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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHILPANCINGO CARRERA:

INGENIERÍA CIVIL MATERIA:

MECÁNICA DE SUELOS

TAREA 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

FORMACIÓN DE LOS SUELOS IMPORTANCIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA CIVIL TIPO DE SUELOS TIPO DE ARCILLAS

ALUMNO: ERIK INOCENCIO GALEANA JIMÉNEZ GRUPO: A

N° DE CONTROL: 11520026

CATEDRÁTICO: M. C. VÍCTOR HUGO MUÑOZ GARCÍA

CHILPANCINGO DE LOS BRAVOS, GUERRERO; 18 DE SEPTIEMBRE DE 2012.

MECÁNICA DE SUELOS. UNIDAD 1: GENERALIDADES

1.1.

FORMACIÓN DE LOS SUELOS

El suelo ha sido definido de diferentes maneras ya sea que dicha definición provenga del ingeniero civil o de un geólogo. Una definición que podría considerarse general es la siguiente: 

El suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de los residuos de la actividad de los seres vivos que sobre ella se asientan.

Los suelos tienen su origen en los macizos rocosos prexistentes que constituyen la roca madre, sometida a la acción ambiental disgregadora de la erosión en sus tres facetas:  Física, debida a cambios térmicos (lo que origina dilataciones diferenciales entre los diferentes minerales y da lugar a acciones y fisuras internas) y a la acción del agua (arrastres de los fragmentos ya erosionados; posible acción directa por congelación, que produce tensiones internas por el aumento de volumen del hielo respecto al agua; acción alternante de humedad-sequedad a lo largo del tiempo). Estas acciones físicas tienden a romper la roca inicial y a dividirla en fragmentos de tamaño cada vez más pequeño, que pueden ser separados de la roca por agentes activos (agua, viento, gravedad) y llevados a otros puntos en los que continúa la acción erosiva. Es decir, tienden a crear las partículas que van a formar el suelo.  Química, originada por los fenómenos de hidratación (por ejemplo, paso de anhidrita o sulfato hemihidratado a yeso o sulfato dihidratado), disolución (de sales, como los sulfatos en el agua), oxidación (de minerales de hierro por efecto ambiental), cementación (por agua conteniendo carbonatos previamente disueltos a partir de otra roca). Esta acción por lo tanto, tiende tanto a disgregar como a cementar, lo que quiere decir que puede ayudar a la acción física y posteriormente, cementar los productos formados, dando unión química a las partículas pequeñas, tamaño suelo, que se forman, aunque la mayor parte de las veces contribuye más a destruir y transformar que unir.  Biológica, producida por la actividad bacteriana, induciendo putrefacciones de materiales orgánicos y mezclando el producto con otras partículas de origen físico-químico, actuando de elemento catalizador. Todo ello da lugar a fenómenos de disgregación (alteración o meteorización) y transformación de la roca, creándose el perfil de meteorización (ver fig. 1.1). En este perfil la roca madre ocupa la parte más baja y alejada de la superficie, y el suelo la más alta. Cuando el suelo permanece in situ sin ser transportado, se le conoce como suelo residual, y cuando ha sufrido transporte, formando depósitos coluviales, aluviales, etc., se denomina suelo transportado.

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Figura 1.1. Perfil de meteorización, según diferentes autores

En la figura 1.2 se resume los distintos procesos que intervienen en la formación de suelos, caracterizados por: -

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Ser un sistema particulado de sólidos de diverso origen, que pueden considerarse indeformables. Tener una granulometría de gruesos (centímetros) a finos (micras); las partículas más finas necesitan procesos físico-químicos para su constitución; las de mayor tamaño solo necesitan procesos físicos. Una estructura y fábrica en función del origen de los minerales, agentes cementantes, transformaciones químicas, medio de deposición. Presencia importante de huecos (o poros o intersticios), con agua (suelo saturado), aire y agua (semisaturado) o solo aire (seco), situación prácticamente inexistente en la naturaleza. El fluido intersticial, incompresible. Las deformaciones del conjunto del suelo se producen giros y deslizamientos relativos de las partículas y por exclusión de agua; solo en raras ocasiones se producen por roturas de granos.

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Figura 1.2. Formación de suelos

1.2.

IMPORTANCIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA CIVIL

La mecánica de suelos es una disciplina de la ingeniería que tiene por objeto de estudio de una serie de métodos que conducen, directa o indirectamente, al conocimiento del suelo en los diferentes terrenos sobre las cuales se van a erigir estructuras de índole variable. La enorme importancia de su conocimiento por el ingeniero civil ha sido y es demostrada a diario con hechos por todos conocidos. El tratar de iniciar una construcción sin llevar a cabo, primero, un estudio del suelo, es uno de los mayores riesgos que pueden correrse en campo de la ingeniería. Es imposible proyectar una cimentación adecuada para una estructura sin conocer el carácter del suelo que se encuentra bajo ella, ya que, en definitiva, es dicho suelo el que soportará la carga. Por diversas y numerosas razones el hombre ha estudiado, durante siglos, el suelo sobre el que vive, presentando teorías sobre las presiones del mismo y sobre métodos para determinar la capacidad de carga para diversos tipos de cimentaciones; sin embargo, se puede decir quien organizó conceptos y los hizo crecer hasta formar una nueva rama de la ingeniería civil, fue el profesor Dr. Karl Terzagui conocido mundialmente por su amplia y solida preparación técnica. Desde entonces, año de 1925, a la fecha, ha sido verdaderamente notable el progreso que se ha hecho en la mecánica de suelos, principalmente por la insistencia del Dr. Terzagui en los conceptos fundamentales de la experimentación y las observaciones en la práctica.

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La compilación y la correlación de la información básica fue indispensable, un proceso laborioso y lento, pero la información fuer gradualmente aumentando, y los datos obtenidos por el Dr. Terzagui sobre los suelos fueron suficientes para que él creará la disciplina llamada por él denominada: Mecánica de suelos. Hoy se sabe que los estudios de suelos se pueden considerar desde diferentes aspectos científicos, dichos estudios deben ser concurrentes y estar relacionados entre si, sin olvidar que los caprichos de la naturaleza han dado origen a una gran variedad de condiciones diferentes de suelos, y por lo tanto son innumerables las limitaciones matemáticas en la resoluciones de los problemas de la ingeniería de suelos. Esto hace resaltar la importancia y necesidad de un ingeniero con experiencia y buen juicio en el análisis y correcta interpretación de los resultados de pruebas de laboratorio a fin de que pueda balancear con buen criterio los resultados de la teoría, según dichas pruebas, con el conocimiento empírico sobre validez relativa en cada caso debe dársele a los mencionados resultado. El Dr. Terzagui dijo una vez: quien sólo conoce la teoría de la mecánica de suelos y carece de la experiencia práctica, puede ser un peligro para la sociedad.

1.3.

TIPOS DE SUELOS

De acuerdo con el origen de sus elementos, los suelos se dividen en dos amplios grupos: suelos cuyo origen se debe a la descomposición física y/o químicas de las rocas es decir los suelos inorgánicos, y los suelos cuyo origen es principalmente orgánico. A continuación se describen los suelos más comunes generalmente por el ingeniero civil para su identificación. GRAVAS. Las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que tienen más de 2 mm de diámetro. Dando el origen, cuando son acarreadas por las aguas, las gravas sufren desgaste en sus aristas y son por lo tanto redondeadas. Como material suelto suele encontrársele en los lechos, en las márgenes y en los conos de deyección de los ríos, también en muchas depresiones de terrenos rellenadas por el acarreo de los ríos y en muchos otros lugares a los cuales las gravas han sido retransportadas. Las gravas ocupan grandes extensiones, pero casi siempre se encuentran con una mayor o menor proporción de cantos rodados, arenas, limos y arcillas. La forma de las partículas de las gravas y su relativa frescura mineralógica, dependen de la historia de la formación de ellas, encontrándose variaciones desde elementos rodados a los poliédricos.

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ARENAS. La arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finos procedentes de la denudación de las rocas o de su trituración artificial, y cuyas partículas varían entre 2mm y 0.05 mm de diámetro. El origen y también la existencia de las arenas, es análoga a las de las gravas; las dos suelen encontrarse juntas en el mismo deposito. La arena de rio contiene muy a menudo proporciones relativamente grandes de grava y arcilla. Las arenas son materiales que, estando limpias, no se contraen al secarse, no son plásticas, son mucho menos compresibles que la arcilla y si se aplica una carga en su superficie, se comprimen casi instantáneamente. LIMOS. Los limos son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, pudiendo ser limo inorgánico como el producido en canteras o limo orgánico como el que suele encontrarse en los ríos, siendo, en éste último caso, de características plásticas. El diámetro de las partículas de las partículas de los limos está comprendido entre los 0.05 mm y 0.005 mm. Los limos sueltos y saturados son completamente inadecuados para soportar cargas por medio de zapatas. Su color varía desde gris claro a muy oscuro. La permeabilidad de los limos orgánicos es muy baja y su compresibilidad muy alta. ARCILLAS. Se da el nombre de arcilla a las partículas sólidas con diámetro menor de 0.005 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser mezclada con agua. Químicamente es un silicato de alúmina hidratado, aunque en no pocas ocasiones contiene silicatos de hierro o de magnesio hidratados. La estructura de estos minerales es, generalmente, cristalina y complicada, con sus átomos dispuestos en forma laminar. Estas formar se presentan de dos tipos: el silícico y el alumínico. Una lamina de tipo silícico se encuentra formada por un átomo de silicio rodeado de cuatro átomos de oxigeno (ver fig. 1.3.a). Arreglándose el conjunto en forma de tetraedro (ver fig. 1.3.b). Estos tetraedros se agrupan entre sí formando una hexagonal la cual se repite indefinidamente constituyendo una retícula laminar (ver fig. 1.3.c). La unión entre cada dos tetraedros se lleva a cabo mediante un mismo átomo de oxigeno.

Figura 1.3. Forma mineral de una arcilla mediante láminas de silícico.

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Una lámina de tipo alumínico está formada por un átomo de aluminio rodeado de seis átomos de oxigeno y de oxigeno e hidrogeno (ver fig. 1.4.d) arreglándose el conjunto en forma octaedro (ver fig. 1.4.e) los cuales se agrupan entre sí mediante un átomo común de oxigeno, repitiéndose la formación indefinidamente y dando como resultado una retícula laminar alumínica (ver fig. 1.4.f).

Figura 1.4. Forma mineral de una arcilla mediante láminas de alumínico.

1.4.

TIPOS DE ARCILLAS

De acuerdo con su arreglo laminar los minerales de arcilla se pueden clasificar en tres grupos: a) Caolinítico. Procede de la carbonatación de la ortoclasa (feldespato potásico). Las arcillas caoliníticas están formadas por una lámina silícica y una lamina alumínica superpuestas indefinidamente y con una unión tal entre ellas, que producen una capa electrónicamente neutral, lo que induce a que esta arcillas sean bastantes estables en presencia del agua (ver fig. 1.4).

Figura 1.5. Arcilla caolinítica.

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b) Montmorilonítico. Al cual pertenecen las bentonitas, se forman por la superposición indefinida de una lámina alumínica entre dos láminas silícicas, pero con una unión débil entre sus retículas lo que hace que el agua pueda penetrar una estructura con facilidad. Estas arcillas en contacto con agua sufren fuerte expansión provocando inestabilidad en ellas (ver fig. 1.5).

Figura 1.5. Arcilla montomorilonítica.

c) Ilítico. Son el producto de la hidratación de las micas y que presentan un arreglo reticular similar al de la montmoriloníticas, pero con la tendencia a formar grupos, por la presencia de iones de potasio, lo que reduce el área expuesta al agua y por lo mismo no son tan expansivas como las arcillas montmoriloníticas (ver fig. 1.6).

Figura 1.6. Arcilla ilítica.

En general las arcillas, ya sean de cualquier tipo mencionado anteriormente, son plásticas se contraen al secarse, presentan marcada cohesión según su humedad, son compresibles y al aplicárseles una carga en su superficie se comprimen lentamente. Otra característica importante, desde el punto de vista de la construcción, es la resistencia perdida por el remolde se recupera parcialmente con el tiempo. Este fenómeno se conoce con el nombre de tixotropía y es de naturaleza físico-química. Se puede decir, que en un contenido mínimo del 15% de arcilla en un suelo le dará a éste las propiedades de la arcilla.

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BIBLIOGRAFÍA 1. Mecánica de suelos y Cimentaciones. Autor: Ing. Carlos Crespo Villalaz. Director de Ingeniería Civil del Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey. Editorial: Limusa. 2. Ingeniería Geológica. Autores: Luis I. González de Vallejo, Mercedes Ferrer, Luis Ortuño y Carlos Oteo.