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Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Mecánica de Suelos I

Escuela de GeotecniaProf. Lucio Cruz


Generalidades

• La Ingenieria de suelos es fundamental para la Ingenieria Civil, si no cabe preguntarse que estructura terrestre no esta colocada o cimentada sobre el suelo?, por eso la mécanica de suelos es parte fundamental para encontrar soluciones y usos a los suelos.


Origen y formación de los suelos

• Todos los suelos tienen su origen directamente o indirectamente a partir de la roca sólida que esta en la superficie de la tierra o cerca de ella.

• Esto se debe a que estas rocas estan expuestas a desintegración o descomposicón de un origen física o químico.


Capas de la tierra


• La roca madre que se convierte en suelo puede ser de origén:

• Igneo• Sedimentario• Metamorfico


Rocas Ígneas• Formadas a partir del

enfriamiento de rocas fundidas (magmas). Los magmas pueden enfriar de manera rápida en la superficie de la Tierra fromando rocas llamadas volcánicas o extrusivas o cristalizar lentamente en el interior, originando grandes masas de rocas llamadas plutónicas o intrusivas. Cuando cristalizan en grietas de la corteza forman las rocas ígneas filonianas.


Rocas plútonicas o intrusivas• Las rocas plutónicas o intrusivas fueron

formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma. Las rocas se enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales puros. Ejemplos: granito y sienita.


Rocas volcanicas o extrusivas• Las rocas volcánicas o extrusivas, se forman

por el enfriamiento rápido y en superficie, o cerca de ella, del magma. se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores fueron muy rápidas, dando como resultado la formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio. Ejemplos: basalto y riolita.

• Dentro de las rocas volcanicas se encuentran tambien las denominadas efusivas o lávicas y las explosivas o proclásticas


• Las rocas ígneas, compuestas casi en su totalidad por silicatos, pueden clasificarse según su contenido de sílice. Las principales categorías son ácidas o básicas. En el extremo de las rocas ácidas o silíceas están el granito y la riolita, mientras que entre las básicas se encuentran el gabro y el basalto. Son de tipo intermedio las dioritas y andesitas.


• El vidrio volcánico se llama obsidiana. Tiene color oscuro y un brillo vítreo característico.


• Se llaman pórfidos a las rocas que presentan grandes cristales de un mineral envueltos en una "pasta" de pequeños cristales de otros minerales.


Las pegmatitas se reconocen fácilmente por presentar grandes cristales de cuarzo, feldespatos y micas.


Rocas Metamorficas• formadas a partir de otras rocas que, sin llegar a

fundirse, han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas y se han transformado.

• El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir las transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que se presenten alineados. Esta estructura característica que denominamos foliación se ve muy bien en rocas como las pizarras, los esquistos y los gneises. Otras rocas metamórficas muy comunes son: el mármol y la cuarcita.


El metamorfismo puede ocurrir en diferentes ambientes terrestres, por ejemplo a ciertas profundidades las rocas sufren cambios debidos al peso de los materiales que hay por encima y a las grandes temperaturas. También se produce metamorfismo en los bordes de las placas tectónicas debido fundamentalmente a las grandes presiones que actúan y también en los alrededores de los magmas gracias a las grandes temperaturas reinantes.


• Las pizarras son arcillas metamorfizadas. Presentan foliación muy recta, paralela y próxima. Generalmente son oscuras y con frecuencia contienen fósiles.


Los esquistos son rocas que han sufrido un metamorfismo más intenso. Presentan foliación algo deformada y los fósiles que pudiera haber en la roca original desaparecen durante el proceso metamórfico.


El Gneis es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy intenso. Sus principales minerales son el cuarzo, los feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan orientados en bandas claras y oscuras.


El mármol: se trata de rocas carbonatadas (como las calizas) que han sufrido metamorfismo y presentan un aspecto cristalino característico.


Rocas Sedimentarias

• formadas en zonas superficiales de la corteza terrestre a partir de materiales que se depositan formando capas o estratos. Son detríticas si se originan a partir de trozos de otras rocas. Químicas y orgánicas si se forman a partir de precipitación de compuestos químicos o acumulación de restos de seres vivos.


Rocas Sedimentarias Detríticas

• son las formadas a partir de la sedimentación de trozos de otras rocas después de una fase de transporte. La clasificación de estas rocas se basa en los tamaños de los trozos que las componen. Las constituidas por trozos de tamaño grande son los conglomerados, las areniscas poseen granos de tamaño intermedio y los limos y arcillas poseen trozos muy pequeños.


Conglomerado


Arenisca


Arcilla


Rocas Sedimentarias químicas y orgánicas

• son las formadas a partir de la precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de substancias de origen orgánico. Un tipo muy común es la roca caliza, formada en su mayor parte por restos de organismos como corales, algas, etc. aunque también puede originarse por precipitación de cementos calcáreos. Las tobas calcáreas son rocas muy porosas y con abundantes restos vegetales que se originan en los ríos cuando el carbonato de calcio precipita sobre la vegetación.


Caliza


Caliza con fosiles


Toba cálcarea


Formación del Suelo• Luego de la formación de las rocas, estas

experimentan fenómenos principalmente que dan origen a la formación del suelo:- La desintegración física o mecánica de la roca- La descomposición química de la roca

- La transformación de la materia organica

A esto llamamos acción del Intemperismo o Meteorización


Desintegración física o mecánica de la roca

• Son los procesos que originan el rompimiento mecánico de la roca, separandola en fragmentos cada vez mas pequeños, pero no existen cambios químicos en ella.Estas fuerzas pueden ser:- Fuerzas de origen interno (insolación, desconfinamiento, descompresión en masas rocosas, exfoliación)- Acciones de cuña o Gelivación (Debido a minerales que se acumulan en las grietas de las rocas, raíces)- Fuerzas de origen externo (Agua, hielo, viento, otros fragmentos, glaciares, colapso mécanico, gases)


Descomposición química de la roca

• Los procesos que originan la meteorización o intemperización química, es la alteración de la roca debido a modificaciones mineralogicas o químicas, inducidas por agentes superficiales.

• Debido principalmente al oxígeno, anhídrido carbonico, el vapor de agua y los acidos, se pueden definir los siguientes tipos de meteorización química:- Oxidación (Compuestos férricos, carbonatos y sulfuros)- Solución (Bioxido de Carbono)- Lixiviación (Lavado de cementante)- Hidrólisis (Rompe los enlaces cristalinos H+ OH-)- Hidratación (Aumento de volumen y hidrólisis)- Carbonatación (CO2 Ca, Mg y Fe)


La meteorización

• Actua con la acción de las fuerzas físicas y químicas, pero estas a su vez dependen de:

- El clima (Lluvias, Temperaturas, y demas fact.)- El tipo de material parenteral- La topografía- La vegetación- Tiempo


Recordando según el SUCS, la designación de las particulas

según el tamaño

Tamaño mínimo (mm)

Tamaño máximo (mm)

Fragmentos-Bloques 300 -Guijarros-Bolos 75 300Grava 4.76 75Arena 0.075 4.76Limo 0.002 0.075Arcilla - 0.002


Definición de los horizontes de suelo

• La evolución natural del suelo produce una estructura vertical “estratificada” a la que se conoce como perfil de suelo, estratigrafia. Las capas que se observan se llaman horizontes del suelo y su diferenciación se debe al grado de meteorización de la roca madrea, a su dinámica interna como al transporte vertical.


• El transporte vertical tiene dos dimensiones con distinta influencia según los suelos:- La lixiviación o lavado la produce el agua que se infiltra y penetra verticalmente desde la superficie, arrastrando sustancias que se depositan sobre todo por adsorción. - La otra dimensión es el ascenso vertical por capilaridad, importante sobre todo en los climas donde alternan estaciones húmedas con estaciones secas.

• Se llama roca madre a la que proporciona su matriz mineral al suelo. Pueden ser autóctonos alóctonos.


Definición del nivel freatico

• Dentro de los horizontes del suelo existe un sitio donde se encuentra agua dentro del suelo, a esta tabla de agua la llamanos nivel freatico.

• La definición exacta del nivel freatico es el lugar dentro del suelo donde la presión de agua iguala a la del suelo.


Color de los Suelos• Negro: Se debe principalmente al humus (Suelos

organicos). Este color se debilita cunado la materia organica se oxida. Hay otros que no tienen humus pero su coloración oscura se debe al alto contenido de manganeso.

• Rojo: Debido a la presencia de oxido de hierro, cuando no esta hidratado la coloración es rojiza, cuando se hidrata la coloración es amarilla.

• Gris: Debido a la presencia de hierro que no a sido oxidado, puede tener variaciones hasta el azul. Comunes en zona planas o en hondonadas donde el agua se acumula.


Nombres dados al Suelo• De acuerdo al tipo del lugar de origen de

formación:- Suelos Residuales- Suelos Transportados

• De acuerdo al tipo de depósito:- Fluviales y Aluviales- Lacustres- Marinos- Coluviales- Eólicos- Glaciales- Suelos Orgánicos- Materiales de Relleno


Formación de un deposito aluvial


Coluvión

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