Suelos

Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería
Ingeniería Civil Mecánica de Suelos I 2021 - I Rosa LLique
EL SUELO: ORIGEN Y FORMACIÓN
ORIGEN DE LOS SUELOS
Rocas
Son agregados naturales formados por un solo mineral (monominerales ejemplo la caliza
formada por la calcita) o por varios minerales (poliminerales ejemplo el granito formado por
cuarzo, feldespato y mica). Las rocas se forman de muy diversas maneras y a distintas
profundidades. Una vez formadas, afloran y se las encuentra por toda la superficie terrestre.
Rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas
Las rocas según su origen se dividen en tres grandes grupos: ígneas, formadas por la
solidificación del magma; sedimentarias, originadas a partir de los materiales de la erosión
acumulados en una zona concreta y metamórfica, formadas por transformación de las ígneas y
sedimentarias.
 Rocas ígneas
Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida,
el magma.
Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas pueden ser intrusivas o
extrusivas.
• Las rocas intrusivas o plutónicas
Se forman a partir de un enfriamiento lento del magma y en el interior de la corteza
terrestre. Las rocas se enfrían muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes
cristales de minerales puros, ejemplo: granito y sienita.
• Las rocas extrusivas o volcánicas
Se forman por el enfriamiento rápido del magma y en la superficie, o cerca de ella, se
forman al ascender el 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 son muy rápidas, dando como resultado la formación de
minerales con grano fino ejemplos basalto, riolita, traquita.
Rosa intrusiva Roca extrusiva
 Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias son el resultado de un largo proceso fisicoquímico y abundan sobre
la superficie terrestre. Están compuestas por sedimentos que proceden de la desintegración,
por intemperismo y erosión de antiguas rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Las
rocas sedimentarias se clasifican según su origen en detríticas y en químicas.
• Las rocas detríticas o fragmentarias
Se componen de partículas minerales producidas por la desintegración mecánica de otras
rocas y son transportadas por el agua, sin deterioro químico, hasta zonas de cambio de
pendiente normalmente al pie de las montañas, donde se depositan en capas. Ejemplos:
lutitas y arenisca.
• Las rocas sedimentarias químicas
Se forman por sedimentación química de materiales que han estado en disolución durante
su fase de transporte. En estos procesos de sedimentación también puede influir la
actividad de organismos vivos, en cuyo caso se puede hablar de origen bioquímico u
orgánico. Ejemplos: yeso, anhidrita y calizas.
Roca detrítica (arenisca) Roca sedimentaria química (caliza)
 Rocas metamórficas

Son rocas ígneas y sedimentarias que sufren un cambio o transformación ocasionado por las
fuertes presiones y altas temperaturas; el metamorfismo se caracteriza por el desarrollo de
textura y/o minerales nuevos. El metamorfismo puede ser de dos clases: por contacto y
regional.
Cuarcita
• El metamorfismo de contacto (térmico)
Se produce cuando un magma intruye una roca más fría. En la roca madre (la más fría)
se forma una zona de alteración llamada aureola de contacto. La aureola puede estar
dividida en varias zonas metamórficas, ya que cerca del intrusivo se formarán minerales
de altas temperaturas como el granate mientras que más lejos se formarán minerales de
bajo grado como la clorita.
Clorita
• El metamorfismo regional
Proceso en el que actúa la temperatura y la presión, ocurre cuando grandes regiones de la
corteza son comprimidos y se deforman. Cuando los ríos acumulan sedimentos sobre las
rocas en cuencas sedimentarias por cientos de millones de años, la presión sobre esas
rocas va aumentando y la cuenca se hunde lentamente. Con el tiempo la temperatura y
presión en las capas inferiores más antiguas aumentará hasta que comience el
metamorfismo.

Gneis
• El metamorfismo regional
Otra forma de metamorfismo regional ocurre cuando las placas tectónicas convergen. Una
placa se sumerge bajo la otra hacia el manto. En estas zonas de subducción se produce
magma que asciende por la corteza, provocando metamorfismo en grandes regiones de la
corteza continental cercana a las zonas de subducción
Intemperismo de las rocas
Intemperismo o meteorización es la alteración de los materiales rocosos expuestos al aire, la
humedad y al efecto de la materia orgánica; puede ser intemperismo mecánico o de
desintegración, y químico o de descomposición, pero ambos procesos, por regla general
interactúan. Las variaciones de humedad y temperatura inciden en ambas formas de
intemperismo toda vez que afectan la roca desde el punto de vista mecánico y que el agua y
el calor favorecen las reacciones químicas que la alteran.
 Intemperismo mecánico o físico
Mencionado también como desintegración, es un proceso por el que las rocas se
rompen en fragmentos más y más pequeños, como resultado de la energía desarrollada
por las fuerzas físicas. Por ejemplo, cuando el agua se congela en una roca fracturada,

la presión debida a la expansión del agua congelada puede desarrollar suficiente energía
para astillar fragmentos de la roca.
La meteorización física, se desarrolla fundamentalmente en ambientes desérticos y
periglaciares. Los climas desérticos tienen amplia diferencia térmica entre el día y la
noche, y en los ambientes periglaciares las temperaturas varían por encima y por debajo
del punto de fusión del hielo, con una periodicidad diaria o estacional.
.
Los cambios de temperatura rápidos y elevados, pueden provocar el intemperismo
mecánico de la roca, los incendios de bosques o de maleza, generan calor suficiente para
romperla. El calentamiento rápido y violento de la zona exterior de la roca provoca su
expansión, y si ésta es bastante grande, se desprenden hojuelas o fragmentos más grandes
de la roca.

El hielo es más efectivo que el calor para producir intemperismo mecánico, la expansión
del agua, a medida que pasa del estado líquido al estado sólido, desarrolla presiones
dirigidas hacia fuera desde las paredes interiores de la roca, tales presiones son lo
suficientemente grandes para desprender fragmentos de la superficie de la roca.
El agua que llena las cavidades y los poros de una roca, empieza a congelarse en su parte
superior, por el contacto con el aire frío, con el tiempo, el agua de la parte inferior está
confinada por un tapón de hielo, entonces, a medida que avanza la congelación el agua
confinada se expande, ejerciendo presión hacia fuera.
Los fragmentos de roca intemperizada mecánicamente, tienen forma angular, y su tamaño
depende en gran parte de la naturaleza de la roca de que proceden.
Factores del intemperismo físico o mecánico
Son: insolación, gelivación, palpitación, exfoliación, acción de las raíces
- La insolación
Fenómeno de expansión y contracción térmica del material por variaciones de la
temperatura. Si la variación es súbita afectará la superficie de la roca; si es lenta, toda
la masa. En el segundo caso aparecerían fisuras cuando el material es heterogéneo,
(minerales con diferentes coeficientes de contracción y dilatación). La insolación es

más eficiente en los desiertos pues la sequedad ambiental permite que durante el día
el calor no se pierda en calentar la humedad de la atmósfera y durante la noche no
exista reserva atmosférica de calor para que disminuya la temperatura.
- Gelivación o acción de las heladas
Este factor es más eficiente que el anterior, cuando el agua penetra en las fracturas de
las rocas para luego congelarse, aumenta su volumen en un 9% y genera esfuerzos que
fracturan el material. Con variaciones de la temperatura por arriba y abajo del punto
de congelación y el nuevo abastecimiento de agua ingresando en el material a través
de diaclasas y poros, el hielo, actúa en forma semejante a una cuña.
- Palpitación.
Es el movimiento del suelo causado por masas lenticulares de hielo, cuando el agua de
lluvia que ha ingresado al subsuelo se congela durante el invierno, aumentando su
volumen. El mecanismo de congelamiento-fusión del agua, conforme la temperatura
fluctúa por arriba y abajo del punto de fusión, da el particular movimiento que conduce
a la alteración física del suelo.
- Exfoliación
Es una forma de meteorización que conduce a su descamación, pues se desprenden de
la roca láminas o capas curvas. Se presentan dos productos de exfoliación: por
despresurización de un macizo rocoso y por exfoliación térmica de un bloque rocoso.
- Acción de las raíces
Las raíces que crecen en las grietas de las rocas generan esfuerzos de tracción. Se trata
de un efecto de cuña asociado al engrosamiento de la raíz que se desarrolla y progresa,
colaborando en la dislocación de los materiales rocosos.
 Intemperismo químico
Denominado descomposición, es un proceso más complejo que el intemperismo
mecánico. El intemperismo químico, transforma el material original en algo diferente,
la meteorización química denota cambios en las propiedades químicas de los minerales
primitivos que integran la roca, transformándolos en nuevos minerales que sean más
estables en las temperaturas y presiones relativamente bajas existentes en la superficie
terrestre.

El tamaño de las partículas de rocas es un factor importante en el intemperismo químico,
dado que las sustancias pueden reaccionar químicamente sólo cuando se ponen en
contacto unos con otros. Cuanto más grande es la superficie de una partícula, más
vulnerable resulta el ataque químico.
El clima también desempaña un papel importante en el intemperismo químico. La
humedad cuando va acompañada de calor, acelera la velocidad de intemperismo
químico; inversamente, la sequedad lo retarda. Finalmente, las plantas y los animales
contribuyen directamente o indirectamente al intemperismo químico, puesto que sus
procesos vitales producen oxígeno, dióxido de carbono y ciertos ácidos que entran en
reacciones químicas con los materiales de la tierra.
En cualquier suelo rico en materia vegetal en descomposición se originan soluciones
formadas por una gran variedad de ácidos orgánicos, que reaccionan con las superficies
minerales y originan en ellas meteorización química.
La meteorización química causa la disgregación de las rocas y se da cuando los
minerales reaccionan con algunas sustancias presentes en sus inmediaciones,
principalmente disueltas en agua, para dar otros minerales de distintas composiciones
químicas y más estables a las condiciones del exterior.

Factores del intemperismo químico
Los factores del intemperismo químico son: el intemperismo mecánico, la composición
mineralógica original, la profundidad de los materiales y las variaciones de la
temperatura y de la humedad.
- El intemperismo mecánico
Es el factor más importante de intemperismo químico, porque el proceso garantiza
mayor área de exposición de los materiales.
- La profundidad.
Los materiales de la superficie están más expuestos a las variaciones de temperatura
y la humedad y por consiguiente al aire y la materia orgánica. En la superficie existen
organismos vivos que favorecen la alteración de la roca.
En la figura se ilustra un proceso, de interacción planta suelo: por intercambio de
cationes, el potasio pasa a alimentar la planta, intercambiándose por el hidrógeno,
que pasa a oxidarse en la roca ígnea, donde se forma la arcilla.
- La composición del mineral original
Este es un factor que alude a la génesis y tipo de roca, a su textura. Por ejemplo, entre
los metales el hierro se oxida más rápidamente y entre los silicatos, el cuarzo resiste
más que los otros de la serie.

- La temperatura y la humedad
Estos factores climáticos condicionan la velocidad e intensidad de las reacciones
químicas; la humedad favorece la producción de ácido carbónico, además de proveer
otros ácidos de reacción. Las rocas se degradan por ciclos de humedecimiento y
secado antes que por una humedad y temperaturas fijas.
La formación del suelo es un proceso en etapas en el que las rocas se dividen en
partículas menores mezclándose con materia orgánica en descomposición.
Formación de los suelos
Cuando se enfrió la superficie terrestre, quedó determinado un manto rocoso o roca madre,
a partir del cual, luego de una serie de transformaciones, se originó el suelo. Esas
transformaciones fueron el resultado de la acción combinada de diferentes variables
climáticas (humedad, precipitaciones, temperatura), del tipo de roca donde actuaban esas
variables, del relieve, de la vegetación y del tiempo
Clase de suelo según el proceso de formación
El suelo puede ser sedimentario, residual y de relleno artificial.
 Sedimentario
En este tipo de suelo, las partículas se formaron en un lugar y después fueron transportadas
y se depositaron en otro emplazamiento. Los materiales rocosos son transportados por los
agentes de la erosión terrestre (agua corriente, hielo glaciar, olas y viento), y también son
acarreados por la influencia de la gravedad para acumularse en otros lugares.

En la formación de los suelos sedimentarios se considera tres fases del proceso: la
formación del sedimento, el transporte y el depósito de los sedimentos.
a. Formación de sedimentos
El principal modo de formación de los sedimentos lo constituye la meteorización física
y química de las rocas de la superficie terrestre. En general las partículas de limo,
arena y grava se forman por la meteorización física de la roca, mientras que las
partículas arcillosas son formadas por procesos de alteración química de las mismas.
La formación de partículas arcillosas a partir de las rocas puede producirse, por
combinación de elementos en disolución o por la descomposición química de otros
minerales.
b. Transporte de los sedimentos
Los sedimentos pueden ser transportados por uno de los siguientes agentes: agua, aire,
hielo, gravedad y organismos vivos. La forma de transporte afecta los sedimentos
principalmente de dos formas: a) modifica la forma, el tamaño y la textura de las
partículas por abrasión, desgaste, impacto y disolución; b) produce una clasificación o
graduación de las partículas.
c. Depósito de los sedimentos
Después de que las partículas se han formado y se han transportado se depositan para
formar el suelo sedimentario. La causa de este depósito en el agua es la reducción de
la velocidad, cuando una corriente desemboca en un lago, océano, o un gran volumen
de agua pierde la mayor parte de su velocidad disminuyendo así la fuerza de la
corriente y se produce una sedimentación.
 Suelos residuales (desarrollados in situ)
Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorización de las rocas
no son transportados como sedimentos, sino que se acumulan en el sitio en que se van
formando. Si la velocidad de descomposición de la roca supera a la de arrastre de los
productos de la descomposición se produce una acumulación de suelo residual.

Los factores que influyen en la velocidad de alteración de la naturaleza de los productos
de la meteorización son:
• El clima (temperatura y lluvia),
• La naturaleza de la roca original
• El drenaje y la actividad bacteriana.
La temperatura y otros factores han favorecido el desarrollo de espesores importantes de
suelos residuales en muchas partes del mundo
Perfil de un suelo residual
a) la zona superior, en la que existe un elevado grado de meteorización, pero también
cierto arrastre de materiales, generalmente existe material arcilloso o de arcillo limoso
b) la zona intermedia en cuya parte superior existe una cierta meteorización, pero también
cierto grado de deposición hacia la parte inferior de la misma, el suelo es limoso y/o
arenoso.
c) la zona parcialmente meteorizada que sirve de transición del suelo residual a la roca
original inalterada

 Depósitos artificiales
Los suelos sedimentarios y los residuales son suelos formados por la naturaleza. Un
depósito artificial hecho por el hombre se denomina terraplén o relleno. El terraplén
constituye realmente un depósito sedimentario en el que el hombre realiza todos los
procesos de formación, de una forma controlada para alcanzar resultados previamente
definidos.
El suelo se extrae, por excavación o voladura de un determinado yacimiento cuyo
material cumple con las especificaciones pre-establecidas.
Se transporta mediante un vehículo que puede ser un volquete y se deposita en el lugar
predeterminado.

El material se acomoda y se compacta, para alcanzar las características mecánicas
deseadas.
SUELO Y ROCA
Según ASTM (American Society for Testing Materials)
 Suelo
Sedimentos u otras acumulaciones de partículas sólidas producidas por la desintegración
física y química de las rocas, con o sin materia orgánica.
 Roca
Materia sólida mineral que se presenta en grandes masas o fragmentos.
Según Terzaghi
 Suelo
Es todo agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca
intensidad, como la agitación en agua.
 Roca
Es un agregado de minerales unidos por fuerzas cohesivas, poderosas y permanentes.
Suelo
Es el material terroso compuesto de distintas partículas sólidas: gravas, arenas y mezclas
arcillosas y/o limosas, con gases y líquidos que ocupan los espacios vacíos entre las partículas
sólidas, por lo que se considera al suelo como un sistema multifase. El agua incluida en el suelo
es parte integral del mismo porque juega un papel fundamental en su comportamiento
mecánico.

Suelo
Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el terreno de fundación donde se construye
las cimentaciones de las estructuras, también es el material de construcción para diversas
obras civiles ejemplo pavimentos, presas de tierra, por esta razón el estudio de las propiedades
físicas, hidráulicas y mecánicas del suelo es de importancia fundamental, las cuales se
determinan con ensayos realizados en laboratorio.
 Suelo como terreno de fundación
El problema consiste en proyectar la cimentación de un edificio, de un estribo de puente,
de un muro de retención, etc. de forma funcional y económica, teniendo en cuenta la
naturaleza del terreno de tal manera que se consiga seguridad suficiente con deformaciones
o asentamientos compatibles con las tolerancias de la estructura.
o Condiciones de cimentación
Una vez conocida la naturaleza y propiedades del subsuelo se elige la solución de
cimentación más adecuada con base a las teorías de la Mecánica del Suelo y la
experiencia tecnológica.

Se define el tipo de cimentación, el nivel de apoyo (profundidad de cimentación), las
presiones de trabajo y los asentamientos del suelo asociados con las mismas.
 El suelo como material de construcción
El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas
constituye, de hecho, el único material disponible localmente.
Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construcción debe seleccionar el
tipo adecuado de suelo, así como el método de colocación y, luego, controlar su colocación
en obra, porque el suelo como material de construcción debe cumplir especificaciones
técnicas.
La construcción de presas de tierra y vías terrestres implica el uso de suelos, pero suelos
seleccionados que cumpla las especificaciones técnicas solicitadas.

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