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Introducción - SuelosTamaño de las partículas, minerales arcillosos.
Densidad. Análisis granulométrico. Suelos colapsables
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Ing. NELSON RAMOS P.
GEOTECNIA(SEMANA 01)
Ciudad Universitaria Huancayo, Septiembre del 2015
Origen de los suelos
Los suelos tienen su origen en los macizos
rococós preexistentes que constituyen la roca
madre, sometida a la acción ambiental
disgregadora de la erosión en sus tres facetas,
siendo física, química y biológica como factores
influyentes.
Origen de los suelos
Tamaño de Partículas
Todos los suelos tienen partículas de tamaño
variable, es decir que dentro de la parte sólida de
los suelos, hay partículas de distinto tamaño.
Esto conduce de inmediato al análisis de la
composición granulométrica, es decir, qué
clasificación de tamaño de granos existe dentro
de una masa de suelo para ver si ese análisis
tiene alguna significación en las propiedades del
suelo.
Tamaño de Partículas
Para estudiar un material complejo como el suelo
(con diferentes tamaños de particula y
composición quimica) es necesario seguir una
metodología con definiciones y sistemas de
evaluación de propiedades.
Asi se han clasificado los suelos en cuatro
grandes grupos en función de su granulometría
(Norma D.I.N., A.S.T.M., etc.)
Tamaño de Partículas
Gravas, con tamaño de grano entre unos 8-10
cm y 2 mm; se caracterizan porque los granos se
pueden observar directamente, no retiene el
agua, por la inactividad de su superficie y los
grandes huecos existentes entre partículas.
Arenas, con partículas comprendidas entre 2 y
0,060 mm, todavía son observables a simple
vista. Cuando se mezclan con el agua no se
forman agregados continuos, sino que se de ella
con facilidad.
Tamaño de Partículas
Limos, con tamaño de grano entre unos 0.060 y
0.002 mm; retinen el agua mejor que los
tamaños superiores. Si se forma una pasta agua-
limo y se coloca sobre la mano, al golpear con la
mano se ve como el agua se exhuda con
facilidad.
Arcillas, con partículas comprendidas entre
tamaños inferiores 0.002 mm, se trata de
partículas tamaño gel y se necesita que haya
habido transformaciones químicas para llegar a
estos tamaños. (ejemplo los silicatos).
Tamaño de Partículas
Tamaño de Partículas
Así también como resultado del proceso de
formación geológica una determinada ordenación
de partículas o lo que es lo mismo, un variado
tamaño de partículas como de su estructura,
caracterizada por una serie de orientaciones
preferenciales tanto desde el punto de vista
geométrico (distribución en el espacio), como
tensional (transmisión de tensiones).
Tamaño de Partículas
Desde el PUNTO DE VISTA MINERALÓGICO, engloba a
un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos
en su mayor parte, cuyas propiedades fisico-químicas
dependen de su ESTRUCTURA Y DE SU TAMAÑO DE
GRANO, (muy fino, inferior a 2 μm).
Desde el PUNTO DE VISTA PETROLÓGICO la arcilla es
una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de
origen detrítico, con características bien definidas. Para un
sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que
abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2
μm.
Minerales Arcillosos
SU TAMAÑO DE PARTÍCULA EXTREMADAMENTE
PEQUEÑO ( < 2 mm)
MORFOLOGÍA LAMINAR (FILOSILICATOS)
Estructura general de los filosilicatos
La unidad formada por una lámina mas la interlámina se
denomina unidad estructural. Los términos plano, capa, lámina
y unidad estructural tienen unos significados precisos y definen
partes cada vez mayores de la disposición laminar.
Minerales Arcillosos
Estructura de la montmorillonita.
Espacio interlaminar
Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son más débiles que las existentes
entre los iones de una misma lámina, por ese motivo todos los filosilicatos tienen una clara
dirección de exfoliación, paralela a las láminas. Además algunos de ellos (esmectitas, cloritas
hinchables, vermiculitas hinchables) son capaces de incluir cationes hidratados, agua y
distintos líquidos polares en su espacio interlaminar, dando lugar a una mayor separación de
las capas (aumento de su espaciado reticular) y por tanto hinchamiento.
Minerales Arcillosos
LA ABSORCIÓN DE AGUA EN EL ESPACIO INTERLAMINAR TIENE COMO CONSECUENCIA
LA SEPARACIÓN DE LAS LÁMINAS DANDO LUGAR AL HINCHAMIENTO.
A MEDIDA QUE SE INTERCALAN CAPAS DE AGUA Y LA SEPARACIÓN ENTRE LAS
LÁMINAS AUMENTA, LAS FUERZAS QUE PREDOMINAN SON DE REPULSIÓN
ELECTROSTÁTICA ENTRE LÁMINAS, LO QUE CONTRIBUYE A QUE EL PROCESO DE
HINCHAMIENTO PUEDA LLEGAR A DISOCIAR COMPLETAMENTE UNAS LÁMINAS DE
OTRAS.
+ H+ H22OO
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++ ++
++ ++
InteracciInteraccióón de partn de partíículas de arcilla con aguaculas de arcilla con agua
Arcilla secaArcilla seca
HinchamientoHinchamiento
INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS DE
ARCILLA CON AGUA. HINCHAMIENTO.
Cationes intercambiablesCationes intercambiables
+ H+ H22OO
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SuspensiSuspensióón coloidaln coloidal
ViscosidadViscosidadPlasticidadPlasticidad
DISOCIACIÓN COMPLETA
DE LAS LÁMINAS.
Minerales Arcillosos
Superficie de suelo agrietada por perdida de agua,
donde arcillas como la montmorillonita se contraen
LA CARACTERÍSTICA FÍSICA MÁS SIGNIFICATIVA DE LAS
ARCILLAS ES LA PLASTICIDAD, QUE ES LA CAPACIDAD
DE DEFORMARSE ANTE UN ESFUERZO MECÁNICO, SIN
QUE SE PRODUZCA AGRIETAMIENTO, CONSERVANDO LA
DEFORMACIÓN AL RETIRARSE LA CARGA.
EN LAS ARCILLAS DEPENDE FUNDAMENTALMENTE DEL CONTENIDO DE AGUA,
SI ESTÁ SECA NO ES PLÁSTICA, SE DISGREGA, Y CON EXCESO DE AGUA SE
SEPARAN LAS LÁMINAS. CUANDO ESTA CONVENIENTEMENTE HUMEDECIDA
PUEDE ADOPTAR CUALQUIER FORMA. ESTA PROPIEDAD SE DEBE A QUE EL
AGUA FORMA UNA “ENVOLTURA” SOBRE LAS PARTÍCULAS LAMINARES,
PRODUCIENDO UN EFECTO LUBRICANTE QUE FACILITA EL DESLIZAMIENTO DE
UNAS PARTÍCULAS SOBRE OTRAS CUANDO SE EJERCE UN ESFUERZO SOBRE
ELLAS.
Minerales Arcillosos
LAS ARCILLAS DE ACUERDO AL GRADO DE PLASTICIDAD SE CLASIFICAN
EN MAGRAS Y GRASAS
ARCILLAS GRASAS SON LAS QUE POSEEN UNA GRAN PLASTICIDAD,
INCLUSO PARA PEQUEÑAS HUMEDADES. PRESENTAN EN SU
CONSTITUCIÓN UNA GRAN CONCENTRACIÓN DE MINERALES
ARCILLOSOS Y UNA BAJA CONCENTRACIÓN EN ARENAS SILÍCEAS. SE
MOLDEAN CON FACILIDAD, PERO SU GRAN ADHERENCIA IMPIDE EL
DESMOLDEO CORRECTO DEL PRODUCTO MOLDEADO
ARCILLAS MAGRAS SON LAS POSEEN UNA BAJA PLASTICIDAD.
ESTA PLASTICIDAD SE PUEDE AUMENTAR CON HIDRÓXIDO, CARBONATO
O SILICATO SÓDICO, CON CAL, OXALATO Y HUMUS
LA MISMA SE PUEDE REDUCIR CON LA UTILIZACIÓN DE DESGRASANTES.
Minerales Arcillosos
Suelos arenosos y arcillosos
Los suelos arenosos se denominan suelos
sueltos. Se caracterizan por tener una elevada
permeabilidad al agua y por tanto una escasa
retención de agua y de nutrientes.
Los suelos arcillosos se denominan suelos
pesados o fuertes. Presentan baja permeabilidad
al agua y elevada retención de agua y de
nutrientes.
Suelos arenosos y arcillosos
La densidad del suelo
En el suelo se consideran dos tipos de densidad:
densidad aparente y densidad real.
Densidad aparente (da): es la masa contenida en
una unidad de volumen de una muestra de suelo tal
y como es, incluyendo e volumen ocupado por los
poros. Para determinarla, se divide el peso de un
determinado volumen de tierra secada a estufa por
ese volumen de suelo, y se expresa el resultado en
kg/m³
Densidad real
La densidad real (dr) es la densidad de las partículas
sólidas del suelo. Se determina dividiendo el peso
del suelo secado a estufa por el volumen que ocupan
los sólidos.
La densidad real de los suelos minerales más
comunes varía de 2.500 a 2.700 kg/m³.
La densidad aparente de los suelos varía según la
textura y estructura entre los 1.100 y los 1.900 kg/m³.
Análisis Granulométrico
Tamaño de las partículas que conforman la muestra
de suelo
Análisis Granulométrico
EQUIPO MÍNIMO PARA
DETERMINAR LOS
TAMAÑOS DE LAS
PARTÍCULAS
Tamiz o malla
Balanza
Análisis Granulométrico
Análisis Granulométrico
Malla 3”
Malla N° 4
Malla N° 200
Análisis Granulométrico
Análisis Granulométrico
La Malla 3”, tiene aberturas
cuadradas de 3” de lado.
La Malla Nº4, presenta 4
aberturas cuadradas en 1”
pulgada lineal
La muestra obtenida en el campo y en estado seco
es el 100% de la muestra para el ensayo.
Esta muestra se lava por la malla Nº200 y se seca en
el horno a 110ºC.
Esto quiere decir que los finos se han perdido en el
lavado.
La Malla Nº200, presenta
200 Aberturas cuadradas
en 1” pulgada lineal
Análisis Granulométrico
Análisis Granulométrico
Material lavado por la malla Nº200 y secado al
horno.
Mediante agitación y pequeños golpeteos se
tamiza la muestra.
Se registran los pesos retenidos en cada una de
las mallas.
Análisis Granulométrico
Análisis Granulométrico
Suelos colapsables
Características de estos suelos: Al contacto con el
agua cambios bruscos en su volumen por efecto del
lavado de sus cementantes (sales), debidos al
reacomodo de sus partículas.
Cuando el material cementante constituye gran parte
de la matriz del suelo, el proceso de lixiviación
también genera grandes reducciones de su volumen.
Suelos colapsables
Estos se encuentran en las regiones áridas y
semiáridas. Los depósitos eólicos, coluviales,
residuales, tufos volcánicos pueden ser colapsables.
En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos en
la ciudad de la Antonia Moreno de Caceres.
En otros departamentos a nivel Nacional: Arequipa,
Majes y Moquegua.
Localización de los suelos colapsables
Estos se encuentran en las regiones áridas y
semiáridas. Los depósitos eólicos, coluviales,
residuales, tufos volcánicos pueden ser colapsables.
En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos en
la ciudad de la Antonia Moreno de Caceres.
En otros departamentos a nivel Nacional: Arequipa,
Majes y Moquegua.
Evaluación del Potencial de Colapso
En Campo:
Ensayos de carga directa con saturación
En Laboratorio:
Ensayos de colapso
Vista de un material
gravoso colapsable en la
Joya (Fernandez, E - 1996)
Vista de un material gravoso colapsable en la Joya
(Fernandez, E - 1996)
Alternativas de solución
Generación del colapso por saturación.
Impermeabilización de suelos.
Evitar la construcción de jardines, diseñando
jardines.
Estabilización del terreno mediante procesos
físicos y químicos.
Alternativas de solución
Compactación Dinámica.
Técnicas de vibrosustitucion con gravas.
Inyecciones de impregnación de compactación,
etc.
Técnicas de vibración por explosivos.
Suelos orgánicos y turbas
Definición: Son de suelos que debido a su gran
compresibidad y bajo esfuerzo cortante conduce a serios
problemas de inestabilidad y asentamientos.
Características:
Alto contenido de humedad
Alta relación de vacíos
Contenido de materia orgánica
Métodos de Identificación
Ensayos de campo:
- SPT, nos permite determinar si el suelo esta suelto,
semicompactado o compacto.
- Densidad natural ”in situ“ y densidad relativa.
- Cono Peck.
- Metodos Geofisicos.
- Con equipos de penetración ligera.
Mejoramiento de Suelos
- Compactación dinámica
- Técnicas de vibrofrotación
- Técnicas de vibrosustitución con grava.
- Inyecciones de impregnación, de compactación, etc.
- Técnicas de vibración por medio de explosivos.
TECNICAS DE
VIBROSUSTITUCION
Mejoramiento del terreno por el método de
compactación dinámica
Fenómeno de Licuación
Perdida de Capacidad Portante
Licuación de suelos, Nigata Japón Sismo del 1964
Licuación de suelos, Kobe Japón Sismo del 1995
Licuación de suelos, Chimbote Perú Sismo del 1970
Licuación de suelos, Chimbote Perú Sismo del 1970
Licuación de suelos,
Moyobamba Perú
Sismo del 1990
Licuación de suelos, Arequipa Peru
GRACIAS …