Miguel Cano González

MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES

Tema 2 – Constitució i propietats físiques dels sòls

Dept. d'Enginyeria Civil - Àrea d'Enginyeria del Terreny

• Definició de sòl• Límits granulomètrics (USGS, en mm)

– Blocs > 200 mm– Cudols: 60 – 200– Graves: 2 – 60

• Gruixudes: 20 – 60• Mitjanes: 6 – 20• Fines: 2 – 6

– Arenes: 0.06 – 2• Gruixudes: 0.6 – 2• Mitjanes: 0.2 – 0.6• Fines: 0.06 – 0.2

– Llims: 0.002 – 0.06– Argiles: <0.002

Grui

xuts

Fins

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS

• Origen dels sòls

• Meteorització:

– Mecànica– Química– Biològica

• Transport

• Sedimentació

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS

• Origen dels sòls

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSElements constitutius del sòl:

• Sòl = Medi “trifàsic” = sòlid + buits = sòlid + aire + aigua• A vegades 4 fases sòlid + aigua + aire + gel

Aigua

Partícules

(esquelet sòlid)Aire

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSCoeficient d'esfericitat:Relació entre el volum de la partícula sòlida i el de la menor esfera circumscrita.

CE = Vpartícula / Vesfera circumscrita

CE ≈ 1 CE ≈ 0

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSTipus d'argiles i el seu interès geotècnic:

Silicats hidratats d'alumini (fil·losilicats: estructura en capes). Grandària de partícula inferior a 0.002 mm. Dues capes unides per oxígens 1 de tetraedres amb tres oxígens i

Si en el centre (substituït a voltes per Al+3) + 1 d'octaedres (substituït a voltes per Al+3, Fe+2 o Mg+2) (T-O)

Grups:

Caolinita:

Al4 Si4O10(OH)8 capa tetraèdrica ocupada per Si i octaèdrica per Al

Procedeix de la descomposició dels feldspats Sauló És l'argila més “arenosa” de totes. Càrrega neutra, encara que en presència d'aigua es

descompensa la càrrega. És la menys perillosa de totes les argiles.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS Montmorillonita:

Dues capes tetraèdriques i una d’octaèdrica intercalada (T-O-T). L'enllaç entre capes és molt feble, per la qual cosa pot intercalar-se

aigua (fins a 5 o 6 capes de molècules d'aigua) Molt susceptibles d'inflament i retracció.

És la més argilenca de les argiles Gran expansivitat.

Il·lita:

Dues capes tetraèdriques i una d’octaèdrica intercalada (T-O-T). L'enllaç entre capes és molt fort i està constituït per K +. no es pot

intercalar aigua. Les seues propietats són intermèdies entre la montmorillonita i la

caolinita.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSPropietats superficials de les partícules argilenques: La intensitat de la càrrega elèctrica de les argiles està directament

relacionada amb la superfície específica de la partícula. Caolinita: sup. esp. 10-20 m2/g menor camp elèctric Montmorillonita: sup. esp. 800 m2/g major camp elèctric

A causa del camp elèctric creat s'atrauen molècules d'aigua que formen dues capes en la proximitat de la superfície: Capa d'aigua adsorbida: Molècules fortament unides a la superfície de

l'argila, que li dóna una gran viscositat. Doble capa iònica: Està formada per anions de la superfície de la partícula i

cations presents a l'aigua (K+, Na+, Ca+2) que poden ser fàcilment intercanviats per altres cations a causa de l'enllaç feble.En funció d'aquesta propietat i de les forces d'atracció o repulsió entre partícules podem diferenciar:

+Estructura floculada (atracció) castell de naips a causa de càrregues locals que uneixen vores contra cares. ↑ índex de buits.

+Estructura dispersa (repulsió) vores i cares tenen càrregues iguals es repel·leixen. ↓ índex de buits, ↓ resistència al tall

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSL'aigua en el sòl:

Aigua

Partícules (esquelet sòlid)

Aire

Sòl saturat Sòl semisaturat Sòl sec

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSL'aigua en el sòl

Aigua situada per damunt del nivell freàtic: Aigua higroscòpica o de constitució: envolta als grans.

Retinguda per forces d'atracció (enllaços químics) de les partícules de sòl. “Aigua combinada químicament”

Aigua adsorbida: Fixada per forces d'atracció elèctrica. Aigua capil·lar: Aigua que ascendeix des de la capa freàtica per

capil·laritat i se suspèn per tensió superficial. Aigua infiltrada: Transició de l'aigua de pluja en aigua freàtica.

Aigua freàtica: Es mou lliurement entre les partícules i ompli tots els porus. La seua superfície és el Nivell Freàtic (=pressió atmosfèrica). Diferents disposicions del nivell freàtic: Aigua freàtica lliure, suspesa o penjada, artesiana.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS

Aigua freàtica

Aigua capil·lar

Nivell freàtic

Aigua infiltradaAigua adsorbida

Aigua capil·lar

Aigua higroscòpica

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSEfecte de l'aigua adsorbida en les argiles

• La força d'atracció entre partícules que exerceix l'aigua adsorbida no és constant.

• Força major com més pròximes estiguen les partícules argiles preconsolidades.

• Les capes d'aigua fina exerceixen forces d'atracció molt grans gran curvatura dels meniscos

• Disminució progressiva de la cohesió per humidificació.• A esforços tallants constants i xicotets fluència viscosa.• A alteracions de l'orientació de les partícules brusques (moment

polar de l'aigua), restabliment més o menys complet de l'estructura.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSL'aire en el sòl

• El gas que emplena els buits de sòl = aire + vapor d'aigua• Els sòls orgànics aire procedent de la descomposició.• En sòls semisaturats, el comportament mecànic del sòl, en funció

del grau de saturació, depèn de la microestructura de les tres fases: – Tipus A: ↓ Grad. saturació: fase gasosa contínua i meniscos adherits als

grans de sòl– Tipus B: ↑ Grad. saturació: fase líquida contínua en part de la mostra i

en la resta fase contínua del gas.– Tipus C: Grad. saturació creixent: la fase líquida passa a ser contínua i

la gasosa discontínua (bambolles)– Tipus D: Fase gasosa discontínua (bambolles). Típica de sediments

marins i sòls amb activitat orgànica.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSAptitud dels sòls com a terreny de fonamentació• Sòls granulars:

– Bon terreny de fonamentació si la compacitat és mitjana o alta i n’hi ha suficient potència.

– No resisteix traccions, però la resistència al tall és bona a certa profunditat

– Sotmesos a càrregues estàtiques, pocs assentaments.– Sotmesos a càrregues dinàmiques, possibilitat de grans assentaments.– Susceptibles de patir fluïdització sota el nivell freàtic.

• Sòls cohesius:– La consistència i la capacitat portant depenen de la humitat.– Evitar saturació i dessecació.– Assentaments grans i lents (estructura floculada)– El seu comportament està condicionat pel contingut de llims i argiles:

• Molt cohesius: ↑fins. Absorbeixen aigua amb dificultat i l'expulsen lentament.• Poc cohesius: ↓fins. Consistència molt variable amb la humitat. S’ablaneixen

fàcilment. (p. e.: llims, loess, terres i argiles blanes).• Sòls orgànics:

– Manquen de resistència.

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSL'estratificació del terreny– Influència decisiva sobre l'estabilitat de les obres i l'estat de l'aigua

freàtica.– L'estratificació pot ser: paral·lela, en falques i en llenties.

– Per a fonaments s'ha de definir:– Espessor de l'estrat resistent– Uniformitat de l'estratificació– Inclinació (cabussament) dels estrats

Potència Espessors no uniformes

Cabussament

Lliscament de blocs a favor del cabussament

CONSTITUCIÓ DELS SÒLS

Exemple de lliscament a favor de l'estratificació?

CONSTITUCIÓ DELS SÒLSL'homogeneïtat del terreny

– Un estrat mai és un medi homogeni.– Les propietats presenten variacions.– Els valors emprats en els càlculs són valors “mitjans”

estadístics, amb les seues corresponents “dispersions” (p. e.: mitjana ± desviació estàndard).

– Tipus de variacions:– Horitzontal: És aleatòria i sempre presenta dispersió.– Vertical: Les propietats canvien amb la profunditat.