I - Geotécnia

8/16/2019 I - Geotécnia

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I. Introducción a la

Mecánica de Suelos


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Mecánica de Suelos

Mecánica de Suelos, es la rama de la ciencia

que trata el estudio de sus propiedades físicas yel comportamiento de masas de suelosometidas a varios tipos de fuerzas.

La Ingeniería de Suelos, es la aplicación delos principios de la mecánica de suelos aproblemas prácticos.

La Ingeniería Geotécnica, es la ciencia ypráctica de aquella parte de la Ingeniería Civilque involucra materiales naturales encontradoscercas de la supercie de la Tierra.


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Suelo, se dene como el agregado no

cementado de granos minerales y materiaorgánica descompuesta partículas sólidas!

"unto con el líquido y gas que ocupan losespacios vacíos entre las partículas sólidas.


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Agentes generadores de suelo.

#a corteza terrestre es atacada principalmentepor el aire y las agua, siendo los medios deacción de estas sustancias sumamentevariados.

$in embargo, en %ltimo análisis, todos losmecanismos de ataque pueden incluirse endos grupos& desintegración mecánica ydescomposición química.


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'l t(rmino de desintegración mecánica se

reere a la intemperización de las rocas poragentes físicos, tales como los cambiosperiódicos de temperatura, acción de lacongelación del agua en las "untas y grietas de

las rocas, efectos de organismos, plantas, etc.)or estos fenómenos las rocas llegan a formararenas o, cuando muc*o, limos y sólo en casosespeciales arcillas.


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)or descomposición química se entiende la

acción de agentes que atacan las rocasmodicando su constitución mineralógica oquímica. 'l principal agente es, desde luego,el agua y los mecanismos de ataque mas

importante son la o+idación, la *idratación y lacarbonatación. #os efectos químicos de lavegetación "uegan un papen no despreciable.'stos mecanismos generalmente producen

arcillas como %ltimo producto dedescomposición.


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Suelos residuales y suelos transportados.

#os productos del ataque de los agentes deintemperismo pueden quedar en el lugar,directamente sobre la roca de la cual se derivan,dando así origen a suelos llamados residuales.

)ero esos productos pueden ser removidos dellugar de formación, por los mismos agentesgeológicos y depositados en otra zona. sí se

generan suelos que sobreyacen sobre otrosestratos sin relación directa a ellos- a estossuelos se les denomina transportados.


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$eg%n el agente de transporte, se subdividen

en tres categorías principales&

1. Aluviales o fuviales: depositados por aguaen movimiento.

2. Glaciales: depositados por acción glaciar.

3. Eólicos: depositados por la acción del viento.


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Minerales constitutivos de los suelos grueso.

n mineral en una sustancia inorgánica y natural,que tiene una estructura interna característicadeterminada por un cierto arreglo especíco desus átomos e iones. $u composición química y sus

propiedades físicas o son "as o varían dentro delímites denidos. $us propiedades físicas masinteresantes, desde el punto de vista deidenticación son& el color, el lustre, la tonalidadde sus raspaduras, la forma de cristalización, la

dureza, la forma de su fractura y disposición desus plano crucero, la tenacidad, la capacidad parapermitir el paso de ondas y radiaciones o luz! y ladensidad relativa.


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#a estructura atómico molecular del mineral

es el factor más importante para condicionarsus propiedades físicas.

'n los suelos formados por partículas gruesas,los minerales predominantes son& silicatos,

principalmente feldespato de potasio, sodio ocalcio!, micas, olivino, serpentina, etc.- ó+idos,cuyos principales e+ponentes son el cuarzo$i/0!, la limonita, la magnetita y el corindón-

carbonatos, entre los que destacan la calcita yla dolomita y sulfatos, cuyos principalesrepresentantes son la an*idrita y el yeso.


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'n los suelos gruesos el comportamiento

mecánico e *idráulico está principalmentecondicionado por su compacidad y por laorientación de sus partículas, por lo que laconstitución mineralógica es, *asta cierto

punto, secundario. 'llo no debe interpretarsecomo motivo para que el ingeniero sedesentienda de este tópico, cuyo estudiopuede ser muy informativo en más de un

aspecto práctico.


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Minerales constitutivos de las arcillas

)artiendo de numerosos minerales principalmentesilicatos! que se encuentran en las rocas ígneas ymetamórcas, los agentes de descomposiciónquímica llegan a un producto nal& la arcilla.

#as arcillas están constituidas básicamente porsilicatos de aluminio *idratados, presentandoademás, en algunas ocasiones, silicatos demagnesio, *ierro u otros metales, tambi(n*idratados. 'stos minerales tienen, casi siempre,una estructura cristalina denida, cuyos átomos sedisponen en láminas.

'+isten dos variantes de tales láminas& la silícica yla alumínica.


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'n la primera está formada por u átomo de silicio,

rodeado de cuatro de o+ígeno, disponi(ndose elcon"unto en forma de tetraedro.

'stos tetraedros se agrupan en unidades*e+agonales, sirviendo un átomo de o+ígeno de

ne+o entre cada dos tetraedros.#as unidades *e+agonales repiti(ndoseindenidamente, constituyen una retícula laminar.

#as láminas alumínicas están formadas por

retículas de octaedros, dispuestos con un átomode aluminio al centro y seis de o+ígeno alrededor. Tambi(n a*ora es el o+ígeno el ne+o entre cadados octaedros vecino, para constituir la reticula.


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1e acuerdo a cuerdo con su estructura

reticular, los minerales de arcilla se encasillanen tres grupos& caolinitas montmorilonitas eilitas.

#as caolinitas l0/2 3 0$i/0 3 040/! están

formadas por una lámina silícica y otraalumínica, que se superponenindenidamente. #a unión entre todas lasretículas es lo sucientemente rme para no

permitir la penetración de mol(culas de aguaentre ellas adsorción!. 'n consecuencia, lasarcillas caolimíticas serán relativamenteestables en la presencia del agua.


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#as montmorilonitas 5/4!6$i7l6/08 3 n40/9

están formadas por una lámina entre dossilícicas, superponi(ndose indenidamente. 'neste caso la unión entre las retículas delmineral es d(bil, por lo que las mol(culas de

agua pueden introducirse en la estructura conrelativa facilidad, a causa de las fuerzasel(ctricas generadas por su naturaleza dipolar.#o anterior produce un incremento en el

volumen de los cristales, lo que se traduce,macrosicamente, en una e+pansión. #asarcillas montmorilonitas, especialmente enpresencia de agua, presentan fuertemente a la

inestabilidad.


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#as ilitas 5/4!6 3 : y $i7;y ;ly !

l6!/08 , con y, por lo general iguala ?.@! están estructurados análogamente quelas montnorinolitas, pero su constitucióninterna maniesta tendencia a formar grumos

de materia, que reduce el área e+puesta alagua por unidad de volumen- por ello, sue+pansividad es, menor que la de lasmontorinolitas y, en general, las arcillas

ilíticas, se comportan mecánicamente en másfavorable para el ingeniero.


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Generalidades Físico-Químico de las

arcillas'n los granos gruesos de los suelos, lasfuerzas de gravitación predominanfuertemente sobre cualquiera otras fuerzas-

por ello, todas las partículas gruesas tienen uncomportamiento similar. 'l comportamientomecánico e *idráulico de tales suelos estádenido por características circunstanciales,

tales como la compacidad del depósito y laorientación de sus partículas individuales.


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'n los suelos de grano muy no, sin embargo,

fuerzas de otros tipos e"ercen acciónimportantísima- ello es debido a que en estosgranos, la relación de área a volumen alcanzavalores de consideración y fuerzas

electromagn(ticas desarrolladas en lasupercie de los compuestos minerales cobransignicación. 'n general, se estima que estaactividad en la supercie de la partícula

individual es fundamental para tamaAosmenores de dos micras 8.880 mm!


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#a supercie de cada partícula de suelo posee

carga el(ctrica negativa. #a intensidad de lacarga depende de la estructuración ycomposición de la arcilla. sí la partícula atraea los iones positivos del agua 4B! y a cationes

de diferentes elementos químicos, tales comoaB, : B, CaBB, =gBB, lBBB,


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Intercambio catinico

#os cristales de arcilla pueden cambiar loscationes adsorbidos en su película supercial-por e"emplo, una arcilla *idrógena concationes 4B!pueden transformarse en sódica,

si se *ace que circule a trav(s de su masa,agua con sales de sodio en disolución.

'n realidad lo que ocurre es un intercambio decationes entre el agua y las películas

adsorbidas por las partículas minerales,algunas veces en relación rápida. #os cationesintercambiables más usuales son& aB, : B, CaBB, =gBB, 4B y 46!B.


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Identi!cacin de minerales de arcilla"

'+isten *oy varios procedimientos al alcancedel investigador a n de identicar losminerales constituyentes de una arcilla- #osm(todos de investigación por Dayos E y el

conocido como FGalance T(rmico de lasrcillasH. 'l microscopio electrónicoproporciona datos %tiles tambi(n, sobre todoen lo referente a forma y tamaAo de las

partículas minerales.


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#area$

Investigar& #a relación entre las partículas dearcilla y el agua

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