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Unidad 5

  1. 1.   Aplicar los conocimientos sobre las propiedades índice, hidráulicas y mecánicas de los suelos para comprender su comportamiento y utilizarlos adecuadamente en los proyectos de Ingeniería Civil. Tomar decisiones, con base en los elementos teóricos adquiridos, que permitan el mejor empleo de los suelos en la construcción de obras civiles.
  2. 2. 1. 1 Origen y formación de los suelos. 1. 2 Factores Geológicos que influyen en las propiedades de los suelos. 1. 3 Características y estructuración de los suelos. 1.3.1 Tipos de estructuras  Simple  Panaloide  Floculenta  Compuesta  Castillo de naipes  Dispersa 1. 4 Clasificación de las arcillas en base a su estabilidad. 1.4.1 Arcillas caolinitas ( estables ) 1.4.2 Arcillas illitas (colapsables ) 1.4.3 Arcillas montmorillonitas (expansivas )
  3. 3.    Definición de Ingeniería de suelos. Es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. Definición de Ingeniería Geotécnica. Es la ciencia y practica de aquella parte de la ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la tierra. Definición de mecánica de suelos. Es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas.
  4. 4.  Definición de suelo. Agregado no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta ( partículas sólidas) junto con el liquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas.
  5. 5.   El primer registro de uso de suelos como material de construcción se perdió en la antigüedad y durante mucho tiempo el arte de la ingeniería fue empírico. La mecánica de suelos surgió como ciencia en 1925 cuando el ingeniero Kart Terzaghi publico su obra “Erdbaumechanik” .
  6. 6. Costra liquidó viscosa CAMBIOS AMBIENTALES LOS SOMETEN A METEORIZACION ROCAS IGNEAS B NUEVOS SUELOS RESIDUALES PROCESOS DE EROSION Y TRANSPORTE A METEORIZACION ,PLEGAMIENTOS, AGRIETAMIENTOS DELA CORTEZA NUEVOS SUELOS DEPOSITADOS ENTERRADOS DEBAJO DE SEDIMENTOS QUE SE HAN ACUMULADO SUELOS RESIDUALES TRANSPORTADOS POR GRAVEDAD MINERALES SON SOMETIDOS A CALOR+PRESION+FUERZA CORTANTE SE ALTERAN Y SE DISTORSIONAN TRANSPORTADOS POR VIENTO, ,AGUA, O NIEVE ROCAS METAMORFICAS SUELOS DEPOSITADOS NUEVAS FORMACIONES A RETRANSPORTADOS Y DEPOSITADOS METEORIZACION ENDURECEN POR CONSOLIDACION Y CEMENTACION ROCAS SEDIMENTARIAS CALOR +PRESION+ADICION DE NUEVOS MINERALES PROVENIENTES DE MASAS FUNDIDAS INTERIORES ROCAS IGNEAS METEORIZACION AL QUEDAR EXPUESTAS SUELOS RESIDUALES B
  7. 7. Ataque de aire y agua Desintegración mecánica Intemperización de la roca por agentes físicos, como cambios en la temperatura, acción de la descongelación del agua, etc. Arenas , limos y solo en casos especiales arcillas Corteza terrestre oxidación Descomposición química Acción de agentes químicos que atacan las rocas modificando su constitución mineralógica o química hidratación carbonatacion Agente principal agua
  8. 8. Mismo sitio Suelos residuales Productos de Ataque del Intemperismo Removidos por Agentes geológicos Agua, viento, ríos, corrientes de agua superficial, gravedad, mares , glaciares Suelos transportados
  9. 9.      Agua Viento Glaciares Gravedad y escurrimiento de laderas Corrientes de ríos, lagos y mares
  10. 10.  Tipos de Depósitos que forman los agentes de transporte Escurrimiento de laderas y colinas combinados con la fuerza de gravedad Corrientes de Ríos Corrientes de mares Corrientes de lagos Fuerzas y presiones de glaciares Viento Depósitos de talud Depósitos aluviales Depósitos marinos Depósitos lacustre Depósitos glaciares Depósitos eolicos Loees y medanos Materiales gruesos Arenas, Limos, arcillas Suelos estratificados Suelos finos Suelos heterogéneos Limos hasta arena gruesa
  11. 11.       1. La estructura granular o simple es propia de los suelos gruesos como las arenas y gravas, estando regida mayormente por las fuerzas de gravitación, sin que existan fuerzas de adherencia entre las partículas. Las partículas se disponen apoyándose directamente unas sobre otras y cada partícula posee varios puntos de apoyo. Desde el punto de vista ingenieril el comportamiento mecánico e hidráulico de un suelos de estructura simple queda definido principalmente por dos características : La compacidad del manto y la orientación de sus partículas Compacidad es el grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo dejando menos o mas vacíos entre ellas. Las estructuras simples pueden ser sueltas y compactas según sea el grado de acomodo de sus partículas. Los suelos sueltos tienen mayor capacidad de deformación que los suelos de estructura simple compacta. La orientación de las partículas produce en los suelos distintas permeabilidades según que el flujo del agua sea normal o paralelo a la dirección de la orientación.
  12. 12. ESTRUCTURA SIMPLE SUELTA ESTRUCTURA SIMPLE COMPACTA
  13. 13.   2. La estructura apanalada o panaloide es típica de las partículas de grano pequeño (0.002 mm o algo menores ) que se sedimentan en un medio continuo que normalmente es agua y en ocasiones aire; recuerda los panales de miel . En estas partículas las fuerzas de gravedad ejercen un efecto que hace que tiendan a sedimentarse , pero como tienen una masa pequeña en su camino antes de llegar al fondo toca a otra partícula ya depositada y se desarrolla entre ellas una fuerza de adherencia que neutraliza el peso haciendo que la partícula quede detenida antes de concluir su camino ; otra partícula se le puede añadir antes de completar su carrera y el conjunto de ellas forma una celda con una cantidad importante de vacíos a modo de un panal.
  14. 14.   3. La estructura floculenta es observada en suelos menores de 0.02 mm, donde las partículas al tocarse se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas, en su proceso de sedimentación otras partículas se unen al grupo y forman un grumo, con estructura similar a un panal . Cuando los grumos llegan al fondo forman a su vez un panal cuyas bóvedas no están formadas por partículas individuales sino por grumos y este mecanismo produce una estructura blanda y suelta con un gran volumen de vacíos llamada estructura floculenta o panaloide de orden superior .
  15. 15. Floculos
  16. 16.   4. Castillo de naipes. Esta estructura es típica de suelos finos ( arcillas) . Las partículas finas que constituyen los suelos tienen forma laminar, donde la longitud y su ancho son de la misma magnitud pero su espesor es mucho menor ; además la partícula tiene carga negativa en un extremo y positiva en el otro lo que ocasiona que se atraiga o repele con otras partículas vecinas. Tomando en cuenta lo anterior las partículas de arcilla al sedimentarse por la acción eléctrica entre ellas se disponen en una forma denominada castillo de naipes o floculada.
  17. 17.    5. Estructura Dispersa. Estructura de suelos finos como las arcillas , que algunos veces al sedimentarse tienden a formar una estructura de castillo de naipes, pero que tienen puntos de contacto mutuos y no llegan a formar los castillos porque se deforman y sus ángulos entre laminillas cambian . En los puntos de contacto existen presiones llamadas osmóticas generadas por las deformaciones que son inversamente proporcionales a su espaciamiento. Las presiones osmóticas hacen que las partículas se separen y adopten una posición como la de la figura.
  18. 18.    6. Estructura compuesta. En la naturaleza las estructuras anteriores se encuentran rara vez en forma pura, pues al sedimentarse las partículas estas pueden ser de varios tamaños y tipos , para las que las leyes de la naturaleza rigen de modo diferente. Este tipo de estructuración es el mas común y se define como un esqueleto mineral constituido por granos gruesos y por masas pequeñas llamadas coloides (0.0002 mm) de floculos que se unen entre ellos. En este tipo de estructura las partículas gruesas y finas se sedimentan de manera simultanea y puede ser en agua de mar o lagos con contenido de sales apreciable , donde el efecto floculante de las sales coexiste con el arrastre de los vientos , corrientes de agua , etc.
  19. 19.     Los minerales que poseen los suelos son sustancias inorgánicas y naturales que tienen una estructura interna que se caracteriza por cierto arreglo de átomos o iones. La composición química y sus propiedades físicas pueden ser fijas o variar dentro de ciertos limites. Las propiedades físicas son : color , lustre, la tonalidad de sus raspaduras , la forma de su cristalización, la dureza, la tenacidad, densidad, , etc. La estructura atómico molecular del mineral es el factor mas importante para condicionar sus propiedades físicas.
  20. 20. Suelos Gruesos. Silicatos  Feldespatos de potasio, sodio calcio, micas, olivinos, serpentina. Suelos Finos  Óxidos    Cuarzo, limonita, magnetita Carbonatos  Calcita, dolomita, sulfatos como la anhidrita y el yeso   Los suelos finos tienen minerales (silicatos) que se encuentran en las rocas ígneas y metamórficas. Silicatos de aluminio Silicatos de Magnesio Estructura cristalina cuyos átomos se disponen en laminas Las laminas pueden ser de silicio o de aluminio.
  21. 21.   Lamina de silicio. Un átomo de silicio entre cuatro de oxigeno.( tetraedro). Lamina de aluminio . Un átomo de aluminio entre seis de 0xigeno.(Octaedros) oxigeno silicio oxigeno oxigeno aluminio
  22. 22.  Lamina de silicio O  O O O O Al Si O Lamina de aluminio O O O O
  23. 23. 1.4.1 Arcillas caolinitas ( estables ).Tipo de arcillas formadas por una lamina de silicio y una de aluminio que se superponen indefinidamente. La unión de estas arcillas es lo suficientemente fuerte y no permite la penetración de moléculas de agua entre ellas , por lo que es una arcilla estable en presencia del agua. Lamina de aluminio Lamina de silicio
  24. 24. 1.4.2 Arcillas illitas . Arcilla formada por una lamina de aluminio entre dos de silicio que se superponen indefinidamente pero su constitución interna forma grumos de materia que reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen y es por ello que son menos expansivas que las montmorillonitas y su comportamiento es mas favorable para el ingeniero civil. 1.4.3 Arcillas montmorillonitas (expansivas ). Arcilla formada por una lamina de aluminio entre dos de silicio que se superponen indefinidamente, su unión es débil por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con facilidad a causa de las fuerzas eléctricas y produce un aumento de volumen de los cristales ,lo que se traduce en una expansión; por lo que la presencia del agua hace que estas arcillas sean inestables en presencia del agua y pueden producir problemas en las construcciones que se cimientan en este tipo de arcillas. Un ejemplo de estas arcillas es la bentonita que tiene origen volcánico.
  25. 25. Silicio Aluminio Silicio
  26. 26. Aluminio Silicio Al Si Al Al Si Al Al Si Al Al Aluminio Silicio Caolinita Illita Si Al Montmorilonita

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