Tipos de Suelos desde el punto de vista de la mecanica de suelos Suelos NO cohesivos: Las partículas de suelo no tienden a juntarse ni a adherirse, sus partículas son relativamente grandes, tambien llamados suelos granulares o friccionantes. (Gravas, arenas, limos) Suelos cohesivos: Partículas muy pequeñas, predominan los efectos electroquímicos superficiales. Las partículas tienden a juntarse (interacción agua partícula). Suelos plásticos. (Arcillas) Suelos Orgánicos: Suelos esponjosos, con grumos, compresibles. Prohibitivos para soporte de estructuras de ingenieria. (Turba, Muskeg)
Estructura del suelo Definición: La estructura de un suelo es la distribución y ordenamiento geométrico de las partículas o granos minerales, el aire y el agua presentes de un material, como consecuencia de las caracteristicas propias de este, e influenciados por las fuerzas que actuan sobre las partículas.
En un suelo de granos gruesos el origen mineralogico que constituye las partículas influye relativamente poco en las propiedades geotecnicas del mismo, en el caso de partículas muy finas la composición mineralogica tiene una gran influencia sobre las propiedades y estructura del suelo. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
La estructura de un suelo es producto de su historia geologica y su tipo de formación (suelo residual o transportado). Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Según la estructura del suelo, este respondera a cambios exteriores: principalmente a cargas y a cambios de humedad (agua); o tambien a cambios en la temperatura y a otros factores exogenos para tener en cuenta. σ
Las caracteristicas para tener en cuenta son: - Tamaño (Gradación) - Distribución de tamaños (Gradación) - Angularidad, textura y color - Forma de las particulas - Agentes ligantes Se deberá tener en cuenta que tipo y magnitud de fuerzas que actuan sobre las partículas.
Estructura de los suelos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Tamaño Tamaño mínimo (mm) Tamaño máximo (mm) Fragmentos-Bloques 300 - Guijarros-Bolos 75 300 Grava 4.76 75 Arena 0.075 4.76 Limo 0.002 0.075 Arcilla - 0.002
Estructura de los suelos Angularidad, Forma de las partículas, textura superficial y color,
Agente cementante Fotografia de un contacto cementado en un suelo
Estructura de los suelos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Composición del suelo Suelos - inorgánicos (mineral, roca) - orgánicos (turba, muskeg) Mineral: Elemento o compuesto químico presente en la naturaleza y formado por un proceso geologico, tiene una composición química expresable mediante una fórmula. Roca: Material sólido que constituye la corteza exterior de la tierra y esta formada por uno o mas minerales o cristales.
Clasificación de los minerales Carbonatos Fosfatos Óxidos Silicatos (90%) (SiO 2 ) Aragonito (Carbonato) Arena de oxido de hierro Augita (Silicato) Fosfoderita (Fosfato) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Estructura de un suelo granular Un suelo sin cohesión tiende a formar su estructura,originalmente de granos aislados, debido a las fuerzas gravitatorias actuantes en una estructura granular simple donde cada partícula toca a otras formando un esqueleto granular estable aunque no haya fuerzas de adherencia entre ellas. Estruct. Suelta y compacta Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
La forma como se estructura el suelo es función de las caracteristicas propias del suelo antes mencionadas Fotografia de un corte transversal Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
El tamaño de las particulas de este tipo de suelos hace que las fuerzas gravitatorias actuantes sobre cada particula superen las fuerzas ionicas entre partículas. Arena Gravosa
Cohesión aparente En los suelos granulares no se generan fuerzas interparticulares, pero en arenas se desarrolla un fenomeno llamado cohesión aparente, el cual se desarrolla cuando el suelo esta parcialmente saturado (ni en estado seco, ni totalmente saturado), y es debido a las fuerzas de tensión superficial desarrolladas por el agua que restringen el movimiento de particulas pequeñas (0.05mm - 5mm)
Estructura de un suelo cohesivo En un suelo con cohesión la estructura que se forma, es debido principalmente a las fuerzas ionicas actuantes entre las particulas del suelo. El tamaño de las particulas de este tipo de suelos hace que las fuerzas interparticulares actuantes superen las fuerzas gravitatorias actuantes sobre cada particula. A este tipo de particulas se les llama coloide. Como caracteristica la particulas constitutivas son alargadas (largo>>ancho>>espesor), en forma de escamas o láminas, o de de forma cilíndrica o prísmatica. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Fuerzas entre partículas Son debidas a: - Enlaces ionicos - Fuerzas de Van der Waals - Enlaces de hidrogeno - Atracción gravitacional entre dos cuerpos - Cementante Teoricamente una particula de suelo posee carga electrica en su superficie, la cual puede ser positiva o negativa, pero experimentalmente solo se han medido cargas negativas.
Fuerzas entre partículas La carga negativa de una particula es posibleente debida a: - Sustitución isomorfa (más importante) - Disociasión superficial de los iones hidroxilo - Ausencia de cationes en la estructura cristalina - Adsorción de aniones - Presencia de materia orgánica La magnitud de la carga negativa de las particulas ésta en relación directa con el área de la partícula, su indicador es la superficie especifica.
Superficie específica Tipo de suelo Superficie específica (m²/g) Minerales arcillosas Montmorillonita Más de 840 Ilita 65-200 Caolinita 10-20 Arena limpia aprox. 2x10-4 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Tipos de fuerzas entre partículas - Fuerza en el contacto partícula-partícula (Fm) - Fuerza en el contacto airepartícula o aire-aire (Fa) - Fuerza en el contacto agua - partícula o agua agua (Fw) - Repulsión electrica entre partículas (R ) - Atracción electrica entre partículas (A )
Posiciones posibles de dos laminas de arcilla
Estructura paralela (dispersa) y en panal (floculada) en láminas de arcilla. Estructuras tipicas de suelos cohesivos Estructura de Grumos
Estructuras tipicas de suelos cohesivos a) Floculación salina b) Floculación no salina c) Dispersión
Estructuras tipicas de suelos cohesivos
Estructura paralela de una arcilla dura
Par estereográfico de una estructura en panal de una arcilla blanda
Estructura en lamina Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Estructura de grumo Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Estructura en forma de panal de una arcilla blanda con granos de cuarzo
Corte de un esqueleto granular con relleno de arcilla Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Transmisión de fuerzas a traves del suelo Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Estructura de los suelos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Composición del suelo Suelos - inorgánicos (mineral, roca) - orgánicos (turba, muskeg) Mineral: Elemento o compuesto químico presente en la naturaleza y formado por un proceso geologico, tiene una composición química expresable mediante una fórmula. Roca: Material sólido que constituye la corteza exterior de la tierra y esta formada por uno o mas minerales o cristales.
Clasificación de los minerales Carbonatos Fosfatos Óxidos Silicatos (90%) (SiO 2 ) Aragonito (Carbonato) Arena de oxido de hierro Augita (Silicato) Fosfoderita (Fosfato) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Clasificación de los silicatos
Unidades estructurales básicas de los silicatos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Unidades de dos capas (bicapas) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Unidades de tres capas (tricapas) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Retículos tridimensionales Son minerales que se forman en retículos tridimensionalmentes, de forma aproximadamente equidistante. El cuarzo y los fedelpastos tienden a estructurarse de esta manera.