Curso de geotecnia y geomecanica

1. CLASE 1 - ORIGEN, FORMACIÓN E
ÍNDICES
FÍSICOS DEL SUELO
Geomecánica – Geotecnia
GEOTECNI
A

2. PROPIEDADES
DE SUELOS
FÍSICAS MECÁNICAS
Índices
físicos
Granulometrí
a y
plasticidad
compactació
n
compresibilida
d
resistencia al
cizallamiento
comportamiento tensión-
deformación
Geomecánica – Geotecnia

3. 1.1 Origen y ciclo de las rocas
1.2 Intemperie física y química
1.3 Suelos residuales y transportados
1.4 Índices físicos de los suelos
1.5 Implicaciones para la práctica de la
ingeniería
Geomecánica – Geotecnia

4. ORIGEN Y CICLO DE LAS
ROCAS
El ámbito de la ingeniería geotécnica abarca una parte muy pequeña del planeta,
que comprende la parte más superficial de la corteza (espesor variable entre 10km y 35km,
pudiendo alcanzar
hasta 60 km) y la cobertura de los depósitos de sedimentos.
Geomecánica – Geotecnia

5. ORIGEN Y CICLO DE LAS
ROCAS
rocas = agregados minerales
Geomecánica – Geotecnia

6. ORIGEN Y CICLO DE LAS
ROCAS
ÍGNEAS
SEDIMENTARIAS
METAMÓRFIC
A
Cristalizaci
ón
(solidificaci
ón del
magma)
Granito de
grano grueso
Proceso de
formación
de una roca
Ejemplo
Depositació
n. Entierro,
litificación
Recristalizaci
ón, en el
estado sólido
de los nuevos
minerales
Arenisca de lecho
rocoso
Gneis
Copeland e Dupré,
2004

7. Origen y ciclo de las
rocas
(Das, 1998)
suelo
s
rocas
sedimentaria
s
rocas
metamórfic
as e ígneas
Área de superficie
terrestre
volumen de la
corteza
terrestre

8. magma
Formación de Rocas
ígneas
Solidificación
rocas
ígneas
granito
riolita
basalto
andesita

9. Intemperis
mo
Formación de Sedimentos
Rocas ígneas (u
otras)
Sedimentos

10. Formación de Rocas Sedimentarias
Compactació
n
cimentación
cristalización
arenita
conglomerad
o
sedimentos Roca
sedimentaria

11. Formación de Rocas Metamórficas
cuarcita
filita
gneis
Metamorfismo
(calor y
presión)
Rocas ígneas (u
otras)
Roca
metamórfica

12. Minerales más comunes en las rocas
Rocas Ígneas
Rocas
Sedimentarias
Rocas
Metamorficas
Quarzo Quarzo Quarzo
Feldespato
Minerales de
arcilla Feldespato
Mica Feldespato Mica
Piroxeno Calcita Garnierita
Anfíbol Dolomita Piroxeno
Olivino Gipsita Estaurolita

13. Intemperism
o
Procesos físico-químicos que transforman las rocas preexistentes
de la corteza terrestre, TAMBIEN ES CONOCIDO COMO
METERORIZACIÓN.
Factores que Intervienen
Clima
Relieve
Roca de Origen
Actividad
Biológica
Tiempo de
Exposición

14. Procesos de
Intemperismo
FISICO QUIMICO
Fragmentación y
desegregación de las roca
Descomposición de los
minerales de las rocas
Aguas de
percolación
(5 ≤ pH ≤)

15. I. Procesos físicos de meteorización
-desconfiguración de la erosión
-variaciones de expansión y contracción térmica (exfoliación)
-congelación del agua / cristalización de la sal
-procesos físicos
-biológico (acción de la raíz)
II. Procesos químicos de meteorización
Hidrólisis
-ruptura de la estructura cristalina de los minerales por medio de iones H+ y OH-
desacoplados del agua
Quelación
-procesos de complejación y eliminación de iones metálicos.
intercambio de cationes
-formación de minerales de arcilla
oxidación (Fe2+ a Fe3+) y reducción (el Fe2+ permanece estable)
Disolución
Procesos de
Intemperismo

16. Intemperismo Físico
• Mas activo en las siguientes regiones:
Áridas Poco H2O y grandes variaciones térmica
Polares Poco H2O (liquida), congelamiento en las
fisuras

17. Ejemplos de Intemperismo Físico
Exfoliación
Segregació
n

18. Intemperismo Químico
Reacción
general:
• Temperatura
• Superficie expuesta
• Presencia de agua y/o
ácidos
Mineral I + solución de alteración Mineral II +solución de
lixiviación

19. feldespato + agua + ácido carbónico
minerales de arcilla + iones disueltos
Ejemplos de Intemperismo Químico

20. Intemperismo Químico

21. I. Suelos residuales
-son los depositados en las inmediaciones de la roca madre
(roca matriz)
-típica de las regiones con estaciones bien definidas y con una
pluviometría elevada;
-comportamiento geotécnico de difícil caracterización en
general
Saprolito: conservación de las estructuras rocosas
originales
Suelo residual: pérdida total de las estructuras originales
II. Suelos transportados
-son los trasladados y depositados en otro lugar
Suelos residuales y transportados

22. Pedogénesis: procesos físico-químicos responsables de la evolución y
diferenciación de los horizontes de un suelo reacciones de adición,
eliminación, translocación y transformación de elementos
procesos pedogenéticos: desilicación, ferralización, latolización, eluviación, iluviación,
gleización, carbonatación, salinización, podzolización, paludización, turbinación
Suelos residuales
horizonte
de
transición Boule
r
Perfil de un suelo residual tropical
- Horizonte A: adición de materia orgánica
- Horizonte B: suelo laterítico -
concentración de arcilla y
Óxidos de Fe y Al (laterización)
- Horizonte C: suelo saprolítico:
conservación de las estructuras de la roca.
- Saprolito: roca alterada, descompuesta,
fracturada
- Roca sana (horizonte R)
otro enfoque: horizontes I, II, III, etc.

23. Horizontes de intemperie
Suelo de granito
residual
suelo
residual
roca
completamente
descompuesta
roca altamente
descompuesta
roca
moderadamente
descompuesta
roca ligeramente
descompuesta
roca sana

24. suelo areno-arcilloso (granular y cohesivo)
Ejemplo de formación de suelo
residual
Roca
(Granito)
Ortoclasa
(feldespato)
Plagioclasa
(feldespato)
Biotita Quarzo
Minerales
constituyentes

25. (1) Suelos aluviales o de aluvión: transportados y depositados poracción del
agua corriente;
(2) Colusiones o suelos coluviales: formados por la acción de la
gravedad(por ejemplo, resbalones)
(3) Suelos glaciares: transportados y depositados por la acción del hielo;
(4) Suelos eólicos: transportados y depositados por la acción del
viento('loess’);
(5) Suelos lacustres: depositados en condiciones sumergidas en lagos y
cuencas;
(6) Suelos marinos: depositados en condiciones sumergidas en los mares de
los océanos.
Suelos transportados

26. Ejemplos de suelos transportados

27. Suelo:
- agregado mineral (sistema de partículas)
- partículas o granos minerales
- poros, intersticios o "vacíos".
- sistema trifásico: grano (fase sólida) +
agua (fase líquida) + aire (fase gaseosa)
- suelo saturado, suelo seco, suelo no
saturado
Índices físicos del suelo
Índices físicos: RELACIONES DE PESO Y VOLUMEN ENTRE LAS
DISTINTAS FASES DE LOS SUELOS
Minerale
s de
arcilla
grano

28. Índices físicos del suelo
Aire
Agua
Solidos
Suelo diagrama de fases

29. Índices físicos del suelo
Aire
Agua
Solidos
pesos
volúmen
es
Volumen de
vacíos

30.  (1) Contenido de humedad: w (%)
suelos orgánicos: w puede ser > 100%, hasta 500
Índices físicos
𝑤 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑊
𝑤)
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 (𝑊
𝑠)
∗ 100

31. (2) Índice vacío e (adimensional)
(3) Porosidad n (%)
(4) Grado de saturación S (%)
Índices físicos
S = 0% (suelo seco); S = 100% (suelo saturado); 0 < S < 100% (suelo no
saturado)
𝑒 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 (𝑉
𝑣)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑉𝑠)
𝑛 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 (𝑉
𝑣)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑉)
𝑆 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑉
𝑤)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 (𝑉
𝑣)
∗ 100

32. Valores Típicos de Índice de
Vacíos
Disposición cúbica e = 0,91 ⇒
contracción
Disposición tetraédrica e = 0,56 ⇒
dilatancia
Porosidad
(%)
Índice de
vacíos
Peso
unitario
seco
(kN/m3)
Descripción
Esferas uniformes
Arena estándar de
Ottawa
Arena limpia y
uniforme
Limo inorgánico no
irrompible
Arena limosa
Arena micácea
Arena limosa y
grava

33. (5) Peso específico del suelo húmedo ()
(6) Peso específico del suelo seco (𝒅)
(7) Peso específico del suelo saturado (𝒔𝒂𝒕)
(8) Peso específico del suelo sumergido (𝒔𝒖𝒃)
Índices físicos
 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 (𝑊)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑉)
𝑑 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 (𝑊
𝑠)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑉)
𝑠𝑎𝑡 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑊𝑠𝑎𝑡)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑉)
𝑠𝑢𝑏 = 𝑠𝑎𝑡 − 𝑤

34. Valores Típicos de Índice de  y 𝑠𝑎𝑡
Tipo de suelo y
clasificación unificada
del suelo
Peso específico
típico
Por encima de la capa
freática
Por debajo del nivel
freático
Grava mal
graduada
Grava bien
graduada
Grava limosa
Grava arcillosa
Arena mal
graduada
Arena bien
graduada
Arena limosa
Arena arcillosa
Limo de baja
plasticidad
Limo de alta
plasticidad
Arcilla de baja
plasticidad
Arcilla de alta
plasticidad

35. Principio de Arquímedes: la fuerza de empuje que actúa sobre un cuerpo
sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.
Peso específico sumergido
𝑠𝑢𝑏 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 − 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
=
𝑊
𝑠 − 𝐸
𝑉

36. Masa especifica:
Peso específico:
Agua:
Índices físicos
(9) Densidad de las partículas sólidas
(𝑮𝑺)

37. Ejemplo:
-fracción (P1 %) del suelo con partículas ≥ 2mm ⇒ peso W1 y
volumenV1
-fracción (P2 %) del suelo con partículas < 2mm ⇒ peso W2 y
volumen V2
Valor medio de 𝑮𝑺

38. Valores típicos de 𝑮𝑺
Cuarzo
Feldespatos K
Feldespatos Na-
Ca
Calcita
Dolomita
Moscovita
Biotita
Clorita
Pirofilita
Serpentina
Caolinita
Halloysita (2
H2O)
Illita
Montmorillonita
Attapulgita
Halita
Yeso
Serpentina
Ortoclasa
Calcedonia
Cuarzo
Plagioclasa
Clorita e illita
Calcita
Moscovita
Biotita
Dolomita
Anhidrita
Piroxeno
Olivino
Barita
Magnetita
Pirita
Galena
Tabla 3.1 Gravedades específicas de los
minerales
Tabla 2.2 Gravedades
específicas de los minerales
comunes

39. Valores típicos de 𝑮𝑺
Arenas
Tipo de Suelo
Arenas limosas
Arcillas
orgánicas
Suelos con micas o
hierro
Suelos orgánicos

40. Relaciones entre los índices físicos
Suelo
saturado:
o
y

41. Relaciones básicas del índice físico

42. Relaciones básicas del índice físico
Varias formas de relaciona
los
y
Peso especifico
húmedo
Peso especifico
seco
Peso especifico saturado
Dado Dado Dado
Relación Relación Relación