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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

MECÁNICA DE SUELOS

RESUMEN CAPÍTULOS 1 Y 2 DEL LIBRO: MECÁNICA DE SUELOS TOMO I

MIGUEL ÁNGEL VÁSQUEZ FLÓREZ INGENIERÍA CIVIL CÓDIGO: 1101781

PROFESOR: CESAR COLORADO

2014-I

INTRODUCCIÓN

El siguiente texto presentara los resúmenes de los capítulos 1 y 2 del libro Mecánica de suelos, en el que se hablara principalmente de los suelos: origen, formación, y los minerales que este contiene. Características y tipos de suelos que se encuentran alrededor del globo terrestre. También se encontrara información relacionada con la composición físico-química de las arcillas, generalidades entre otros temas.

RESUMEN CAPÍTULO 1, SUELOS: ORIGEN Y FORMACIÓN; MINERALES CONSTITUTIVOS

El globo terrestre está formado por un núcleo, el cual tiene como elementos principales el hierro y el níquel, su densidad es mayor a diferencia de las capas o mantos que se encuentran por encima del el, es decir, la densidad aumenta de acuerdo a la profundidad. Existe cerca de los 1,300 km o 3,400 km una capa de alta rigidez esta se encuentra por debajo de la corteza terrestre, esta capa es rica en silicatos posee un espesor de 30 km a 40 km, formada básicamente por grandes masas heterogéneas de diferentes alturas y profundidades. Por encima de la corteza terrestre hay una superficial y pequeña masa formada a partir de la disgregación y descomposición de esta, esta capa tiene el nombre de suelo. Este último representa todo tipo de material terroso que puede contener agua la cual tiene un papel importante en el desempeño o comportamiento mecánico de un suelo, el suelo posee características diferentes en sentido vertical y características similares en sentido horizontal. Existen agentes generadores de suelos, los cuales se dividen en dos grupos: la desintegración mecánica y la descomposición química. La desintegración mecánica hace referencia a la intemperización de las rocas debido a la presencia de agentes físicos, tales como los grandes cambios de temperatura, la acción de hielo y deshielo del agua entre otros. La descomposición química como su nombre lo indica hace referencia a todos los agentes que causen reacciones químicas en las rocas, que al mismo tiempo cambian su composición química, tales como la oxidación, la carbonatación y la hidratación. Estos agentes son los responsables de la existencia de suelos residuales, que se forman a partir descomposición de las rocas, y de los suelos transportados, los cuales se forman gracias a los agentes transportadores como el aire, corrientes de aguas superficial y subterránea, viento, gravedad, etc. A partir de estos se generan todos los tipos de depósitos conocidos tales como: Depósitos lacustres de grano muy, generados por las bajas velocidades con las que el agua fluye en los lagos. Los glaciares con tamaños de agregados heterogéneos, formados por la abrasión producida por la acción del hielo y deshielo. De talud que poseen generalmente agregados de tamaños grandes. Depósitos eólicos, formados por la acción de los vientos y que poseen tamaños

desde arenas gruesas hasta limos, entre otros. Cada deposito con distintas características algunos son estratificados y otros no estratificados. Los suelos se caracterizan por tener grandes cantidades de los diferentes minerales existentes. Los minerales son aquellas sustancias naturales inorgánicas, en estado sólido que poseen una composición química definida al igual que un arreglo atómico definido. Dentro de sus propiedades físicas más importantes se encuentran; la forma de cristalización, su dureza, la disposición de sus planos que dan origen a los diferentes sistemas cristalográficos, y la capacidad de permitir el paso de ondas y radiaciones. Por ejemplo los suelos formados por partículas gruesas tienen minerales como: silicatos, feldespatos de potasio, sodio o calcio, micas, olivinos y especialmente cuarzo. El comportamiento mecánico e hidráulico de los suelos gruesos está condicionado por su compacidad y la orientación de sus partículas. A diferencia de los suelos gruesos, los suelos que posean grandes cantidades de arcillas van a presentar un comportamiento mecánico hidráulico diferente ya que este depende de la composición mineralógica de las arcillas presentes en este tipo de suelo. Las arcillas están compuestas de aluminosilicatos, es decir, minerales con estructuras cristalinas definidas cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de láminas: la silíca y la alumínica. Las silícas formadas por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxígeno, teniendo un arreglo atómico tetraédrico. Esta disposición geométrica da la posibilidad de la agrupación de más átomos de oxigeno formando cadenas de tetraedros. Las láminas alumínicas están formadas por una disposición geométrica en forma de octaedros, dispuestos con un átomo de aluminio en su centro y seis de oxigeno alrededor, dejando libres oxígenos que se unen con oxígenos vecinos y formando cadenas de octaedros. Las arcillas se clasifican en tres grandes grupos: caolinitas, montorilonitas e ilitas. Las caolinitas están formadas por una lámina silíca y otra alumínica que se superponen indefinidamente, esta unión es bastante firme lo que no permite la penetración de moléculas de agua entre ellas, es decir, la caolinitas serán estables en presencia de agua .Las montorilonitas formadas por una lámina alumínica entre dos silícas, de manera indefinida, la unión entre estas laminas es débil, permitiendo la entrada de agua con relativa facilidad, debido a fuerzas eléctricas, la principal característica de las montorilonitas es la baja estabilidad en presencia de agua. Las ilitas formadas igualmente que las montorilonitas, pero a diferencia

que su constitución interna forma grupos de materia, reduciendo el área expuesta al agua, estas arcillas ilitas se comportan mecánicamente mejor para el ingeniero.

RESUMEN CAPITULO 2: FISICO-QUIMICA DE LAS ARCILLAS

El comportamiento mecánico e hidráulico de los suelos de agregados gruesos está sujeto principalmente por la compacidad del depósito y la orientación de las partículas individuales encontradas en este. Las fuerzas principales encontradas en estos suelos son de gravitación, es por ello que las partículas se comportan de manera similar. En los suelos que tienen agregados finos, existen otros tipos de fuerzas que juegan un papel importante en su comportamiento, por ejemplo las fuerzas electromagnéticas que se desarrollan en la superficie de los compuestos minerales. Hay teorías que explican la función de estas fuerzas electromagnéticas presentadas en los suelos de agregados como finos como la arcilla, una de estas, explica que la superficie de cada partícula de suelo posee carga eléctrica negativa +¿¿ y esto contribuye a que la partícula atraiga los iones positivos del agua H y a diferentes cationes como

+¿ +¿ ++¿ ++¿ +++¿ +++¿ Na¿ , K ¿ , Ca¿ , Mg ¿ , Al¿ , Fe¿ , entre

otros. Al atraer estos cationes sucede que cada partícula individual de arcilla este rodeada de una capa de moléculas de agua orientadas de manera definida, es decir, agua absorbida por las arcillas. Esto crea una película de agua ubicada en ciertas profundidades y sometida a altas presiones en el orden iguales o mayores a

6,000

Kg 2 cm

. Según los estudios realizados por Winterkorn y Baver, se

contemplan cambios en el punto de congelación del agua pasando de 0 °C a 30 °C, es decir, que la película de agua tendrá propiedades similares a las del hielo sólido, pero al alejarse otras moléculas de agua tienen propiedades intermedias

entre el agua en estado líquido y el hielo, concluyendo que su comportamiento es parecido al de un fluido de alta viscosidad. Las relaciones entre los cristales que componen las arcillas y el agua que los rodea han adquirido cada vez más una gran importancia a la hora de explicar los comportamientos macro físicos de las arcilla en todo tipo de obras de ingeniería. Para poder hablar de las relaciones agua-cristal es necesario tener en cuenta los tipos de nexos que hay entre los átomos que constituyen a los cristales entre ellos están:  

Los nexos primarios, se caracterizan por ser de alta energía; nexos iónicos, nexos covalentes y nexos a través de un núcleo de hidrogeno. Los nexos secundarios, aquellos nexos que se establecen entre las moléculas pero sujetos a niveles de energía relativamente bajos.

Las relaciones entre las partículas cristalinas de arcilla que forman la estructura sólida del suelo y el agua que las rodea, son de carácter químico-eléctrico. Estas relaciones estas muy lejos de ser totalmente comprendidas ya que no existe una sola interpretación de estas relaciones, en algunos casos son contradictorias ya que hay muy pocos hechos experimentales disponibles. Las cargas negativas de los átomos de oxigeno crean en la superficie del cristal, un campo eléctrico, produciendo que las moléculas de agua que están cerca se ionizen. El resultado de estas reacciones químicas es una fuerza de repulsión, logrando que las partículas permanezcan separadas, creando un sedimento relativamente denso. Al aumentar la concentración de cationes en la suspensión hace disminuir esta fuerza de repulsión, es decir, aumentan las fuerzas de atracción. Cuando ocurre esto se dice que el suelo se flocula, es decir, se forma un depósito de agrupaciones de partículas muy suelto, ya que cada unidad depositada posee una alta proporción de vacíos. La arcilla resultante de un proceso de sedimentación que un ingeniero encuentre, depende de las propiedades electrolíticas del agua que intervino en la formación de dicho depósito. La arcilla de este depósito por resultado de las reacciones química será más floculada, es decir, más compresible. Es por eso que las arcillas encontradas en el mar son altamente floculadas y las arcillas encontradas en agua dulce serán de estructuras dispersas o no floculadas. Debido a la floculación se genera la estratificación en los depósitos.

BIBLIOGRAFÍA



MECÁNICA DE SUELO, TOMO I: FUNDAMENTOS DE LA MECÁNICA DE SUELOS, ED LIMUSA, EULALIO JUAREZ BADILLO