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GEOTECNIA AO 2015
APUNTES DE
CTEDRA
Ministerio de Cultura y Educacin
Universidad Tecnolgica Nacional
Facultad Regional San Rafael
APUNTES DE GEOTECNIA 2014
Ing. MsC. Juan Guillermo Daz
Ministerio de Cultura y Educacin
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NDICE GENERAL
UNIDAD N 1 - MINERALES Y ROCAS
MINERALES Y ROCAS - CLASIFICACIN ........................................................................... 4
MINERALES .......................................................................................................................... 4
Definicin de mineral ........................................................................................................... 4
Clasificacin de los minerales .............................................................................................. 4
Identificacin de los minerales ............................................................................................. 5
Minerales que con ms frecuencia se presentan en las rocas ................................................. 8
ROCAS ................................................................................................................................. 10
Definicin de roca .............................................................................................................. 10
El Ciclo de las Rocas ......................................................................................................... 10
Rocas gneas ...................................................................................................................... 12
Rocas sedimentarias ........................................................................................................... 21
Rocas metamrficas ........................................................................................................... 26
PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS ............................................................. 28
Factores que afectan la descomposicin ............................................................................. 29
LOS SUELOS ........................................................................................................................... 30
DEFINICIN. ....................................................................................................................... 30
CLASIFICACIN SEGN EL ORIGEN .............................................................................. 30
TRANSPORTE DE SUELOS DESCOMPUESTOS .............................................................. 30
Suelos residuales ................................................................................................................ 30
Suelos Transportados ......................................................................................................... 30
SUELOS MS COMUNES ................................................................................................... 31
TAMAO Y FORMA DE LAS PARTCULAS DEL SUELO .............................................. 33
PROPIEDADES DE LOS SUELOS FORMADOS POR FRACCIONES MUY FINAS ......... 34
Composicin Mineralgica ................................................................................................ 34
Caractersticas de los principales Minerales Arcillosos ....................................................... 35
Agua Adsorbida e Intercambio Catinico ........................................................................... 36
ANLISIS MECNICO O GRANULOMTRICO DE LOS SUELOS ................................. 40
Representacin Abreviada de la Granulometra. ................................................................. 40
AGREGADOS DE SUELO ................................................................................................... 41
POROSIDAD - CONTENIDO DE HUMEDAD PESO UNITARIO ................................... 42
Relaciones de fase .............................................................................................................. 42
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Relacin de vacos, e .......................................................................................................... 44
DIAGRAMA DE FASE UNITARIO ..................................................................................... 50
CONSISTENCIA Y SENSIBILIDAD DE LAS ARCILLAS .................................................. 51
Consistencia de los suelos amasados .................................................................................. 53
CARTA DE PLASTICIDAD ................................................................................................. 54
CLASIFICACIN DE LOS SUELOS ....................................................................................... 55
IMPORTANCIA PRCTICA DE LA CLASIFICACIN DE LOS SUELOS ........................ 55
CARACTERSTICAS DE LAS PARTCULAS .................................................................... 56
ANLISIS GRANULOMTRICO ........................................................................................ 56
SISTEMA DE CLASIFICACIN HRB (HIGHWAY RESEARCH BOARD) O AASHTO ... 58
ASTM D3282 IRAM 10521 ................................................................................................ 58
Clasificacin de suelos del sistema ..................................................................................... 58
Cmputo del ndice de Grupo ............................................................................................ 59
UNIDAD N 2 - CONDUCTIVIDAD HIDRULICA
PERMEABILIDAD CONDUCTIVIDAD HIDRULICA ...................................................... 64
FORMAS DE CAPTACIN DEL AGUA EN LA NATURALEZA .......................................... 64
PROCEDENCIA DEL AGUA EN EL TERRENO ................................................................ 64
NIVEL FRETICO ............................................................................................................... 64
NIVEL PIEZOMTRICO ..................................................................................................... 64
CONCEPTO DE ACUFERO ................................................................................................ 65
CLASIFICACIN DEL AGUA PRESENTE EN SUELOS ................................................... 66
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO ..................................................................................... 67
ALGUNAS DEFINICIONES ECUACIN DE FLUJO DE DARCY ...................................... 67
MOVIMIENTO DEL FLUIDO EN EL SUELO. ................................................................... 67
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL MOVIMIENTO DE UN FLUIDO NO
COMPRESIBLE 67
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL VALOR DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
DEL SUELO. ........................................................................................................................ 70
RELACIN DE VACOS .................................................................................................. 70
TEMPERATURA DEL AGUA ......................................................................................... 70
ESTRUCTURA Y ESTRATIFICACIN ........................................................................... 70
AGUJEROS Y FISURAS .................................................................................................. 71
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TAMAO DE PARTCULAS ........................................................................................... 71
AIRE ENCERRADO Y MATERIALES EXTRAOS EN LOS VACOS ......................... 71
PERMEABILIDAD EN SUELOS GRANULARES .............................................................. 71
INFLUENCIA DEL LQUIDO CIRCULANTE EN LA PERMEABILIDAD DE SUELOS
FINOS ............................................................................................................................... 72
PERMEABILIDAD DE LAS ARCILLAS BLANDAS .......................................................... 73
ENSAYOS DE PERMEABILIDAD EN LABORATORIO .................................................... 74
PERMEABILIDAD EN MASAS ESTRATIFICADAS DE SUELO ...................................... 76
PRESIN NEUTRA NEGATIVA EN EL SUELO ................................................................ 79
CAPILARIDAD Y SUCCIN ........................................................................................... 79
GENERALIDADES DE SUELOS CONGELADOS ................................................................. 81
LEVANTAMIENTO POR CONGELAMIENTO .................................................................. 81
PERMEABILIDAD IN SITU .................................................................................................... 83
FLUJO HACIA UN NICO POZO ....................................................................................... 84
TENSIN EFECTIVA TENSIN NEUTRA GRADIENTE HIDRULICO CRTICO ...... 86
ESFUERZOS EN UN SUELO SATURADO CON INFILTRACIN ................................... 87
INFILTRACIN ASCENDENTE ........................................................................................ 87
INFILTRACIN DESCENDENTE ...................................................................................... 90
INFILTRACIN ....................................................................................................................... 90
ECUACIN DE CONTINUIDAD DE LAPLACE ............................................................ 91
CLCULO DE LA INFILTRACIN EN UNA RED DE FLUJO .......................................... 93
Gradiente hidrulico ............................................................................................................... 94
Licuacin esttica, Levantamiento, Ebullicin y Tubificacin ................................................ 94
Gradiente hidrulico crtico .................................................................................................... 95
Distribucin de la presin neutra ............................................................................................ 95
Fuerzas ascendentes ............................................................................................................... 96
CONSTRUCCIN DE LA RED DE FILTRACIN .............................................................. 96
LA FILTRACIN EN SUELOS CON ANISOTROPA TRANSVERSAL ........................ 98
DRENAJES ............................................................................................................................. 100
MTODOS DE CONTROL DEL AGUA SUBTERRNEA ............................................... 100
FACTORES QUE TIENEN INFLUENCIA EN LA ELECCIN DEL TIPO DE DRENAJE 100
MTODOS DE DRENAJE .................................................................................................. 101
POZOS SUPERFICIALES, ZANJAS Y TRINCHERAS DRENANTES .......................... 101
SISTEMA DE PUNTERAS FILTRANTES (WELL POINT) ....................................... 101
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MTODO DE DRENAJE POR POZOS PROFUNDOS CON EMPLEO DE INYECTORES
......................................................................................................................................... 102
POZOS PROFUNDOS CON BOMBAS DE EJE VERTICAL ......................................... 103
POZOS DE SANGRA O DRENES VERTICALES DE CONEXIN ............................. 103
ELECTROSMOSIS ...................................................................................................... 103
DRENAJE POR DESECACIN ...................................................................................... 103
RESUMEN SOBRE LOS MTODOS DE DRENAJE ..................................................... 105
FILTROS ............................................................................................................................. 106
BIBLIOGRAFA ................................................................................................................. 107
UNIDAD N 3 - COMPRESIBILIDAD TENSIONES
COMPRESIBILIDAD EN ESTRATOS CONFINADOS DE SUELOS. ..................................112
INTRODUCCIN. ................................................................................................................112
PRUEBA DE CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL EN LABORATORIO. ....................113
COMPRESIBILIDAD DE MINERALES TRITURADOS Y DE SUELOS AMASADOS. ......113
ARENAS INALTERADAS. ..................................................................................................115
ARCILLAS INALTERADAS NO SENSITIVAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS. .....115
ARCILLAS INALTERADAS PRECONSOLIDADAS. ..........................................................118
RELACIN DE PRECONSOLIDACIN (OCR)...................................................................121
RESUMEN DE LOS MTODOS PARA DETERMINAR LA COMPRESIBILIDAD DE
ESTRATOS NATURALES DE ARCILLA. ...........................................................................122
VALORES TPICOS DE LOS PARMETROS DE ASENTAMIENTO POR
CONSOLIDACIN Y RELACIONES EMPRICAS..............................................................123
CONSOLIDACIN DE CAPAS DE ARCILLA. ...................................................................123
TEORA DE LA CONSOLIDACIN. ...................................................................................125
FORMA EN QUE SE PRODUCE LA CONSOLIDACIN. ...................................................125
CLCULO DE LA VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN. ..................................................127
CLCULO DEL COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD cv.............................................131
MTODO DEL LOGARITMO DEL TIEMPO. .....................................................................131
MTODO DE LA RAZ CUADRADA DEL TIEMPO. .........................................................131
VALORES TPICOS DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN......................................132
PRE COMPRESIN. .............................................................................................................133
DRENES DE ARENA. ..........................................................................................................134
DRENES DE FRANJAS O FAJAS. .......................................................................................134
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RESUMEN DE CONSOLIDACIN. .....................................................................................135
TENSIONES Y DEFORMACIONES.....................................................................................135
TENSIONES Y DEFORMACIONES NORMALES. ..............................................................135
DEFORMACIONES VOLUMTRICAS. ..............................................................................135
TENSIONES Y DEFORMACIONES DE CORTE. ................................................................136
RESPUESTA DEL MATERIAL A LAS CARGAS Y DESCARGAS NORMALES. ..............136
RESPUESTA DEL MATERIAL A LAS FUERZAS DE CORTE. ..........................................139
SUPERFICIE DE FLUENCIA. ..............................................................................................139
LEY DE HOOKE. .................................................................................................................140
ESTADO GENERAL DE TENSIONES. ................................................................................140
ESFUERZOS DEBIDOS A CARGAS APLICADAS. ............................................................141
CARGA PUNTUAL VERTICAL. .........................................................................................142
CARGAS UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDAS SOBRE UNA FRANJA INFINITA. ..........144
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA SOBRE UN REA RECTANGULAR. .........144
CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA SOBRE UN REA CIRCULAR. ..................145
DIAGRAMA DE INFLUENCIA DE NEWMARK.................................................................145
CLCULO APROXIMADO DEL INCREMENTO DEL ESFUERZO VERTICAL. ..............146
BULBOS DE ESFUERZOS. ..................................................................................................147
BIBLIOGRAFA ...................................................................................................................148
UNIDAD N 4 - CONDICIONES DE ROTURA DE LOS SUELOS
CONDICIONES DE ROTURA DE LOS SUELOS .................................................................. 152
RESPUESTAS TPICAS DE LOS SUELOS A LAS FUERZAS CORTANTES ................... 152
Efectos del incremento en la tensin normal efectiva............................................................. 155
Efecto de la relacin de preconsolidacin .............................................................................. 157
Efecto del drenaje en los excesos de presin neutra ............................................................... 157
Efecto de la Cohesin ........................................................................................................... 158
Efecto de la tensin del suelo .................................................................................................................. 159
Efecto de la Cementacin...................................................................................................... 159
CUATRO MODELOS PARA INTERPRETAR LA RESPUESTA AL CORTE DE LOS SUELOS
................................................................................................................................................. 160
Criterio de rotura de Coulomb ............................................................................................... 160
Criterio de rotura de Taylor ................................................................................................... 165
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Criterio de rotura de Mohr Coulomb ..................................................................................... 166
Criterio de rotura de Tresca ................................................................................................... 168
IMPLICANCIAS PRCTICAS DE LOS CRITERIOS DE ROTURA .................................. 169
INTERPRETACIN DE LA RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS ..................... 171
DETERMINACIN EN LABORATORIO DE LOS PARMETROS DE RESISTENCIA AL
CORTE..174
Ensayo simple para determinar el ngulo de friccin de suelos de grano grueso limpios ........ 174
PRUEBA DE CORTE DIRECTO (ASTM D3080 - IRAM 10534) ....................................... 174
PRUEBA TRIAXIAL DE CORTE ....................................................................................... 179
PRUEBA CONSOLIDADA DRENADA (CD) ................................................................. 181
PRUEBA CONSOLIDADA NO DRENADA (CU) .......................................................... 184
PRUEBA NO CONSOLIDADA NO DRENADA (UU) .................................................... 188
TIPOS DE ROTURA EN LAS MUESTRAS DE ENSAYOS DE COMPRESIN
TRIAXIAL.189
VENTAJAS DEL ENSAYO TRIAXIAL .......................................................................... 190
PRUEBA DE COMPRESIN SIMPLE SOBRE ARCILLA SATURADA (UC) .................. 190
USO DE LOS DISTINTOS ENSAYOS ............................................................................ 192
ENSAYOS DE CAMPO ....................................................................................................... 193
Ensayo de corte de paleta (VST) ....................................................................................... 193
Ensayo de penetracin estndar (SPT)............................................................................... 194
Ensayo de penetracin de cono (CPT) ............................................................................... 194
RELACIONES EMPRICAS PARA LOS PARMETROS DE RESISTENCIA AL CORTE
............................................................................................................................................. 195
RESUMEN .......................................................................................................................... 196
LICUACIN DE SUELOS ..................................................................................................... 197
SUELOS MS SUSCEPTIBLES A LICUAR. .................................................................... 197
BIBLIOGRAFA ................................................................................................................. 198
UNIDAD N 5 - TEORA DEL ESTADO CRTICO
FUNDAMENTOS DE LA TEORA DEL ESTADO CRTICO (TEC) ................................................... 201
INVARIANTES DE TENSIONES Y DEFORMACIONES ................................................................ 201
Tensiones medias........................................................................................................................... 201
Tensiones desviadora o tensin de corte ......................................................................................... 201
Deformaciones volumtricas .......................................................................................................... 202
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Deformaciones de corte, distorsionales o desviadoras ..................................................................... 202
Condicin axisimtrica, 2 = 3 2 = 3; 2 = 3 ........................................................................ 202
Deformacin plana, 2 = 0 .............................................................................................................. 202
Ley de Hooke utilizando invariantes de tensiones y deformaciones ................................................. 203
CAMINOS DE TENSIONES ............................................................................................................. 203
Conceptos Bsicos .................................................................................................................................... 203
Dibujando Trayectorias de tensiones usando los invariantes de tensin................................................ 204
Grfico de trayectoria de tensiones usando parmetros de tensin bidimensionales ......................... 209
CONCEPTO DE MODELO DE ESTADO CRTICO (CSM) ............................................................. 210
CONCEPTOS BSICOS ................................................................................................................... 213
Grficos paramtricos .................................................................................................................... 213
Superficie de rotura ....................................................................................................................... 215
Plastificacin del suelo .................................................................................................................. 216
ESTADO CRTICO RESISTENCIA DE LOS SUELOS ................................................................. 217
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS EN LOS ENSAYOS DE CORTE ................................ 217
ESTADOS PICO, LTIMO Y RESIDUAL ....................................................................................... 219
Prediccin del comportamiento de los suelos normalmente consolidados y levemente preconsolidados bajo condiciones drenadas .............................................................................................................. 220
Prediccin del comportamiento de suelos normalmente consolidados o ligeramente preconsolidados
bajo condiciones de carga no drenadas ........................................................................................... 223
Prediccin del comportamiento de suelos fuertemente preconsolidados bajo condiciones de carga drenada y no drenada ................................................................................................................................ 226
Prediccin del comportamiento de los suelos de grano grueso utilizando el CSM ............................ 229
Fronteras del Estado Crtico ........................................................................................................... 229
Cambios de volumen y exceso de presiones neutras ....................................................................... 230
Efectos de las trayectorias en tensiones totales y efectivas .............................................................. 230
ELEMENTOS DEL MODELO DE ESTADO CRTICO .................................................................... 231
Superficie de fluencia .................................................................................................................... 231
Parmetros del Estado Crtico ........................................................................................................ 232
BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................... 234
UNIDAD N 6 - CONDICIONES RESISTENTES DE LOS SUELOS
MEJORAMIENTO DE LAS CONDICIONES RESISTENTES DE LOS SUELOS .................. 237
COMPACTACIN; PRINCIPIOS GENERALES ................................................................ 237
PRUEBA PROCTOR ESTNDAR ...................................................................................... 238
EFECTOS DEL TIPO DE SUELO ....................................................................................... 239
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EFECTO DEL ESFUERZO DE COMPACTACIN ............................................................ 240
PRUEBA PROCTOR MODIFICADA .................................................................................. 241
ESTRUCTURA DEL SUELO COMPACTADO. ................................................................. 241
BENEFICIOS DE LA COMPACTACIN DE SUELOS ...................................................... 242
CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS Y EQUIPOS DE COMPACTACIN ............................... 243
COMPACTACIN EN CAMPO .......................................................................................... 243
COMPACTADOR DE RODILLOS DE RUEDAS LISAS ................................................ 244
COMPACTADORES NEUMTICOS ............................................................................. 244
COMPACTADOR PATA DE CABRA (SHEEPS FOOT) ............................................. 244
COMPACTADORES LISOS VIBRANTES. ...........................................................................244
COMPACTADORES NEUMTICOS VIBRANTES ....................................................... 244
COMPACTADORES DE IMPACTO ............................................................................... 245
USO DE LOS RODILLOS SEGN LAS CARACTERSTICAS DE LOS SUELOS............ 245
SELECCIN DEL TIPO DE MQUINA EN FUNCIN DEL TIPO DE SUELO SEGN LA
CLASIFICACIN AASHTO (Rutland y Dujisin, 1974 ) .................................................... 245
INDICACIONES PARA SELECCIONAR EL EQUIPO DE COMPACTACIN ................. 245
OTROS FACTORES A CONSIDERAR EN CAMPO. ..................................................... 246
TERRAPLENES DE PRUEBA ........................................................................................ 246
ESPECIFICACIONES PARA COMPACTACIN EN CAMPO .......................................... 248
DETERMINACIN DEL PESO ESPECFICO DE CAMPO DESPUS DE .. LA
COMPACTACIN ....... 249
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 250
UNIDAD N 7 - EXPLORACIN DE SUELOS
EXPLORACIN DE SUELOS ................................................................................................. 253
PROGRAMA DE EXPLORACIN DEL SUBSUELO ......................................................... 253
Recoleccin de la Informacin Preliminar .......................................................................... 253
Reconocimiento ................................................................................................................. 253
Investigacin del Sitio ........................................................................................................................... 254
EXCAVACIONES EXPLORATORIAS, PERFORACIN Y MUESTREO ......................... 255
PROCEDIMIENTOS PARA EL MUESTREO DE SUELOS .................................................... 258
MUESTRAS INALTERADAS ............................................................................................. 259
Muestreo con tubo sacamuestras de media caa. ................................................................ 259
Cucharn raspador ............................................................................................................. 261
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Tubo de Pared Delgada ...................................................................................................... 261
Muestreador de Pistn ....................................................................................................... 262
Observacin de los niveles de agua .................................................................................... 262
PRUEBAS Y ENSAYOS IN SITU ........................................................................................... 264
ENSAYO SPT. (NORMA ASTM D 1586) ............................................................................ 265
Aplicaciones del SPT ......................................................................................................... 266
ENSAYOS DE CARGA POR PLACA - PRUEBA DE CARGA (ASTM D1194) ................. 268
ENSAYO DE PALETA (VANE TEST) (ASTM D 2573)...................................................... 269
PRUEBA DE PENETRACIN DE CONO ........................................................................... 272
PRUEBA DEL PRESURMETRO O PRESIMETRO (PMT) ASTM D4719 ................... 273
PRUEBA DEL DILATMETRO ......................................................................................... 273
EXTRACCIN DE NCLEOS DE ROCA .......................................................................... 274
MTODOS GEOFSICOS ........................................................................................................ 275
INFORME DE LA EXPLORACIN DEL SUELO .................................................................. 277
BIBLIOGRAFA................................................................................................................... 278
UNIDAD N 8 EMPUJES
EMPUJE DE SUELOS ............................................................................................................. 281
HIPTESIS FUNDAMENTALES ........................................................................................ 281
ESTADOS DE EQUILIBRIO PLSTICO ............................................................................ 283
Conceptos Fundamentales ................................................................................................. 283
Estados locales de equilibrio plstico ................................................................................. 285
TEORA DE RANKINE DEL EMPUJE DE LAS TIERRAS ................................................ 289
Empuje contra muros de sostenimiento .............................................................................. 289
Empuje activo de suelos sin cohesin. Muro de paramento vertical liso.............................. 289
Empuje activo en el caso de arena parcialmente sumergida que soporta una sobrecarga
uniforme..290
Empuje activo de suelos cohesivos. Muro de paramento interno vertical liso ...................... 291
Empuje pasivo de los suelos cohesivos. Muros de paramento interno vertical liso............. 293
INFLUENCIA DE LA RUGOSIDAD DEL MURO EN LA FORMA DE LA SUPERFICIE DE
DESLIZAMIENTO. .............................................................................................................. 294
CONCLUSIONES DE LA TEORA DE RANKINE ............................................................. 296
COEFICIENTES DE EMPUJE EN REPOSO PARA DISTINTOS TIPOS DE SUELOS ...... 297
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LA TEORA DE COULOMB DEL EMPUJE ACTIVO CONTRA MUROS DE
SOSTENIMIENTO ..298
INTRODUCCIN ................................................................................................................ 298
TEORA DE COULOMB ..................................................................................................... 298
CONSTRUCCIN GRFICA DE CULMANN .................................................................... 299
EMPUJE PRODUCIDO POR UNA CARGA LINEAL ............................................................. 303
PUNTO DE APLICACIN DEL EMPUJE ........................................................................... 306
EMPUJE PASIVO EN EL CASO DE SUPERFICIES DE CONTACTO RUGOSAS ............ 307
Definicin ......................................................................................................................... 307
Teora de Coulomb del empuje pasivo de las arenas ........................................................... 308
Empuje pasivo en el caso de suelos cohesivos .................................................................... 309
TIPOS DE MUROS DE RETENCIN Y MODOS DE ROTURA ........................................ 313
EMPUJE DE TIERRAS CONTRA ENTIBACIONES A CIELO ABIERTO ............................. 315
CONDICIONES DE DEFORMACIN IMPUESTAS POR LA ENTIBACIN ................... 317
EXCAVACIONES EN ARENA SECA O EN ARENA DRENADA ..................................... 318
EXCAVACIONES EN ARCILLA SATURADA. ...................................................................... 319
BIBLIOGRAFA................................................................................................................... 320
UNIDAD N 9 - CIMENTACIONES SUPERFICIALES
CIMENTACIONES SUPERFICIALES .................................................................................... 322
INTRODUCCIN ................................................................................................................ 322
CAPACIDAD DE CARGA DE ZAPATAS DE FUNDACIN POCO PROFUNDAS ......... 322
Definiciones ..................................................................................................................... 322
Hiptesis fundamentales ................................................................................................... 323
Mecanismos de rotura o falla ............................................................................................ 324
ESTADOS DE EQUILIBRIO PLSTICO ORIGINADOS EN EL SUELO
SITUADO DEBAJO DE ZAPATAS CONTINUAS ............................................................. 325
MTODOS APROXIMADOS PARA CALCULAR LA CAPACIDAD DE CARGA
DE ZAPATAS CONTINUAS .............................................................................................. 327
COMPARACIN DE LOS EFECTOS QUE TIENEN LOS TRMINOS EN LA
FORMULA DE CAPACIDAD DE CARGA ........................................................................ 328
FACTORES DE CORRECCIN DE CAPACIDAD DE CARGA ....................................... 329
CAPACIDAD DE CARGA DE ZAPATAS DE LONGITUD FINITA ................................. 329
EL FACTOR DE SEGURIDAD ........................................................................................... 330
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ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES ............................................ 330
TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE CIMENTACIONES .................................................... 330
ASENTAMIENTO INMEDIATO. ....................................................................................... 331
ASENTAMIENTO INMEDIATO DE CIMENTACIONES SOBRE ARCILLA
SATURADA............................................................................................................................. 331
RANGO DE LOS PARMETROS DEL MATERIAL PARA CALCULAR EL
ASENTAMIENTO INMEDIATO. ......332
PRUEBA DE PLACA EN CAMPO. .................................................................................... 333
CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE ............................................................................ 334
ASENTAMIENTO TOLERABLE EN EDIFICIOS .............................................................. 334
ASENTAMIENTOS LMITES TOTALES .......................................................................... 335
PRESIONES DE CONTACTO ................................................................................................ 336
PRESIONES DE CONTACTO EN LA BASE DE ZAPATAS RGIDAS ............................. 336
DEFINICIN DE REACCIN DE LA SUBRASANTE ...................................................... 337
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 340
UNIDAD N 10 - CIMENTACIONES PROFUNDAS CIMENTACIONES PROFUNDAS .......................................................................................... 343
CIMENTACIONES CON PILOTES ..................................................................................... 343
Necesidad de las cimentaciones con pilotes........................................................................ 343
TIPOS DE PILOTES Y SUS CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES ............................ 344
Pilotes de acero ................................................................................................................. 344
Pilotes de hormign ........................................................................................................... 345
Pilotes de madera. .............................................................................................................. 347
Comparacin de los diversos tipos de pilotes ..................................................................... 348
ESTIMACIN DE LA LONGITUD DE UN PILOTE .......................................................... 349
Pilotes de punta. ................................................................................................................ 349
Pilotes de friccin .............................................................................................................. 350
INSTALACIN DE LOS PILOTES ..................................................................................... 350
MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA ........................................................... 351
ECUACIONES PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTES ................ 353
Capacidad de carga de un pilote de punta, QP .................................................................... 353
Capacidad de carga de un pilote por friccin, QS ................................................................ 353
Capacidad de carga admisible de los pilotes ....................................................................... 354
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FRMULAS PARA EL HINCADO DE PILOTES ............................................................... 354
PRUEBA DE CARGA EN PILOTES .................................................................................... 355
PILOTES SOMETIDOS A SOLICITACIONES ESPECIALES ............................................ 356
Friccin negativa en pilotes ............................................................................................... 356
Cargas laterales ................................................................................................................. 357
Empujes laterales transmitidos a travs del terreno ............................................................. 358
BIBLIOGRAFA................................................................................................................... 358
UNIDAD N 11 - CIMENTACIONES EN SUELOS ESPECIALES CIMENTACIONES SUELOS ESPECIALES ........................................................................... 361
INTRODUCCIN ................................................................................................................ 361
SUELOS COLAPSABLES ................................................................................................... 361
DEFINICIN Y TIPOS DE SUELOS COLASABLES ..................................................... 361
PARMETROS FSICOS DE IDENTIFICACIN ........................................................... 362
DISEO DE FUNDACIONES EN SUELOS NO SUCEPTIBLES A HUMEDECERSE ....... 364
DISEO DE CIMENTACIONES EN SUELOS SUSCEPTIBLES A LA HUMEDAD ......... 364
SUELOS EXPANSIVOS ...................................................................................................... 364
GENERALIDADES .......................................................................................................... 364
IDENTIFICACIN DE UN SUELO POTENCIALMENTE EXPANSIVO ........................... 365
IDENTIFICACIN MINERALGICA ............................................................................ 366
DETERMINACIN DE CIERTAS PROPIEDADES BSICAS DE LOS SUELOS ......... 366
MEDICIN DE LA EXPANSIN EN LABORATORIO ................................................. 369
CONSIDERACIONES DE CIMENTACIN PARA SUELOS EXPANSIVOS ................. 370
CONSTRUCCIN SOBRE SUELOS EXPANSIVOS....................................................... 371
SUELOS ERODABLES ........................................................................................................ 371
GENERALIDADES .......................................................................................................... 371
SUELOS DISPERSIVOS ...................................................................................................... 372
GENERALIDADES .......................................................................................................... 372
BIBLIOGRAFA................................................................................................................... 376
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UNIDAD N 12 - TALUDES
NECESIDAD DE SU ESTUDIO .............................................................................................. 380
ESTABILIDAD DE TALUDES ................................................................................................ 380
DEFINICIN ........................................................................................................................ 380
NOMENCLATURA DE LOS PROCESOS DE MOVIMIENTO ........................................... 381
TIPOS DE ROTURA DE UN TALUD .................................................................................. 383
Clasificacin de los movimientos en masa ......................................................................... 383
FACTOR DE SEGURIDAD ................................................................................................. 393
MODELOS DE DESLIZAMIENTO ..................................................................................... 394
MTODOS DE CLCULO .................................................................................................. 395
Equilibrio Lmite ............................................................................................................... 396
Taludes en arena seca sin cohesin .................................................................................... 397
Caractersticas generales de los deslizamientos en suelos cohesivos homogneos ............... 397
Propsito de los clculos de estabilidad .............................................................................. 398
Clculo de la resistencia al corte partiendo de los datos que se obtienen de deslizamientos
ocurridos ........................................................................................................................... 398
Procedimiento para determinar la estabilidad de taludes ..................................................... 399
Taludes en arcilla blanda.................................................................................................... 400
Taludes en suelos con cohesin y friccin interna ................................................................... 401
Mtodo de tablas o nmero de estabilidad .......................................................................... 402
Mtodo del talud infinito ................................................................................................... 408
Mtodo del bloque deslizante............................................................................................. 409
Mtodo Ordinario o de Fellenius ........................................................................................ 410
Mtodo de Bishop ............................................................................................................. 411
Mtodo de Janb ........................................................................................................................ 412
Comparacin de los diversos mtodos ......................................................................... 412
PREVENCIN, ESTABILIZACIN Y DISEO ................................................................. 412
Prevencin......................................................................................................................... 412
Elusin de la Amenaza ...................................................................................................... 413
Control .............................................................................................................................. 413
Estabilizacin .................................................................................................................... 414
SISTEMAS DE MONITOREO Y CONTROL ...................................................................... 416
Introduccin ...................................................................................................................... 416
Objetivo ........................................................................................................................... 416
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Condiciones de aplicacin ................................................................................................ 417
Mtodos empleados .......................................................................................................... 417
Sistemas de Alarmas ......................................................................................................... 419
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 420
UNIDAD N 13 - PRESAS DE TIERRA Y MINERAS
OBJETIVO ........................................................................................................................... 424
PRESAS DE EMBALSE....................................................................................................... 424
INTRODUCCIN ................................................................................................................ 424
IMPORTANCIA TCNICA, ECONMICA Y SOCIAL ..................................................... 424
EFECTOS AMBIENTALES Y SOCIALES .......................................................................... 424
CONCEPTO SOBRE SEGURIDAD ..................................................................................... 425
OBSERVACIN Y VIGILANCIA ....................................................................................... 425
TIPOS DE PRESAS .............................................................................................................. 426
MATERIALES SUELTOS, TANTO DE TIERRA O ESCOLLERA ..................................... 426
FUERZAS ACTUANTES ..................................................................................................... 436
ESTUDIOS PREVIOS .......................................................................................................... 436
PLANTEAMIENTO GENERAL DE LOS EFECTOS DE UN EMBALSE ........................... 437
EFECTOS POSITIVOS DIRECTOS: ................................................................................... 437
EFECTOS NEGATIVOS: ..................................................................................................... 437
EFECTOS TRMICOS EN EL EMBALSE .......................................................................... 437
FINES DE LOS APROVECHAMIENTOS ........................................................................... 438
FACTORES FSICOS QUE INTERVIENEN EN LA ELECCIN DE TIPO DE PRESA.... 439
TOPOGRFICOS................................................................................................................. 439
GEOLOGA Y CONDICIONES DE CIMIENTOS ............................................................... 439
MATERIALES DISPONIBLES ............................................................................................ 439
DIMENSIONES Y EMPLAZAMIENTO DEL ALIVIADERO ............................................. 440
FACTORES DE DESARROLLO Y CONOCIMIENTOS TECNOLGICOS....................... 440
SUELOS PARA TERRAPLENES ........................................................................................ 440
EXPLORACIN DE SUPERFICIE ...................................................................................... 440
SUELOS FLUVIALES ......................................................................................................... 440
ALUVIONES TORRENCIALES .......................................................................................... 441
DEPSITOS GLACIARES .................................................................................................. 441
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DEPSITOS MORNICOS ................................................................................................. 441
DEPSITO ELICOS .......................................................................................................... 441
DEPSITOS DE SUELOS RESIDUALES ........................................................................... 441
CIMENTACIN DE PRESAS DE TIERRA ......................................................................... 442
PRESAS HOMOGNEAS .................................................................................................... 442
PRESAS DE PANTALLA .................................................................................................... 442
PRESAS HETEROGNEAS ................................................................................................ 442
TIPOS DE CIMIENTOS ....................................................................................................... 443
CIMIENTOS EN ROCAS ..................................................................................................... 443
CIMIENTOS EN ARENA Y GRAVAS ................................................................................ 443
METODOS DE TRATAMIENTO DE LOS CIMIENTOS DE ARENA Y GRAVA ............. 443
ESPALDONES ..................................................................................................................... 444
COMPROBACIN DE LA ESTABILIDAD ........................................................................ 444
MATERIALES PARA ESPALDONES................................................................................. 445
FISURACIN DE NCLEOS .............................................................................................. 446
FISURAS TRANSVERSALES ............................................................................................. 446
PRESAS DE RESIDUOS MINEROS E INDUSTRIALES.................................................... 446
RESIDUOS ESTRILES ...................................................................................................... 447
RESIDUOS MINEROS E INDUSTRIALES PELIGROSOS ................................................ 447
PRESAS MINERAS ............................................................................................................. 448
COMPARACIN DE VOLUMEN ....................................................................................... 451
COMPARACIN ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS DE DIQUES MINEROS .................... 452
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 452
UNIDAD N 14 - MATERIALES DE USO GEOTCNICO
GAVIONES COLCHONES Y SACOS .............................................................................. 455
GAVIONES .......................................................................................................................... 455
USOS .................................................................................................................................... 455
COLCHONES....................................................................................................................... 457
GAVIONES SACO ............................................................................................................... 457
TIERRA ARMADA .............................................................................................................. 458
GEOSINTTICOS ................................................................................................................ 462
FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS GEOSINTTICOS.................................................. 462
GEOTEXTILES .................................................................................................................... 463
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GEOMALLA O GEOGRILLA ............................................................................................. 470
GEOMEMBRANAS ............................................................................................................. 471
GEODREN O GEOCOMPUESTOS DRENANTES ............................................................. 472
GEOCELDAS ....................................................................................................................... 473
GEOMANTAS O BIOMANTAS .......................................................................................... 474
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 474
I.
INTRODUCCIN
CARPETA DE TEORA
GEOTCNIA 2015
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INTRODUCCIN La Geotecnia tiene como objetivo el estudio del comportamiento y caractersticas particulares y generales de las rocas y suelos, ante el desarrollo de obras de ingeniera civil inmersas en estos elementos, para observar, diagnosticar, prevenir, enfrentar y resolver el o los problemas geotcnicos en la construccin de grandes obras, por ejemplo: vas terrestres, presas, edificaciones, tneles, terraplenes, etc., sobre la base del anlisis cientfico e interdisciplinario de dichos problemas en una determinada obra civil. En la Geotecnia confluyen tres grandes ramas de las ciencias ingenieriles como la Mecnica de Suelos, que estudia la profundizacin en el conocimiento de teoras y tcnicas para su aplicacin prctica en los proyectos geotcnicos, donde en el fenmeno se analizan sus posibles factores desde diversas perspectivas, comprendiendo: exploracin y muestreo de suelos, estabilidad de taludes en suelos, empuje de tierras y elementos de retencin, terraplenes en suelos blandos, compactacin y propiedades de materiales compactados e instrumentacin en suelos y estructuras trreas; la Mecnica de Rocas, que estudia la aplicacin de las teoras de la mecnica de rocas en la resolucin de problemas geotcnicos prcticos, analizando las pruebas de campo y laboratorios, tratamiento de macizos rocosos, anlisis y diseo de obras en macizos rocosos e instrumentacin; y, por ltimo la Ingeniera Geolgica que, vincula a las dos primeras ramas, estudia la aplicacin de los conocimientos fundamentales de la geologa en la resolucin de problemas civiles para el diseo y construccin de proyectos geotcnicos, el rea de inters comprende la importancia de la geologa en obras civiles, estratigrafa y estructuras geolgicas, exploracin y muestreo, caracterizacin de macizos rocosos, clasificaciones geomecnicas y solucin de problemas geotcnicos. El planeamiento, ejecucin, desarrollo, economa y funcionalidad de cualquier obra de ingeniera civil dependern en gran parte de los recursos intelectuales que el geotecnista posea y aplique en su tarea profesional. La Geotecnia involucra de manera importante, tambin, los estudios socioeconmicos y de impacto ambiental, que se incorporan a los anlisis geotcnicos para convertir a esta disciplina en algo mucho ms amplio. En definitiva si se acepta, que el proyecto es el arte de tomar decisiones adecuadas para un problema dado, los aportes de esta disciplina, pueden ampliar el abanico de respuestas anta las decisiones que el profesional debe tomar. Este apunte tiene la intencin de guiar al alumno en el desarrollo de la ctedra, sin por eso dejar de lado la necesaria concurrencia a libros de cabecera en la materia. Agradezco al Lic. Serguio Dieguez y al Ing. Consultor Aldo Jos Liseno la inestimable colaboracin en la parte de Rocas y Presas.
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UNIDAD N 1
APUNTES DE CLASE
GEOTECNIA 2015
Rocas y Minerales - Rocas gneas sedimentarias y metamrficas. Anlisis granulomtrico. Parmetros caractersticos. Sistemas de Clasificacin.
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Contenido
MINERALES Y ROCAS - CLASIFICACIN ............................................................................ 4
MINERALES ........................................................................................................................... 4
Definicin de mineral ........................................................................................................... 4
Clasificacin de los minerales ............................................................................................... 4
Identificacin de los minerales. ............................................................................................. 5
Minerales que con ms frecuencia se presentan en las rocas.- ................................................ 8
ROCAS .................................................................................................................................. 10
Definicin de roca............................................................................................................... 10
El Ciclo de las Rocas .......................................................................................................... 10
Rocas gneas ....................................................................................................................... 12
Rocas sedimentarias ............................................................................................................ 21
Rocas metamrficas. ........................................................................................................... 26
PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS.- ........................................................... 28
Factores que afectan la descomposicin .............................................................................. 29
LOS SUELOS ............................................................................................................................ 30
DEFINICIN. ........................................................................................................................ 30
CLASIFICACIN SEGN EL ORIGEN ............................................................................... 30
TRANSPORTE DE SUELOS DESCOMPUESTOS ............................................................... 30
Suelos residuales................................................................................................................. 30
SuelosTransportados ........................................................................................................... 30
SUELOS MS COMUNES ................................................................................................... 31
TAMAO Y FORMA DE LAS PARTCULAS DEL SUELO ............................................... 33
PROPIEDADES DE LOS SUELOS FORMADOS POR FRACCIONES MUY FINAS ......... 34
Composicin Mineralgica. ................................................................................................ 34
Caractersitcas de los principales Minerales Arcillosos. ....................................................... 35
Agua Adsorbida e Intercambio Catinico. ........................................................................... 36
ANLISIS MECNICO O GRANULOMTRICO DE LOS SUELOS ................................. 40
Representacin Abreviada de la Granulometra. .................................................................. 40
AGREGADOS DE SUELO .................................................................................................... 41
POROSIDAD - CONTENIDO DE HUMEDAD PESO UNITARIO .................................... 42
Relaciones de fase............................................................................................................... 42
Relacin de vacos, e .......................................................................................................... 44
DIAGRAMA DE FASE UNITARIO ...................................................................................... 50
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CONSISTENCIA Y SENSIBILIDAD DE LAS ARCILLAS .................................................. 51
Consistencia de los suelos amasados ................................................................................... 53
CARTA DE PLASTICIDAD .................................................................................................. 54
CLASIFICACIN DE LOS SUELOS ........................................................................................ 55
IMPORTANCIA PRCTICA DE LA CLASIFICACIN DE LOS SUELOS: ....................... 55
CARACTERSTICAS DE LAS PARTCULAS ..................................................................... 56
ANLISIS GRANULOMTRICO ........................................................................................ 56
SISTEMA DE CLASIFICACIN HRB (HIGHWAY RESEARCH BOARD) O AASHTO ... 58
ASTM D3282 IRAM 10521 ................................................................................................ 58
Clasificacin de suelos del sistema: .................................................................................... 58
Cmputo del Indice de Grupo ............................................................................................. 59
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MINERALES Y ROCAS - CLASIFICACIN
MINERALES
DEFINICIN DE MINERAL
Mineral: Es un slido con una composicin qumica definida y una estructura atmica ordenada,
formado por un proceso inorgnico. La composicin qumica de un mineral es muy importante, ya
que de ella dependen en gran medida las propiedades del mismo, sin embargo tales propiedades
tambin dependen de la disposicin geomtrica de los tomos que los constituyen. Esto se ve
reflejado en la clasificacin de los minerales, basados no solo en la composicin qumica, en
funcin del anin o grupo aninico dominante (sulfuros, haluros, silicatos, etc.), sino adems en la
estructura interna. Todos los minerales, salvo algunas excepciones poseen la distribucin interna
ordenada caracterstica del estado slido, y cuando las condiciones son favorables (espacio
suficiente, tiempo de enfriamiento, disponibilidad de fundido, etc.), ese orden interno puede estar
reflejado externamente con el desarrollo de caras planas y pulidas, formando cristales.
Cristal de pirita Cristal de cuarzo
La distribucin de los minerales est directamente relacionada con la abundancia y distribucin de
los elementos en la corteza terrestre. Solo 8 elementos representan el 99% de las rocas que
constituyen la corteza terrestre (Tabla 1).Obsrvese que la relacin de elementos en dicha tabla
indica que los minerales que contienen oxgeno, silicatos, xidos y carbonatos, deben ser los tipos ms abundantes de minerales de la corteza terrestre. En consecuencia los minerales
referidos como formadores de rocas son, con pocas excepciones, miembros de estos grupos.
CLASIFICACIN DE LOS MINERALES
La mayor parte de las clasificaciones estn basadas en la composicin qumica de los minerales.
De acuerdo a este esquema los minerales se dividen en clases, segn el anin o grupo aninico
dominante y hay razones que justifican este criterio; en primer lugar los minerales que poseen el
mismo anin o grupo aninico dominante en su composicin poseen semejanzas inconfundibles,
ms clara y fuertemente marcadas que aquellas que comparten los minerales que poseen el mismo
catin dominante, por ejemplo los carbonatos se parecen ms entre s que los minerales de cobre.
En segundo lugar, los minerales relacionados por el dominio del mismo anin tienden a
presentarse juntos en el mismo lugar o en yacimientos geolgicos semejantes.
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Tabla 1 Los ocho elementos qumicos ms comunes de la corteza
Elemento % en peso % atmico Radio inico % en volumen
O 46.60 62.55 1.40 93.77
Si 27.72 21.22 0.42 0.86
Al 8.13 6.47 0.51 0.47
Fe 5.00 1.92 0.74 0.43
Mg 2.09 1.84 0.66 0.29
Ca 3.63 1.94 0.99 1.03
Na
K
2.83
2.59
2.64
1.42
0.97
1.33
1.32
1.83
Sin embargo, la qumica sola no basta para caracterizar adecuadamente un mineral. Una
apreciacin completa de la naturaleza de los minerales exige el uso de los rayos X para la
determinacin de las estructuras internas. Por lo tanto la clasificacin mineral debe basarse en la
composicin qumica y en la estructura interna, pues ambas conjuntamente representan la esencia
de un mineral y determinan sus propiedades fsicas.
La clasificacin basada en Danas System of Minerlogy reconoce doce clases minerales:
Tabla 2 Clases de Minerales segn el Sistema Mineralgico de Dana
1 Elementos nativos 7 Nitratos
2 Sulfuros 8 Boratos
3 Sulfosales 9 Fosfatos
4 xidos 10 Sulfatos
5 Haluros 11 Tungstatos
6 Carbonatos 12 Silicatos
IDENTIFICACIN DE LOS MINERALES.
Las propiedades fsicas caractersticas de un mineral, que son consecuencia de su composicin
qumica y su estructura molecular, sirven de base para una identificacin rpida en el campo. Las
caractersticas que pueden determinarse por simples ensayos de campo permiten en muchos casos
la identificacin de minerales e indirectamente la identificacin de las rocas.
Dureza.- La dureza de un mineral es la medida de su resistencia a la abrasin o a ser rayado
(designada con una H). Como las otras propiedades fsicas de los minerales, la dureza depende de
la estructura cristalina. Cuanto ms fuerte es la fuerza de enlace de los tomos, ms duro es el
mineral. Universalmente se ha aceptado una sencilla escala de valores basados en ensayos
empricos, conocida como escala de dureza de Mohs. Los 10 minerales seleccionados como
elementos de comparacin estn ordenados en orden de creciente dureza relativa. As por ejemplo
el talco, nmero 1 en la escala, posee una estructura hecha en placas tan dbilmente ligadas entre
s que la presin de los dedos es suficiente para deslizar unas sobre otras. Al final de la escala est
el diamante con sus tomos de carbono constituyentes tan firmemente ligados que ningn otro
mineral puede separarlas y producir con ello una raya.
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Tabla 3 Dureza de los minerales
Talco 1
Yeso 2 Calcita 3 Fluorita 4 Apatito 5 Ortosa 6 Cuarzo 7 Topacio 8 Corindn 9
Diamante 10
La dureza de estos minerales puede medirse por tcnicas ms cuantitativas, dando lugar a una
escala de dureza absoluta. En la figura 1 se comparan las durezas relativas y absolutas. La
posicin relativa de la escala de Mohs se mantiene, pero el corindn, por ejemplo, es dos veces
ms duro que el topacio y cuatro veces ms duro que el cuarzo
Figura 1- Comparacin de durezas relativas y absolutas
Con el fin de determinar la dureza relativa de cualquier mineral mediante la escala de Mohs es
necesario establecer cul de los minerales de la escala puede ser rayado y cul no por el ejemplar
en estudio. Cuando se realice la prueba de dureza de un mineral, hay que hacerla siempre sobre
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una cara recin cortada y frotar la marca para tener la certeza de que al araar la superficie, se ha
formado un surco. Los siguientes materiales pueden ser de utilidad junto a la escala: la dureza de
la ua es de algo ms de 2; la moneda de cobre, alrededor de 3; el acero de un cortaplumas, algo
ms de 5; el vidrio de ventana 5,5 y el acero de una lima, 6,5. De tal manera que, con un poco de
prctica, la dureza de los minerales por debajo de 5 puede ser fcilmente determinada.
Planos de clivaje o exfoliacin.- Se dice que un mineral tiene planos de clivaje si al aplicar la
fuerza necesaria se rompe segn superficies planas y pulidas. Las superficies de exfoliacin son
siempre paralelas a caras reales del cristal. Puede ser perfecta, como en la mica, ms o menos
definida como en el berilo o puede estar completamente ausente en algunos minerales. Esta es una
propiedad caracterstica de algunos minerales que, cuando se presenta, es de gran valor para su
identificacin. Los planos de exfoliacin estn dispuestos invariablemente segn planos paralelos.
Algunos minerales tienen un solo plano de clivaje, otros tienen dos, tres o ms direcciones
diferentes que forman entre ellas ngulos de un valor determinado. El nmero de direcciones y el
ngulo segn el que se cortan, permiten la identificacin del mineral.
Fractura.- Se entiende por fractura de un mineral la manera cmo se rompe cuando no se exfolia
o parte. En algunos casos, la forma de la fractura es muy til en la identificacin de campo. Los
tipos corrientes de fractura son: concoidal (tpica del vidrio y el cuarzo, silex y obsidiana), si la
fractura tiene superficies concntricas del aspecto de la concha de un molusco; irregular, si la
superficie es quebrada; astillosa (actinolita), si tiene aspecto de madera rota y ganchuda, aquella
cuya superficie es tosca e irregular, y muestra bordes agudos y dentados. Ejemplo de este tipo de
fractura es la que pueden presentar la magnetita, serpentina y cobre nativo.
Brillo.- EI brillo de un mineral es el aspecto de su superficie segn la calidad o intensidad de la
luz que refleja. De acuerdo con esta propiedad se clasifican los minerales en dos grandes grupos,
metlicos y no metlicos. No hay una lnea clara de separacin entre estos dos grupos, y ciertos
minerales que estn entre ambos tipos se los denomina submetlicos. Un mineral que tenga el
aspecto brillante de un metal tiene un brillo metlico. Adems dichos minerales son
completamente opacos a la luz, y como resultado de ello dan una huella negra o muy oscura. La
galena, la pirita y la calcopirita son minerales comunes con brillo metlico. Todos los minerales
con brillo no metlico son, en general, de colores claros y transmiten la luz si no a travs de
secciones gruesas, s al menos de lminas delgadas. La raya de un mineral no metlico es incolora
o de color muy dbil. Algunos de los trminos que se emplean para describir el brillo de los
minerales no metlicos pueden ser vtreo, es decir, parecido al cristal; nacarado como el brillo de
la perla; o diamantino, parecido al diamante.
Color.- El color de un mineral, como criterio para su clasificacin, debe emplearse con precaucin, pues algunos presentan una amplia gama de colores sin cambio apreciable de su composicin. El color del conjunto es ms determinante, especialmente en los minerales metlicos, en los que es de gran ayuda para su identificacin en el campo.
Huella.- El color del polvo fino de un mineral, que se obtiene por frotamiento sobre un material
blanco, preferiblemente porcelana sin brillo, se conoce con el nombre de huella. La huella se
emplea con frecuencia en la identificacin de minerales, porque, aunque el color de un mineral
puede variar entre lmites amplios, el de la huella es normalmente constante. Esta propiedad puede
ser determinada de manera adecuada frotando el mineral sobre un trozo de porcelana porosa. Hay
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que tener en cuenta que la dureza de la porcelana es alrededor de 7, y por lo tanto no puede
emplearse con minerales de dureza superior.
MINERALES QUE CON MS FRECUENCIA SE PRESENTAN EN LAS ROCAS.-
Solamente unos doce minerales de las 2.000 variedades conocidas, se encuentran en la mayora de
las rocas ms comunes. A continuacin se describen los ms importantes de estos minerales:
Cuarzo.- Dixido de slice (SiO2). Dureza 7, raya el cristal con facilidad;
sin planos de cruceros; fractura concidea; brillo vtreo. Las variaciones
corrientes son generalmente blancas o incoloras, pero frecuentemente
coloreado por diversas impurezas, con raya blanca o incolora. Ejemplos
tpicos son el cuarzo lechoso y el cristal de roca, variedades coloreadas
como la amatista, cuarzo rosado, cuarzo ahumado. Tambin son comunes
variedades criptocristalinas como las gatas, jaspe, etc. El cuarzo es un
mineral comn y abundante que se presenta en una gran variedad de condiciones geolgicas.
Aparece en muchas rocas gneas y rocas metamrficas y es un componente muy comn en las
rocas sedimentarias detrticas. El cuarzo tiene amplios usos, por sus colores diversos como
material de adorno, como arena en morteros y hormign; como fundente, como abrasivo y en la
manufactura del vidrio, como polvo en la fabricacin de porcelanas, pinturas y pastillas abrasivas,
tallado, en lentes y prismas se utiliza en aparatos pticos y por sus propiedades piezoelctricas en
aplicaciones electrnicas.
Grupo de los feldespatos.- La composicin de la mayora de los
feldespatos comunes puede expresarse en funcin del sistema
KAlSi3O8 (Ortosa) - NaAlSi3O8(Albita) CaAl2Si2O6 (Anortita) Silicato de potasio y aluminio o silicato de sodio, calcio y aluminio.
Dureza 6, raya el cristal con dificultad; brillo vtreo; raya blanca. La
ortosa es una variedad corriente, rica en potasio, que puede ser
incolora, blanca, gris, rosada o roja, y tiene dos direcciones de planos
de crucero que forman 90. Los feldespatos ricos en sodio y calcio,
comnmente denominados plagioclasas, son de distintos tonos grises, con dos planos de crucero
que forman ngulos prximos a 90 y que se pueden distinguir de la ortosa por la presencia de
estras paralelas en la superficie de dichos planos.
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AnortoclasaAnortoclasa
OligoclasaOligoclasa Andesina LabradoritaLabradorita BitownitaBitownita
AnortitaAnortita
AlbitaAlbita
Feldespatos plagioclasasFeldespatos plagioclasas
NaAlSi3O8NaAlSi3O8AbAb
Porcentaje
molecular
Porcentaje
molecular
Sanid
ina
Sanid
ina
Feld
espato
s A
lcalinos
Feld
espato
s A
lcalinos
OrOr
AnAn
KAlSi3O8KAlSi3O8
CaAlSi2O8CaAlSi2O8
Figura 2 Composicin de los feldespatos
Grupo de la mica.- Silicatos complejos de aluminio y potasio,
frecuentemente con magnesio, hierro y sodio. Dureza 2 a 3;
puede ser rayada con la ua; fcil plano de exfoliacin en una
direccin; brillo vtreo o nacarado; transparente con distintos
tonos de amarillo, marrn, verde, rojo y negro en muestras de
poco espesor; raya blanca. La caracterstica fundamental de este
grupo es que sus minerales se pueden exfoliar fcilmente en
laminillas extremadamente finas y flexibles. Dos variedades
representativas son la Biotita (negras) y Muscovita (blanca).
Grupo de los anfiboles.- Silicatos complejos de calcio, magnesio y hierro. Dureza 5 a 6; planos de
crucero en dos direcciones y ngulo de 56 y 124; color del verde claro al oscuro hasta el negro;
raya desde blanca a gris verdosa. Variedad corriente es la hornblenda, que se distingue de los
dems anfboles por su color oscuro.
Grupo de las pirxenos.- Silicatos complejos de calcio y hierro, de composicin qumica anloga
a los anfboles. Dureza 5 a 6; las direcciones de los planos de crucero forman ngulos de 87 y
93, caracterstica que sirve para distinguir los minerales de este grupo de los del anterior; color
del verde claro al oscuro hasta el negro; raya desde blanca a gris verdosa. Variedad corriente es la
augita, que se distingue de la hornblenda por el ngulo de sus planos de crucero.
Olivino.- Silicato de magnesio y hierro. Dureza 6,5 a 7. En granos o
masas granulares; brillo vtreo; color desde oliva al gris verdoso y
hasta marrn; raya blanca o incolora. Caractersticas importantes de
este mineral es su tendencia a descomponerse en pequeos granos,
debido a su textura granular.
APUNTES DE GEOTECNIA 2015 Ministerio de Cultura y Educacin
Universidad Tecnolgica Nacional Ing. MsC. Juan Guillermo Daz
Facultad Regional San Rafael Lic. Cs. Geolgicas Sergio Dieguez
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Calcita y dolomita.- Carbonato clcico y carbonato clcico-magnsico.
Dureza 3 y 3,5 hasta 4; planos de crucero perfectos en tres direcciones;
brillo vtreo o nacarado; corrientemente blanca o incolora, pero puede
presentarse con tonos grises, rojos, verdes, azules o amarillos; raya
blanca. La calcita puede encontrarse en cristales de gran tamao,
mientras que la dolomita se presenta generalmente en masas
granulares.
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