Instituto Tecnolgico de Nogales

ndice

1.-Origen y formacin de los suelos.21.1.- Principales tipos de suelos..41.1.1.- Suelos residuales y transportados...4

2.- Importancia de la mecnica de suelos en la ingeniera civil.7

3.- Arcillas..83.1.- Tipos de estructuras...83.2.- Tipos de arcillas ..9

Bibliografa...11

1.-Origen y formacin de los suelosSuelo es un trmino del que se hacen uso diferentes profesantes. La interpretacin vara de acuerdo con sus respectivos intereses. Para el Agrnomo, por ejemplo, la palabra se aplica a la parte superficial de la corteza capaz de sustentar vida vegetal, siendo esta interpretacin demasiado restringida para el ingeniero. Para el Gelogo es todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de materia orgnica cerca de la superficie; esta definicin peca de parcial en ingeniera, al no tener en cuenta los materiales transportados no intemperizados posteriormente a su transporte.Para los fines de esta obra, la palabra suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidas dela definicin las rocas sanas, gneas o metamrficas y los depsitos sedimentarios altamente cementados, que no ablanden o desintegren rpidamente por accin de la intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecnico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo.Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegracin y/o alteracin fsica y/o qumica de las rocas y de los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan.Entre los agentes fsicos que producen cambios en las rocas figuran el sol, el agua, el viento y los glaciares. Al actuar sobre las rocas, el sol calienta ms su exterior que su interior, provocando diferencias de expansin que generan esfuerzos muy fuertes, los cuales dan como resultados un rompimiento de la capa superficial y el desprendimiento de la misma, este proceso es conocido como exfoliacin y cambia de carcter en diferentes localidades, a distintas alturas sobre el nivel del mar y en la diversas pocas de cada ao, y con cada tipo de roca. Los cambios de temperatura producen ms efecto en las rocas duras como las gneas (granito, andesita, riolita) que en las rocas blandas como las sedimentarias (caliza, travertino, dolomita), especialmente cuando aqullas son de grano grueso y se componen de diversos minerales, cuyos coeficientes de dilatacin difieren mucho unos de otros. El agua en movimiento es un importante elemento de erosin, al arrastrar los fragmentos angulosos de las rocas y provocar la friccin de unos con otros, hacindolos redondeados como los cantos rodados de los ros. El agua tambin deja sentir sus efectos cuando, en forma de lluvia, cae en las superficies ptreas, llena sus cavidades, abre grietas y tiende a llenas los espacios huecos de las rocas; si entonces se congela, ejerce fuerte poder de fracturacin en la roca que la encierra, y se produce la desintegracin en un corto periodo de tiempo. El impacto directo del agua sobre las rocas, como el que provoca el oleaje, tambin causa de erosin de las mismas. El viento tambin contribuye a la erosin del suelo, cuando arrastra arenas, como el caso de los mdanos y los loess (suelos elicos).Los taludes de suelos arenosos tambin son afectados por la accin del viento, que, al golpearlos continuamente, desprende las partculas y luego las acarrea.Los glaciares que son depsitos de hielos en las altas montaas, ejercen una gran accin abrasiva y de transporte de los materiales de la superficie de la tierra, siendo diferentes los efectos sobre la topografa si es gracias de montaa, que desciende por el barranco que rellena, o glaciar continental, que rebasa las montaas y colma los valles.A pesar de que los agente fsicos son de mucha importancia en la formacin de los suelos, ellos no son capaces de reducir los fragmentos rocosos a tamaos individuales a menos de 0.01mm. La desintegracin a tamaos menores a 0.01mm slo puede efectuarse por procesos qumicos.Si el material arrastrado por los glaciares est cementado con suelos producto de la descomposicin qumica de las rocas, y sobre todo si han sido comprimidos por la accin del hielo en los siguientes periodos de glaciacin, el suelo glacial resultante se llama hardpan y es muy resistente.De los agentes qumicos podemos mencionar como principales la oxidacin, la carbonatacin y la hidratacin. La oxidacin es la reaccin qumica que puede ocurrir en las rocas al recibir el agua de lluvia, ya que el oxgeno del aire, en presencia de humedad, reacciona qumicamente producindose el fenmeno de oxidacin, principalmente si las rocas contienen hierro, como se puede observar por el color rojizo de algunas afloraciones. La carbonatacin es el ataque que el cido carbnico [anhdrido carbnico (CO2) y el agua (H2O)] efecta sobre las rocas que contienen fierro, calcio, magnesio, sodio o potasio. As, las rocas gneas, que en su mayora contienen dichos elementos, pueden ser descompuestas de esa manera. Como ejemplo de este ataque se puede mencionar la carbonatacin de la ortoclasa (feldespato potsico perteneciente a las rocas gneas extrusivas y generalmente de color rosado) con la produccin de la arcilla denominada caolinita. Las calizas son muy atacables por el cido carbnico, formndoles cavernas por disolucin. La hidratacin es la accin y efecto de combinar un cuerpo con agua para formar hidratos, o sea compuestos qumicos que contienen agua en combinacin. El agua se absorbe y se combina qumicamente formando nuevos minerales.La accin de los agentes de intemperismo antes mencionados se conoce ms comnmente en el medio ingenieril como meteorizacin y alteracin que dan origen a los suelos inorgnicos. La meteorizacin se refiere nicamente a los cambios superficiales que sufren las rocas debido a la accin de los agentes atmosfricos, y la alteracin designa los cambios internos de las rocas que se presentan en forma de hidratacin y motivan que se formen nuevos minerales dentro de la masa ptrea, conservando su individualidad y su identificacin geolgica.1.1.- Principales tipos de suelosDe acuerdo con el origen de sus elementos (aspecto que ya se ha desglosado en la definicin), los suelos se dividen en dos amplio grupos: suelos cuyo origen se debe a la descomposicin fsica y/o qumica de las rocas, o sea los suelos inorgnicos, y los suelos cuyo origen es principalmente orgnico.Si en los suelos inorgnicos el producto del intemperismo de las rocas permanece en el sitio donde se form, da origen a un suelo residual; en caso contrario, forman un suelo transportado, cualquiera que haya sido el agente transportador (por gravedad: talus; agua: aluviales o lacustres; por viento: elicos; por glaciares: deposito glaciales).En cuanto a los suelos orgnicos, ellos se forman casi siempre in situ. Muchas veces la cantidad de material orgnica, ya sea en forma de humus o de materia no descompuesta, o su estado de descomposicin, es alta con relacin a la cantidad de suelo inorgnico que las propiedades que pudieran derivar de la porcin mineral quedan eliminadas. Esto es muy comn en las zonas pantanosas, en las cuales los restos de vegetacin acutica llegan a formar verdaderos depsitos de gran espesor, conocidos con el nombre genrico de turbas. Se caracterizan por su color negro o caf oscuro, por su poco peso cuando estn secos y su gran compresibilidad y porosidad. La turba es el primer paso de la conversin de la materia vegetal en carbn.1.1.1.- Suelos residuales y transportadosLos productos del ataque de los agentes de intemperismo pueden quedar en el lugar, directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando as origen a suelos llamados residuales. Pero esos productos pueden ser removidos del lugar de formacin, por los mismos agentes geolgicos y redepositados en otra zona. As se generan suelos que sobre yacen sobre otros estratos sin relacin directa con ellos; a estos suelos de les denomina transportados.Existen en la naturaleza numerosos agentes de transporte, de los cuales pueden citarse principalmente los glaciares, el viento, los ros y corrientes de agua superficial, los mares y las fuerzas de gravedad; estos factores actan a menudo combinndose.La combinacin del escurrimiento de aguas en las laderas de colinas y montes y de las fuerzas del campo gravitacional, forma los depsitos de talud, en las faldas de las elevaciones; estos depsitos suelen ser heterogneos, sueltos y predominantemente formado por materiales gruesos.El escurrimiento de torrentes produce arrastre de materiales de gran tamao (mayor a velocidades crecientes en el agua), que se depositan en forma graduada a lo largo de su curso, correspondiendo los materiales ms finos a las zonas planas de los valles.Los ros acarrean materiales de muy diversas graduaciones, depositndolos a lo largo de su perfil, segn vari la velocidad de su curso; al ir disminuyendo esta, la capacidad de acarreo. De esta manera el rio transporta y deposita suelos segn sus tamaos decrecientes, correspondiendo las partculas ms finas (limos y arcillas) a depsitos prximos a su desembocadura.Los depsitos lacustres son generalmente de grano muy fino, a causa de la pequea velocidad con que las aguas fluyen en los lagos.Los depsitos marinos (formados por el mar) suelen ser estratificados, reflejando muchas veces las caractersticas de las costas que los mares baen.Los depsitos glaciares estn formados por suelo heterogneos, que van desde grandes bloques, hasta materiales muy finamente graduados, a causa de las grandes presiones desarrolladas y de la abrasin producida por el movimiento de las masas de hielo.Los vientos pueden arrastrar partculas cuyo tamao puede variar desde el del limo hasta el de las arenas gruesas; estos arrastres pueden hacer que las partculas se depositen a muchos kilmetros de su lugar de origen. Dos tipos principales de suelo deben su formacin al arrastre de viento: el loess y los mdanos. El loess puede definirse como un depsito elico, constituido por una mezcla uniforme de arenas finas cuarzosas, algo feldespticas y limos, estructurado en forma abierta y algo cohesiva. Esta cohesin suele atribuirse a la presencia de carbonatos de calcio solubles, en los que se ha querido ver un elemento cementante; sin embargo, investigaciones recientes parecen indicar que tales carbonatos estn contenidos en granos aislados, que no pueden proporcionar cementacin a la masa y, por lo tanto, parece que esta cementacin debe atribuirse a la existencia de pelculas arcillas envolviendo los granos depositados.Los mdanos son aglomeraciones de arena suelta, que fue arrastrada por el viento a poca altura y que se vio detenida por algn obstculo natural e la superficie del terreno. Suelen estar formados por arenas cuarzosas uniformes, con algo de mica.En general, un suelo transportado queda descrito por un perfil estratigrfico, que resalte la secuencia de colocacin y el espesor de sus estratos.En lo que respecta a los suelos residuales, existen dos conceptos que juegan un papel muy importante. Son estos el perfil de meteorizacin y el conjunto de estructuras heredadas. El primero es la secuencia de materiales con diferentes propiedades, que se ha formado en el lugar donde se le encuentra y que sobre yace a la roca no meteorizada. Se forma, tanto por el ataque mecnico como por descomposicin qumica, y puede vara considerablemente de un punto a otro, sobre todo por variaciones locales en el tipo y estructura de la roca, topografa, condiciones de erosin, rgimen de aguas subterrneas y clima.Las estructuras heredadas consisten en diaclasas, exfoliaciones, juntas, grietas, fallas y otros efectos estructurales que muestra el suelo como herencia de los que tena la roca original. Su influencia es tal que frecuentemente las propiedades mecnicas de una muestra intacta del material no pueden considerarse en absoluto representativas de las propiedades del conjunto.Un suelo residual queda descrito por estos dos conceptos.

2.- Importancia de la mecnica de suelos en la ingeniera civilToda obra civil tiene que ser asentada sobre un lugar fsico y ese lugar fsico tiene sus propiedades, y por ms bien realizado que este el plano de la obra, por mejor que sea la estructura, por ms resistente, sino se conoce ese lugar donde se colocara lo mnimo que puede causar es acortar en tiempo de vida de la misma, o que la misma obra sea inutilizable. El suelo tiene muchas propiedades, que pueden ayudar o perjudicar nuestra obra, si el suelo tiene propiedades firmes, nuestra estructura tal vez no tenga que tener tanto reforzamiento, lo que har que el costo del proyecto baje, pero si el suelo talvez tiene propiedades inestables y carece de firmeza, la estructura tiene que ser reforzada y combatir los problemas del suelo, eso elevara el costo de proyecto, pero la obra ser segura, ms sin embargo si no se considera la mecnica de suelos y no se analiza el suelo, nuestra obra estar en grande riesgo.

3.- ArcillasSe da el nombre de arcilla a las partculas slidas con dimetro menos de 0.005mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plsticas al ser mezclada con agua. Qumicamente es un silicato de almina hidratado. Aunque en no pocas ocasiones contiene tambin silicatos de hierro o de magnesio hidratados. La estructura de estos minerales es, generalmente, cristalina y complicada, y sus tomos estn dispuestos en forma laminar.De hecho se puede decir que hay dos tipos clsicos de tales lminas: uno de ellos del tipo silicato y el otro del tipo aluminico.3.1.- Tipos de estructurasUna lmina del tipo silcico se encuentra formada por un tomo de silicio rodeado de cuatro tomos de oxigeno de silicio rodeado de cuatro tomos de oxigeno (figura 1.2a), arreglndose el conjunto en forma de tetraedro (figura 1.2b). Estos tetraedros se agrupan entre si formando una unidad hexagonal, la cual se repite indefinidamente constituyendo una retcula laminar (figura 1.2c). La unin entre cada dos tetraedros se lleva a cabo mediantemente un mismo tomo de oxgeno. Algunas entidades consideran como arcillas a las partculas menores a 0.002mm.

Una lmina de tipo aluminico est formada por un tomo de aluminio rodeado de seis tomos de oxgeno y de oxgeno e hidrogeno (figura 1.2d) arreglndose el conjunto en forma de octaedro (figura 1.2e), los cuales se agrupan entre s mediante un tomo comn de oxgeno, repitindose la formacin indefinidamente y dado como resultado una retcula laminar aluminica (figura 1.2f).

3.2.- Tipos de arcillas De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcilla de pueden clasificar en tres grupo bsicos, que son: El caolinitico (del nombre chino Kau-ling), que procede de la carbonatacin de la ortoclasa (feldespato potsico). Las arcillas caoliniticas (figura 1.3) estn formadas por una lmina silcica y una lmina aluminica superpuestas de manera indefinida y con una unin tal entre sus retculas que no permiten la penetracin de molculas de agua entre ellas, pue producen una capa electrnicamente neutral, lo que induce, desde luego, a que estas arcillas sean bastante estables en presencia del agua.

El montmorilonitico (que debe su nombre a Montmorrilln, Francia), al cual pertenecen las bentonitas, se forman por la superposicin indefinida de una lmina aluminica entre dos laminas silicaticas, pero con una unin dbil entre sus retculas, lo que hace que el agua pueda penetrar en su estructura con facilidad. Estas arcillas sufren fuerte expansin (figura 1.4) en concreto con agua, lo que provoca inestabilidad en ella.

El ilitico (que debe su nombre a Illinois, E.U.A.), producto de la hidratacin de la micas y que presentan un arreglo reticular similar al de las montmoriloniticas, pero con la tendencia a formar grumos por la presencia de iones de potasio, lo que reduce el rea expuesta al agua, razn por la cual no son tan expansivas como las arcillas montmoriloniticas.

En general, arcillas, ya sean caoliniticas, montmoriloniticas o iliticas, son plsticas, se contraen al secarse, presentan marcada cohesin segn su humedad, son compresibles y al aplicrseles una carga en su superficie se comprimen lentamente. Otra caracterstica interesante, desde el punto de vista de la construccin, es que la resistencia perdida por el remoldeo se recupera parcialmente con el tiempo. Este fenmeno se conoce con el nombre de tixotropa y es de naturaleza fsico-qumica. Se puede decir que un contenido mnimo del 15% de arcillas en un suelo le dar a este las propiedades de la arcilla.

BibliografaBadillo, J. (2005). Mecanica de suelo. Ciudad de Mxico: Limosa.Villalaz, C. (2004). Mecanica de suelos y cimentaciones 5a ed. Mxico: Limusa.

11Serrano Arce Alexis G.