minerologia y propiedades del suelo

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS FISICAS Y MATEMÁTICA.

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

GEOLOGIA

UNIDAD V

SEMESTRE 2014

INFLUENCIA DE LA MINERALOGIA Y FÁBRICA EN LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS

Los suelos están formados en partículas sólidas, fluidos, gases y espacios vacíos, pudiendose clasificar en función del tamaño de sus partículas.

- Suelos de granos grueso o granulares: formados principalmente por cuarzo, feldespato, calcita, sulfatos, sales y vidrios volcánicos en poca frecuencia.

- Suelos de grano fino o suelos finos: Formados principalmente por limos y minerales de arcilla, como caolinitas, ilitas, esmectitas y materia orgánica, y otros en menor porcentaje.


MINERALES DE ARCILLA DE INTERÉS EN INGENIERÍA CIVILLos minerales de arcilla son silicatos hidratados de aluminio. Se clasifican dentro de los filosicatos, caracterizados por su estructura en capas. Existe una amplia gama de familias de minerales con propiedades físicas y químicas muy diversas.

Los grupos más importantes son:- Grupo del caolín- Grupo de la Illita- Grupo de las esmectitas


Haloysita


PROPIEDADES FISICO – QUIMICAS DE LOS MINERALES DE ARCILLASe relacionan con los procesos de intercambio en la región

interlaminar, y con el tamaño de los cristales y agregados de las partículas arcillosas. Los procesos de adsorción e intercambio de cationes son los causantes de la hidratación e hinchamiento del estado basal, y dependen de la capacidad intercambio catiónico.

PROPIEDADES INGENIERILES Y COMPOSICIÓN MINERALÓGICALas arcillas son materiales en ingeniería civil problemáticos al depender

su comportamiento de la composición mineralógica y de las condiciones geoquímicas y ambientales del medio. Estos factores con frecuencia sufren alteraciones, si se cambia la composición química del agua, da lugar a reacciones dentro de la estructura mineral y cambios en las propiedades ingenieriles.


La cantidad de agua adsorbida por los minerales de arcilla depende de la capacidad del cambio catiónico y de la superficie específica. Las plasticidades más bajas corresponden a las caolinitas y las más altas a las esmectitas, siendo las monmorillonitas sódicas las más elevadas dentro de este grupo.

INFLUENCIA DE LA MINERALOGIA Y FÁBRICA EN LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOSInfluencia de la mineralogía en al resistencia de las rocas


Cambio de volumen en función de la composición mineralógica


MICROFABRICA DE LOS SUELSO ARCILLOSOSSe denomina fábrica o microfábrica de un suelo al ordenamiento o

disposición espacial del grupo de partículas, sus poros, discontinuidades y los elementos presentes en el suelo.

La fracción gruesa de los suelos depende básicamente de la forma, tamaño, y grado de ubicación de las partículas. En la fracción fina, la microfábrica depende de las propiedades físico-quimicas, sobre todo del grado de interacción entre los cristales de las arcillas, esta interacción tiene lugar mediante fuerzas de atracción y de repulsión.

En función del tipo de asociación elemental de partículas, y de distintos factores ambientales que intervienen en el sedimento, los suelos arcillosos presentan múltiples tipologías de microfábrica, las más características son:


- Turbostrática o regular: matriz arcillosa y compacta, estructura muy densa, sin orientación definida, característica de sedimentos marinos sobreconsolidados.


- Laminar u orientada: matriz homogénea formada por láminas de arcilla orientadas según una dirección preferente, estructuras

compactas y anisótropas.


- Panal de abeja: estructuras abiertas formadas por flóculos de partículas de arcilla unidas entre sí por fuerzas de adherencia. Presenta gran cantidad de poros intercomunicados y es característica de medios salinos y suelos susceptibles.


- Esqueletal: organización metaestable de fragmentos agragados de arcillas unidos mediante conectores de larga distancia, abundan los poros y conectores, característica de suelos meteorizados y

colapsables.


- Oolítica o nodular: constituida por nódulos o agregados esféricos, que pueden formar un empaquetamiento denso, característica de medios continentales ricos en óxidos de Fe.


MICROFABRICA DE LA ARCILLAS Y PROPIEDADES INGENIERILES

DEPOSITOS SEDIMENTARIOSLos depósitos sedimentarios se forman por la acción de los procesos geomorfológicos y climáticos, destacando el medio de transporte y la meteorización. Los distintos medios de sedimentación originan una serie de depósitos, cuyas características geotécnicas están

relacionadas con las condiciones de formación de estos sedimentos.

Dependen del medio de transporte para su clasificación de los materiales, forma, tamaño, granulometría.

Conociendo los factores geomorfológicos y climáticos, es posible prever la disposición y geometría del depósito, propiedades físicas y otros aspectos de interés en ingeniería geológica.

DEPOSITOS SEDIMENTARIOSSe encuentran clasificados como:

- Depósitos coluviales- Depósitos aluviales- Depósitos lacustres- Depósitos litorales- Depósitos glaciares- Depósitos de climas áridos y desérticos- Depósitos evaporíticos- Depósitos de climas tropicales- Depósitos de origen volcánico

DEPOSITOS SEDIMENTARIOS

- Depósitos coluviales:Son materiales transportados por gravedad, la acción del hielo-deshielo, y principalmente por el agua.Su origen es local, producto de alteración in situ de las rocas y posteriormente como derrubios de ladera o depósitos de solifluxión. Frecuentemente están asociados a masas inestbles. Su composición depende de la roca de la que proceden, estan formados por

fragmentos angulares y heterométricos, generalmente de tamaño grueso, englobados en una matriz limo arcillosa. Su espesor suele ser escaso, aunque puede ser muy variable.

La resistencia de estos materiales es baja, sobre todo en la zona de contacto con el sustrato rocoso.


- Depósitos aluviales:Son materiales transportados y depositados por el agua. Su tamaño varía desde la arcilla hasta las gravas gruesas, cantos y bloques. Las facies más gruesas presentan bordes redondeados. Se distribuyen en forma estratiforme, variando su densidad. Se encuentran en los climas templados, ocupando causes y valles fluviales, llanuras, terrazas. Son suelos muy anisotrópicos en su distribución, con propiedades variables, estrechamente relacionados con la granulometría.

Pueden tener altos contenidos de materia orgánica en determinados medios, presentan un nivel freático alto.

Los aluviales constituyen una fuente de recursos de materiales para la construcción, como áridos.


- Depósitos lacustres:En general son sedimentos de grano fino, predominando los limos y las arcillas. El contenido de materia orgánica puede ser muy alto, sobre todo en zonas pantanosas. En condiciones de agua salada se forman precipitados de sales.

Los principales problemas de estos depósitos están relacionados con su alto contenido de materia orgánica, siendo en general suelos muy blandos.

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- Depósitos litorales:Son materiales formados en la zona intermarial por la acción mixta de ambientes continentales y marinos, influyendo en esta caso de las corrientes, el oleaje y las mareas. Predominan las arenas finas y los limos, pudiendo contener abundante materia orgánica y carbonatos

En general, la consistencia del material es blanda a muy blanda y muy anisotrópica. Su caracterísitca principal es su alta

compresibilidad. Un depósito muy característico de las zonas litorales son las dunas, con carácter inestable debido a su movilidad.

DEPOSITOS SEDIMENTARIOS- Depósitos glaciares:Son depósitos transportados y depositados por el hielo o por el agua de deshielo. Están formados por las tillitas y morrenas.

Estos depósitos contienen fracciones desde gravas gruesas hasta arcillas.

La heterogeniedad y anisotropía es la característica típica de estos depósitos, existen desde las arcillas hasta las gravas gruesas y grandes bloques. Sus propiedades son altamente variables.


- Depósitos de climas áridos y desérticos:Los ambientes áridos tienen una serie de implicaciones ingenieriles y medioambientales, como la desecación profunda, la acumulación de sales y la alta movilidad de los sedimentos con el viento, que condicionan las propiedades de estos suelos, entre los que se

destacan:- Muy bajo contenido de humedad- Bajo contenido en materia orgánico- Desarrollo de una costra rica en sales- Muchos suelos áridos tienen origen eólico


- Los principales problemas que presentan son:- Expansividad en arcillas- Colapso por densificación de suelos- Erosionabilidad muy alta- Ataques por sales, cloruros y sulfatos- Cambios volumétricos en yesos- Desprendimientos y roturas en taludes de laderas con fuertes pendientes


- Depósitos evaporíticos:Estos depósitos estan formados por precipitación química de sales, cloruros o sulfatos, típicos de medios áridos o desérticos, lacustres, lagunares y litorales. Se caracterizan por:

- Producen reacciones químicas con los hormigones, que pueden causar su deterioro y destrucción.- Son fácilmente solubles, sobre todo los cloruros.- Pueden sufrir cambios de volumen, al pasar de anhidritas a yesos.- En superficie forman costras- Representan un riesgo de hundimiento cuando se producen fenómenos de disolución y carstificación.


- Depósitos de climas tropicales:Las condiciones climáticas en regiones tropicales con alta humedad y altas temperaturas determinan una intensa meteorización química, originando suelos residuales. Su composición mineralógico, su fábrica y las condiciones geoquímicas del medio controlan el

comportamiento de estos suelos. Son frecuentes los encostramientos, con mejores propiedades en la superficie que en la profundidad, son altamente sensibles a la desecación. Los más representativos son los siguientes:

- Zonas de ladera y montaña: formación de suelos rojos, suelos ricos en haloysitas en condiciones de buen drenaje. - En zonas bajas y llanuras: formación de suelos negros. Predominio de esmectitas. Problemas de expansividad y mal drenaje.


- Suelos encostrados: presentan un buen comportamiento. En función del tipo de mineral predominante se forman lateritas (Al), ferricritas (Fe), silcritas (Si) o calcritas (Ca).


- Depósitos de origen volcánico: los suelos volcánicos pueden ser residuales por alteración de materiales infrayacentes, resultando depósitos limo-arenosos y arcillas, y transportados como productos de emisiones volcánicas dando acumulación de piroclastos, de tipo lacustre o aluvial cuando son transportados por el agua.

Los minerales procedentes de las rocas volcánicas son altamente inestables frente a meteorización, transformándose rápidamente en arcillas, abundando las haloysitas, las alofanas y las esmectitas. El predominio de algunos de estos minerales depende de las

condiciones de drenaje y geoquímica del medio.

DEPOSITOS SEDIMENTARIOSLas arcillas volcánicas tienden a formar fábricas oolíticas y

agregaciones de arcillas. Los suelos residuales pueden ser muy susceptibles, comportándose de forma muy inestable frente a rápidos aumentos de la presión intersticial, o cargas cíclicas por terremotos, en cuyo caso se pueden producir deslizamientos y flujos de tierras.

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