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 …