El documento describe diferentes tipos de materiales geológicos como rocas, sedimentos y suelos. Explica que las rocas se componen de una matriz rocosa y discontinuidades como estratificación o fallas. Los macizos rocosos son conjuntos de bloques de matriz rocosa y discontinuidades que determinan su comportamiento mecánico. También describe los suelos como materiales de baja resistencia producto de la meteorización de rocas, y explica algunos factores como el clima y la vegetación que afectan su formación.

1. Tipos de materiales geológicos
pRocas y Sedimentos (Suelos)

2. Matriz Rocosa
Material rocoso sin discontinuidades o bloques de
roca intacta entre discontinuidades (muestra de
mano o mayor).
A pesar de considerarse continua es heterogénea
y anisótropa, ligada a la fábrica, textura y
estructura, mineral.
Mecánicamente, la matriz rocosa se caracteriza
por su densidad, resistencia y deformabilidad.
Descripción: Color, tamaño de grano,
estructura, meteorización, nombre, resistencia.

3. Discontinuidad
Cualquier plano de origen mecánico o sedimentario que
independiza o separa bloques (o matriz rocosa):
estratificación, diaclasas, foliación, fallas, etc.
Condicionan el comportamiento de un macizo rocoso.
Su comportamiento mecánico queda caracterizado por la
resistencia al cizalle ( o resistencia al corte) del plano o
del material de relleno.
La presencia de discontinuidades determina un
comportamiento geomecánico e hidráulico discontinuo del
MR condicionado por la naturaleza, frecuencia y
orientación de los planos de discontinuidad

4. Macizo Rocoso
p Conjunto de los bloques de matriz rocosa y de
discontinuidades. Mecánicamente los MR son
medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos.
p Anisotropía: diferentes propiedades y
comportamiento mecánico en distintas
direcciones (estratificación, foliación..)
p Heterogeneidad: zonas con diferente
composición, litología, alteración, textura,
meteorización, etc. Pueden presentar diferentes
propiedades.

5. A: Tipo
de roca
G: Abertura
M: Filtración
L: Tamaño/forma
bloques
F: Rugosidad
D: Tipo
Discontinuidad;
Estratificación,
falla, etc.
H: Tipo/
espesor
relleno
C:
Resistencia
de las
paredes
J:
Persistencia
I:
Espaciamiento
Sbedding
K: Número
de sets
E:
Orientación;
Rumbo y
manteo;
Dip/DD
θ
sin
1 x
s
s app
=
Características
geológicas de un
Macizo Rocoso
B:
Resistencia
de la
roca

6. Usualmente se espera que las rocas
más antiguas sean más competentes y
menos permeables. Sin embargo, en
lugares como nuestro país, afectado
por fuerte tectonismo, las rocas
antiguas pueden mostrar un fuerte
deterioro físico y mecánico.

7. Tomado de González de Vallejo, 2002

8. Peso específico
p El peso específico o peso
unitario de una roca
depende de sus
componentes y se define
como el peso por unidad de
volumen. Sus unidades son
las de fuerza (N, tonf,etc.)
por volumen.
p En general se considera el
mismo valor para el peso
específico (γ) y para la
densidad (?).
γ
γ =
= ?
? g
g
γ
γ = 1g
= 1gmasa
masa/cm
/cm3
3
*980 cm/s
*980 cm/s2
2
= 1 g
= 1 gfuerza
fuerza/cm
/cm3
3
ó
ó
γ
γ = 1000 kg/m
= 1000 kg/m3
3
* 9.8 m/s
* 9.8 m/s2
2
= 9800 N/m
= 9800 N/m3
3
.
.

10. 1 kN/m2 = 10-2 kp/cm2
1 kp/cm2 = 9.8 *10-2 MPa ≅ 0.1 MPa

11. Parámetros asociados a la resistencia de las rocas. (Modificado de Waltham,1994).
Roca Densidad
Seca
Porosidad
UCS
media
UCS
satura
da
Módulo
de
Elastici-
dad
Resisten-
cia a la
tracción
Resistencia
al cizalle*
1
Ängulo
de
fricción
t/m
3
% MPa MPa GPa MPa MPa φ°
Granito
Basalto
2.7
2.9
1
2
200
250
75
90
15
15
35
40
55
50
Grauwaca
Arenisca (Cb)*
Arenisca (Tr)**
2.6
2.2
1.9
3
12
25
180
70
20
160
50
10
60
30
4
15
5
1
30
15
4
45
45
40
Caliza (Cb)*
Caliza (Jr)***
2.6
2.3
3
15
100
25
90
15
60
15
10
2
30
5
35
35
Limolita (Cb)
Lutita (Cb)
2.3
2.3
10
15
40
20
20
5
10
2
1
0.5
30
25
Carbón
Yeso
Sal
1.4
2.2
2.1
10
5
5
30
25
12
10
20
5
2
1 30
Mármol
Gneiss
Esquisto
Pizarra
2.6
2.7
2.7
2.7
1
1
3
1
100
150
60
90
60
45
20
30
10
10
2
10
32
30
35
30
25
25
*Cb=carbonífera **Tr=triásica ***Jr=jurásica
*
1
Resistencia al cizalle directo, no confinado.

12. 1 kN/m2 = 10-2 kp/cm2
1 kp/cm2 = 9.8 *10-2 MPa ≅ 0.1 MPa

13. Resistencia estimada en terreno

14. Velocidad de propagación
de las ondas elásticas.
La velocidad de las ondas
longitudinales o de compresión Vp
se relaciona con la resistencia a la
compresión simple. Para las rocas
esta velocidad varía entre 1000 y
6000 m/s. Rocas alteradas y
meteorizadas se obtienen valores
bajo 900 m/s.

15. Suelo
Material de baja resistencia, disgregable

16. Geólogo : material producto de la
meteorización in situ
Ingeniero : agregado orgánico e inorgánico
de partículas fácilmente disgregables frente a
una pequeña fuerza o cuando se sumergen.
Agrónomos : capas superiores de material
meteorizado formado por procesos
bioquímicos y físicos. Buen suelo =
productivo para agricultores.

17. Los suelos reflejan la historia más
reciente de la tierra y son el resultado
de procesos superficiales activos.
En ingeniería su conocimiento es vital
debido a que éstos constituyen el
medio de fundación más común.

18. Para el geólogo el suelo es el producto de
la meteorización de las rocas y una fuente
para sedimentos clásticos.
El proceso de meteorización debe ser
comprendido para determinar el deterioro
de la roca y predecir el carácter general de
un suelo.

19. Si una muestra de suelo es examinada,
se verá que está constituida por
partículas de diferente tamaño. Las
partículas mayores (>2mm) son
principalmente fragmentos de rocas.
Las medias (0.1-2 mm) son usualmente
partículas minerales, en muchos casos
cuarzo. El fino, limo y arcillas, son
difíciles de describir visualmente en
terreno, pero caracterizadas por
plasticidad, dilatancia, etc.

20. Descripción de suelos
Identificación detallada y
cuidadosa en terreno es vital para
una buena investigación de suelos.
Base para determinar los ensayos
de laboratorio.

21. Tamaño del grano
Bloque >15 cm
Guijarro 5-15 cm
Grava 2 ó 4 mm – 5 cm
Arena 0.05 mm – 2 ó 4 mm
Limo 0.005 mm –0.05 mm
Arcilla <0.005 mm

22. Tipos de suelos
p Residuales: aquellos formados en el
lugar por meteorización directa de la roca.
p En lugares fríos y en zonas climáticas
templadas los suelos son usualmente
delgadas capas debido a meteorización
lenta. En regiones cálidas es inverso.

23. p Transportados: han sido depositados
en su ubicación presente por alguno de
los agentes-agua-viento-lluvia.
Depósitos aluviales, morrenas, dunas,
etc.
p Rocas no endurecidas: usualmente
referidas como suelo. Arcilla Oxford,
algunas formaciones de arenas
antiguas.

24. El suelo es el resultado de la
interacción entre diferentes
factores :
Material parental- topografía -
clima - organismos - tiempo

25. Material parental
Incluye todos los tipos de rocas y
establece el carácter del suelo.
Por ej.:
Granito Maicillo
Roca de grano fino arcillosa suelos
arcillosos

26. Material parental permeable
=>
suelos gruesos
Material parental impermeable
=>
suelos delgados

27. Microtopografía
Influencia temperatura y humedad
(microclimas) y los organismos existentes
en un área determinada (plantas y
animales).
Pendientes empinadas no permiten el
desarrollo de suelos porque la tasa de
erosión es alta.

28. Un ejemplo son las quebradas:
en Chile muchas son EW, el sol da
directamente en la ladera sur causando
que ella sea seca/calurosa a tibia/húmeda.
El fondo es húmedo y frío y la ladera
norte es fría /húmeda.

29. CLIMA
Afecta la disponibilidad de agua,
controla ciclos congelamiento/fusión,
humedad secado, tipos de organismos,
etc.
Macroclimas:
suelos distintos en distintas regiones
Microclimas :
variaciones locales (p.e. Fray Jorge,
Talinay, etc.)

30. Organismos
El rol principal es mecánico (raíces),
aportan la materia orgánica cuya
descomposición es importante en los
fluidos que descomponen el suelo.

31. Tiempo
Difícil de evaluar y comprender porque
depende de los otros factores
mencionados. En general, en regiones
cálidas y húmedas, el suelo demora menor
tiempo en formarse que en las regiones
más frías y secas.

32. La interacción de los factores
mencionados forman una amplia gama de
suelos mapeables.

33. Horizonte A: Capa superior del suelo.
Descomposición de materia orgánica con
liberación de ácidos. Estos ácidos disuelven el
aluminio, hierro, calcio y otros elementos
químicos que son transportados hacia abajo,
hacia horizonte B.
Horizonte B: Zona de acumulación.
Generalmente con arcillas y óxidos de hierro.
Horizonte C: Capa inferior del suelo, sobre la
roca sólida no meteorizada. Se compone de
trozos de rocas sueltas, ligeramente
meteorizados.

34. Tomado de apuntes W.GRIEM & S.GRIEM-KLEE.
Universidad de Atacama

35. Tipos de suelos
Suelos de zonas polares
Baja temperatura y por lo tanto, la
meteorización química es poco activa .
La mayor parte del suelo está
permanentemente helada (pergelisuelo o
permafrost) y sólo la parte superior se
deshiela en verano.

36. Los mas comunes son los
podsoles (ceniza=ruso), de color
gris o pardo oscuro.Vegetación
común: acidófilas como
coníferas lo que hace que el agua
de infiltración sea de pH bajo.
Esto, más abundantes
precipitaciones provoca un
lavado intenso, de manera que el
Ca, el Mg, Na, y K se pierden en
profundidad (aguas freáticas).
Tomado de apuntes W.GRIEM & S.GRIEM-KLEE.
Universidad de Atacama
Suelos zonas fr
Suelos zonas frí
ías
as

37. El Fe y Al se combinan con ácidos
húmicos y son lavados en forma de
humatos y complejos coloidales hasta
que, a cierta profundidad, las bacterias
atacan estos complejos y provocan su
precipitación. De esta manera se
forma un horizonte B, rico en materia
orgánica, hierro y aluminio (oscuro) y
un horizonte A, superficial, de color
claro y muy pobre en elementos ricos
para el cultivo.

38. Suelos de zonas templadas
Estaciones climáticas bien marcadas, alternando
periodos secos y periodos húmedos. Lixiviación
intensa durante lluvias y ascenso de humedad y
iones durante la sequía. Se forman suelos pardos,
caracterizados por no presentar los horizontes A y
B bien diferenciados. Sobre los mismos
vegetación de hojas caducas i.e. ricos en humus.

39. Chernoziom
Característico de zonas de
praderas y pastizales con
un nivel A bastante
grueso, rico en materia
orgánica, i.e. de color
oscuro (Argentina, Chile).
La lixiviación es menor
que en los podsoles y el Fe
y Al permanecen en el
horizonte superior, el
primero en estado oxidado
dando lugar a los colores
pardos y rojizos.
Tomado de apuntes W.GRIEM & S.GRIEM-
KLEE. Universidad de Atacama

40. La materia orgánica tampoco
emigra en profundidad y solo
los iones Ca, Mg,Na y K sufren
un lavado importante que es, en
parte, compensado por el
ascenso capilar en épocas
secas. Suelos más fértiles que
los podsoles. En ocasiones, la
alternancia de sequía y
humedad provocan grietas de
retracción y por eso se les
denomina vertisuelos.
Tomado de apuntes W.GRIEM & S.GRIEM-
KLEE. Universidad de Atacama

41. Suelos de zonas áridas
Desarrollo escaso, sin meteorización
química ni lixiviación. En ellos hay
permanentemente el ascenso capilar de
aguas freáticas que al evaporarse
provocan la depositación de sales. Se
forman así las costras de caliche
(mezcla de CaCO2, limo,arcilla y
arena), sales y yeso.

42. Suelos de zonas ecuatoriales
Alta T° y mucha lluvia y vegetación. Se forman
suelos muy potentes en los que el Hz A es muy
delgado. La materia orgánica es rápidamente
reutilizada. El Al y Fe son insolubles a diferencia
de la sílice. Se destruyen hasta los minerales
arcillosos y el Fe y Al se acumulan en formas de
óxidos e hidróxidos, dando lugar a una costra
denominada laterita.
Si las lateritas son ricas en Al se denominan
bauxitas.

43. Meteorización
p Las rocas se forman, en general, bajo la
superficie de la tierra, en condiciones de
presión y temperatura diferentes a las que
predominan en superficie.
p La acción del agua, glaciares, viento y
oleaje, permite que estas rocas afloren y
queden expuestas al ataque de la atmósfera
y de agentes orgánicos. Cuando están
expuestas, las rocas son transformadas por
el proceso denominado meteorización.

44. p La meteorización física se refiere al proceso
de ruptura de la roca. Los agentes principales
de este tipo de meteorización son organismos,
ciclos congelamiento y fusión del agua,
cambios de temperatura, etc.
p Una vez que la roca está fracturada, agentes
químicos disueltos en el agua pueden penetrar
a la roca y destruir las estructuras de los
minerales en un proceso denominado
meteorización química.

45. Los principales agentes son dióxido de carbono,
proveniente de la atmósfera y del suelo, y
ácidos orgánicos disueltos por el agua infiltrada.
pSi estos ácidos disuelven minerales que
constituyen el cemento de algunas rocas
sedimentarias y/o el relleno de algunas
discontinuidades selladas, la roca se debilita o se
disgrega.
pLos minerales más fácilmente alterables son la
calcita, dolomita y yeso.
Meteorización química

46. p Con el tiempo, los ácidos disueltos en el agua
pueden alterar a arcilla los cristales de
feldespatos, piroxenos y anfíbolas.
p El resultado de la descomposición será un
material constituido por granos residuales de
cuarzo, estable a la meteorización, en una
matriz de arcilla o limo.
p Los efectos y la profundidad de la roca
afectada por la meteorización son
dependientes del tipo de roca, del clima y del
tiempo.
p Las reacciones químicas son mucho más
rápidas en climas tropicales y húmedos que en
climas áridos o fríos.

47. pPor ejemplo, en los polos y en los desiertos,
actúan principalmente los procesos mecánicos
de la meteorización física, los cuales llevan,
lentamente, a la ruptura de la masa rocosa.
p En los trópicos los procesos mecánicos
trabajan rápidamente y en conjunto con la
meteorización química, de manera que rocas
frescas, recién expuestas, pueden ser alteradas
en un corto plazo.
pLa Tabla 4.9 muestra una clasificación de rocas
meteorizadas.

48. http://www.calstatela.edu/faculty/acolvil/weathering/spheroidal2.jpg&imgrefurl=http://www.calstatela.edu/facult
y/acolvil/weathering.html&h=512&w=800&sz=78&tbnid=6CT7JouAMdGqUM:&tbnh=90&tbnw=142&hl=es&sta
rt=3&prev=/images%3Fq%3Dweathering%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG

49. Meteorización esferoidal
http://www.calstatela.edu/faculty/acolvil/weathering/spheroidal2.jpg&imgrefurl=http://www.calstatela.edu/facult
y/acolvil/weathering.html&h=512&w=800&sz=78&tbnid=6CT7JouAMdGqUM:&tbnh=90&tbnw=142&hl=es&sta
rt=3&prev=/images%3Fq%3Dweathering%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG

50. Exfoliación o sheeting
http://www.calstatela.edu/faculty/acolvil/weathering/spheroidal2.jpg&imgrefurl=http://www.calstatela.edu/facult
y/acolvil/weathering.html&h=512&w=800&sz=78&tbnid=6CT7JouAMdGqUM:&tbnh=90&tbnw=142&hl=es&sta
rt=3&prev=/images%3Fq%3Dweathering%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG

51. http://www.calstatela.edu/faculty/acolvil/weathering/spheroidal2.jpg&imgrefurl=http://www.calstatela.edu/facult
y/acolvil/weathering.html&h=512&w=800&sz=78&tbnid=6CT7JouAMdGqUM:&tbnh=90&tbnw=142&hl=es&sta
rt=3&prev=/images%3Fq%3Dweathering%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DG
Erosión diferencial

52. Suelos según comportamiento:
p Suelos expansivos: cambian su
volumen con cambios de humedad
p Suelos colapsables: volumen decrece
abruptamente cuando está saturado
p Arcillas sensibles (“quick clays”):
parecen estables pero
repentinamente se licúan y fluyen
p Zona activa: porción del perfil con
cambios en el contenido de humedad
estacionales

53. Suelos expansivos
Deben contener una cantidad
importante de montmorillonita.
En USA causan pérdidas anuales
de 2.3 billones de dólares, más que
terremotos, tornados, etc.

54. La expansibilidad está relacionada
con la capacidad de la arcilla de
encogerse e hincharse. En general
estos materiales requieren gran
cantidad de agua para cambiar de
sólido a líquido viscoso.

55. Estos suelos presentan problemas
cuando variaciones ambientales
causan cambios en el contenido de
humedad, produciendo cambios de
volumen.
El clima controla el comportamiento
al hacer variar el nivel de agua
subterránea.

56. En regiones muy húmedas o muy
secas puede no haber problemas
porque el NF se encuentra,
permanentemente, o muy alto o
muy bajo.

57. Suelos expansivos en pendiente
presentan un tipo de creep en el cual el
movimiento, paralelo a la pendiente, es el
resultado de un movimiento
perpendicular a la pendiente durante el
hinchamiento y paralelo a la gravedad
durante el resecamiento.
Drenaje pobre, heredado de una
topografía o por construcción, puede
causar acumulaciones locales de agua que
causen variaciones en la montmorillonita
y por lo tanto afectar la fundación.

58. Zona activa (de humedad del suelo)
Porción del perfil donde ocurren
variaciones estacionales en el contenido
de humedad.
Es importante porque es la profundidad
crítica para el hinchamiento que puede
afectar las fundaciones. Se investiga los
primeros 5 m y se monitorea en el largo
plazo.

59. Vegetación cerca de una fundación
puede determinar variaciones locales
en el contenido de humedad y afectar
fundaciones.
Autores aconsejan plantar árboles a
una distancia no menor que la 1/2 de
la altura que será alcanzada por el
árbol.

60. Suelos susceptibles a licuefacción
Arenas de baja densidad o limos
usualmente saturados.
Cuando son sujetos a vibraciones
(naturales o inducidas) el agregado
se densifica aumentando la presión
de poros con la correspondiente
disminución de la resistencia al
cizalle. El extremo es que τ=0 y por
lo tanto el suelo se comporta como
un fluido.

61. Suelos Colapsables
Suelos que disminuyen su volumen
bruscamente al estar saturados. En la
naturaleza éstos se encuentran secos o
parcialmente saturados hasta que
cambia su contenido de humedad.
Generalmente asociados con materiales
constituidos por arena fina, limo y
arcilla depositados a lo largo de la base
de los cerros en ambientes semiáridos.

62. Los suelos colapsables fueron
depositados en condiciones
metaestables que son inestables
cuando el suelo se satura. Se cree que
la estructura del suelo, cuando está
parcialmente saturada, está soportada
por la tensión superficial del agua
“colgada” en los contactos de los
granos y que la saturación del suelo
llena los espacios reduciendo la tensión
superficial a cero.

63. En suelos secos el agente sopotante
sería una placa orientada de arcilla. El
colapso ocurriría porque la saturación
suspendería la placa de arcilla.
Exceso de riego o ruptura de cañería es
suficiente para hacer colapsar el suelo.
Subsidencias

64. Arcillas sensitivas (“quick clays”)
Son arcillas que pierden su resistencia
al ser remoldeadas.
El mecanismo del colapso es aún
debatido. Se propone que el mecanismo
se debe al contacto metaestable de la
arcilla. Lo más reciente sugiere que la
arcilla correspondería a polvo de roca
unido por un cemento débil que puede
existir en estado sólido y líquido al
mismo contenido de humedad.

65. “Quick clay”
Es un sólido a bajas tasas de strain y
líquido a alta (shock).
Son sensibles al remoldeo sufriendo
pérdida de resistencia al cizalle por
daño en la estructura original.

66. p Piping: lavado de material granular
p Sal: oxidación del fierro, daño en
hormigón
p Capilaridad: retención de agua sobre el
N.F.
p Trabajabilidad: problemas con CH.
Problemas relacionados a suelos

67. Problema de las rx volcánicas
Las rocas volcánicas contienen vidrio
volcánico como un constituyente
principal. Este material reacciona con
los álcalis del cemento causando
quebraduras y severos daños
estructurales. Otros minerales
potencialmente reactivos son el ópalo,
zeolitas y yeso que pueden ocurrir
como amígdalas en rocas volcánicas.