestas mecánicas de todos losmateriales geológicos, incluidos los suelos. Aplicada a ingenieríageológica, del petróleo y civil, se enfoca a puesta en operación de

los principios de ingeniería mecánica a diseño de estructuraslitológicas


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Los suelos provienen de las rocas. Su formación seda a través de un proceso de transformación delmaterial que la conforma, llamado meteorización , en

el cual la roca es atacada por mecanismos dedesintegración y descomposición que se atribuyen alagua, la atmósfera, las plantas, la vida animal, alclima y al tiempo.


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La importancia del agua en el terreno

En Ingeniería Civil uno de los mayores enemigos a

la hora de proyectar nuestras obras es el AGUA ENEL TERRENO


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Agua de constitución: Las moléculas de agua no existen individualmenteen el compuesto, sino que se forman durante elcalentamiento. Para desprender el agua deconstitución se necesitan temperaturas muyelevadas y además se trata de procesosirreversibles. Este tipo de agua se encuentra ennumerosos filosilicatos, como el talco.

http://www.monografias.com/trabajos12/consti/consti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/consti/consti.shtml


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Agua de retenciónEs aquella que no es posible drenarla y provoca tensiónsuperficial del agua en poros y superficies


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Agua de capilaridad

Cuando el agua y las sales minerales del subsueloempapan una pared como si se tratara de una esponja

seca, ésta llega a su límite de saturación. La pared ya nopuede absorber más agua ni más sales, de modo queaparecen en la superficie interior de la pared. Este efectoes el que conocemos como humedades por

capilaridad. puede ser :

Aislada

Franja capilar continua


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Nivel FreáticoEl nivel freático corresponde al nivel superior de una capafreática o de un acuífero en general. A menudo, en este nivella presión de agua del acuífero es igual a la presión

atmosférica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_fre%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capa_fre%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Acu%C3%ADferohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Acu%C3%ADferohttp://es.wikipedia.org/wiki/Capa_fre%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capa_fre%C3%A1tica


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¿ Que elementos forman los suelos?

Tamaño de las partículas•

Bloques• Gravas y Gravillas• Arenas• Limos• Arcillas

Suelos granulares y suelos cohesivosGranulares: Gravas y ArenasCohesivos :Arcillas

GranulometríaPartícula Tamaño

Arcillas < 0,0039 mmLimos 0,0039-0,0625 mm

Arenas 0,0625-2 mmGravas 2-64 mmCantos rodados 64-256 mmBloques >256 mm


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El término arci l la puede ser empleado desde puntos de vista muydiversos:1)En sentido petrográfico (como un tipo de roca en sí misma);

2) En un sentido mineralógico (aquél conjunto de minerales quecomparten unas características químico estructurales características);3) En un sentido granulométrico (referido a la fracción deuna roca en la que el tamaño de sus granos constituyentes satisfaceun determinado rango de medida.

En general, el término arcilla se aplica a un material natural, terroso,de tamaño de grano fino y que muestra plasticidad* cuando esmezclado con una cierta proporción de agua. Su composición químicaestá caracterizada por la presencia de Si, Al y H2O, junto a cantidadesvariables de Mg, Mn, Fe, Ca, Na y K, principalmente.

ARCILLAS


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La unidad estructural básica de los filosilicatos son tetraedros de silicio yoxígeno (SiO)4

4

Dichos tetraedros se unen compartiendo tres de sus cuatro

oxígenos con otros vecinos formando capas, de extensión

infinita y fórmula (Si2O5)2- (capa tetraédrica), que constituyen

la unidad fundamental de los filosilicatos


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ESTRUCTURA TETRAÉDRICA

El tetraedro Si-O se encuentra

eléctricamente descompensado

(el Si aporta cuatro cargaspositivas frente a la ocho

negativas de los cuatro oxígenos

de los vértices), por lo que ha de

unirse a otros cationes para

neutralizar las cargas.


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ESTRUCTURA OCTAÉDRICA Los octaedros se encuentran descompensados eléctricamente (dos

cargas positivas si el catión octaédrico es el Mg o tres si se trata de Al,

frente a las 12 posibles cargas negativas que pueden aportar los seis

vértices).

Las capas de tetraedros y octaedros seacoplan dando láminas que al repetirseforma la estructura cristalina.

http://edafologia.ugr.es/imaginter/arcillas/media/estr2.jpg


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PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS

Las aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican

en sus propiedades físico-químicas:

a)Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 um).

b)Su morfología laminar (filosilicatos).

c)Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición

de carga en las láminas y a la presencia de cationes

débilmente ligados en el espacio interlaminar.


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CAPACIDAD DE ABSORCIÓNFenómeno consistente en la pérdida de resistencia de uncoloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con eltiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas seconvierten en un verdadero líquido.

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en lasuperficie exterior de sus cristales o atraer cationes a susuperficie (Ca+,Mg+ , K+ )

TIXOTROPÍA Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el

sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras

moléculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales

estructurales (sepiolita y paligorskita).


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HIDR T CIÓN E HINCH MIENTO

La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son

propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es

crucial en los diferentes usos industriales.

+ H2O


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PLASTICIDAD Las arcillas son eminentemente plásticas.

Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre

las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que

facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se

ejerce un esfuerzo sobre ellas


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7 DIFERENCIAS ENTRE ARCILLA Y ARENA (Terzaghi 1925)


ARCILLA ARENA

Vol de Huecos hasta 98% Volumen de huecos hasta 50%

Retrae al secarse No retrae al secarse

Cohesión muy marcada (según humedad)

Cohesión despreciable

Es plástica No es plástica

Si se aplica carga lentamentecomprime lento

Si se aplica carga comprime alinstante

Poco o muy poco permeable Permeable

Es muy compresible Mucho menos compresible queuna arcilla


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LA BENTONITA

La bentonita es considerada como una arcilla, la cual tiene un granomuy fino tipo montmorillonita que contiene bases y hierro. Una bentonitaes una roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de las

esmécticas.

El tamaño de las partículas es seguramente inferior a un 0,03% al delgrano medio de la caolinita.

Su nombre deriva de un yacimiento que se encuentra en Fort Benton,Estados Unidos.


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Las bentonitas se pueden utilizar como:

- Material de sellado en depósitos de residuos tanto tóxicos ypeligrosos

- Mezclas de suelos con el fin de disminuir su permeabilidad- Bentonita para la fabricación de jabones- Ingeniería civil- Industria veterinaria- Bentonita para alimentación animal

- Bentonita para catálisis- Bentonita para tierras físicas- Bentonita para ingeniería civil- Industria farmacéutica- Bentonita para la clarificación de vinos y jugos

- Bentonita para la agricultura

LA BENTONITA


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Los criterios de clasificación utilizados por la industria se basan ensu comportamiento y propiedades fisico-químicas.

Además de sus propiedades de absorción, la bentonita tiene lainteresante propiedad de adsorber una gran cantidad de moléculasde proteínas de soluciones acuosas.

LA BENTONITA


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Lodos de perforaciónLos lodos de perforación son los fluidos bombeados que circulan através del pozo mientras este es perforado. Su composición se ajustaa medida que cambian las exigencias, de acuerdo con la profundidadde la perforación y los otros materiales encontrados.


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Las funciones que debe cumplir el lodo de perforación son:

• Control de presiones de formación y estabilización de lasparedes

• Enfriamiento de la herramienta de perforación•

Sellamiento o formación de un recubrimiento delgado eimpermeable contra la pared del pozo que no dejar filtrar aguaen la formación geológica.

• Permitir la adición de agentes densificantes• Producción de una presión hidrostática suficiente para

estabilizar la pared y conservar en la formación geológica susfluidos.• Remoción de escombros del fondo del pozo y transporte de

los mismos a la superficie.• Soporte de parte del peso del taladro.


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• Transmisión de potencia hidráulica a la broca• Una gran variedad de minerales industriales y productos químicos

es utilizada en la formación de lodos de perforación, pero siempre,el ingrediente más importante es la Bentonita y su utilización se

basa en el incremento de la viscosidad del lodo, que garantiza unaefectiva extracción a la superficie de los escombros.

Pantalla en metro deMálaga

Muro pantalla en CalleSerrano

https://www.youtube.com/watch?v=S-sWisT1Nhghttps://www.youtube.com/watch?v=Zu-79Oe6mQk


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Una propiedad fundamental la tixotropía

Es la propiedad de resistencia que presentan algunos materialespara evitar ser amasados cuando se encuentran sometidos a

esfuerzos cortantes.

Muestran un cambio de su viscosidad en el tiempo; cuanto más sesometa el fluido a esfuerzos de cizalla, más disminuye suviscosidad.

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_cortantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_cortantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad


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A medida que la amasamos va perdiendo viscosidadhasta que queda prácticamente líquida, y por elcontrario, si la dejamos allí sin intervenir tiende aponerse sólida.

Un típico ejemplo de estos son los desprendimientos ydesplazamientos de tierra (cuando esta es rica en estetipo de arcilla) tras un terremoto ,el movimiento haceque la arcilla se vuelva maleble y dada a moverse, junto

con la tierra, ocasionando en ocasiones grandes daños.También la miel deabejas bajo ciertas condiciones,tiende a ser toxitrópica

https://www.youtube.com/watch?v=gsVvbips1cU

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