COMPONENTES DEL SUELO
Clasificación general de suelos:
» Orgánicos.
» Turba (mucha materia vegetal, del orden del 20%).
» Suelos peligrosos en ingeniería ya que son muy compresibles.
» Inorgánicos.
» Partículas sólidas amorfas – no abundan en España.
» Partículas sólidas cristalinas: Sulfatos (no abundan, pero son problemáticos), óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos (muy abundantes, representan mas del 90% de los suelos).
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COMPONENTES DEL SUELO
» Los cristales de silicatos pueden tener :
• estructura tridimensional: cuarzo, feldespato
• estructura bidimensional: filosilicatos (arcilla: pueden tener una composición química diferente de la roca madre)
» En la Tierra:
• El anión mas abundante es el oxígeno (50%)
• Los cationes mas abundantes son:
Si4+ (27%); Al3+ (8%); Mg++; Ca++; K+; Na+; ...
el mineral mas abundante es el SiO2 = cuarzo
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COMPONENTES DEL SUELO
» Estructuras moleculares:
• Silicio (Si) -> combinaciones tetraédricas
• Alumninio (Al) -> combinaciones tetraédricas y octaédricas
• Otros elementos -> combinaciones octaédricas
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» Estructuras moleculares: los filosilicatos
• Capas superpuestas de cadenas de tetraedros
• Tipos 1:1
• Tipos 2:1
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tetraedros
octaedros
tetraedros
octaedros (como Al, Fe, Mg, ...)
tetraedros
COMPONENTES DEL SUELO
» Composición y estructura molecular de la fase sólida de los minerales arcillosos
• Una partícula típica de arcilla está formada por capas sucesivas de estas estructuras elementales
• En función de los elementos químicos y del tipo de
estructura, se tendrán diferentes minerales
• Ejemplos...
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COMPONENTES DEL SUELO
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Octaedro
Al(OH)6-3
SÍLEX
Tetraedro (SiO4)-4
Mg(OH)6-4
COMPONENTES DEL SUELO
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GIBBSITA
son neutras electricamente
BRUCITA
COMPONENTES DEL SUELO
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» Tipo 1.1 (dos capas)
brucita + una capa de
sílex gibosita + una capa
de sílex
Estructura de la serpentina Estructura de la caolinita
COMPONENTES DEL SUELO
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» Tipo 3.1 (tres capas)
Estructura de la pirofilita Estructura de la moscovita
Gibbsita entre dos capas
de sílex. Substitución
isomorfa de Al3+ por Si4+.
Equilibrio eléctrico con
iones K+
Gibbsita entre
dos capas de
sílex
COMPONENTES DEL SUELO
» Las cadenas de silicatos no son eléctricamente neutras: en la superficie de las partículas se concentran cargas eléctricas negativas, las cuales atraen cationes que, a su vez, atraen moléculas de agua
» Estas moléculas de agua forman a su vez parte de la partícula: es el agua absorbida
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O
HH
HH
O
HH
O
HH
O
O
HH O
HH
CAPA DOBLE partícula “completa”:
partícula “estricta” +
capa doble
partícula
“estricta”
COMPONENTES DEL SUELO
» La concentración de cationes disminuye a medida que aumenta la distancia a la partícula. La capa doble es la capa que tiene un cierto porcentaje (p.e. el 90%) de los cationes atraidos por la partícula.
» El grueso de la capa doble condiciona el comportamiento e interacción de una partícula con sus vecinas, en función del equilibrio de fuerzas atractivas y repulsivas.
• Capa doble grande -> estructura dispersa
• Capa doble pequeña -> estructura floculada
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COMPONENTES DEL SUELO
» Distancia cara–costado de partículas • floculada
• no floculada
» Distancia entre caras • agregada
• dispersa
» Las estructuras floculadas son mas resistentes y rígidas (excepto si tenen muchos poros)
» Las estructuras agregadas tienen menos resistencia, pero son mas plásticas y deformables
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COMPONENTES DEL SUELO
» La capa doble disminuye si aumenta
• la concentración de cationes (sales)
• la valencia del catión
• la temperatura
» La capa doble disminye si disminuye
• la constante dieléctrica del medio
• el pH
• el tamaño del catión
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COMPONENTES DEL SUELO
» Parámetros de estado del suelo.
» Fundamentales en la caracterización del suelo. No son más que relaciones entre pesos y volúmenes de los los constituyentes básicos del suelo:
• parte sólida,
• agua,
• gas.
» Se parte de la distribución idealizada ya vista:
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COMPONENTES DEL SUELO
Vt : volumen total
Va : volumen de aire
Vw : volumen de agua
Vs : volumen de sólidos
Vp : volumen de huecos
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COMPONENTES DEL SUELO
» Porosidad
» Índice de huecos
» Humedad
» Grado de saturación
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COMPONENTES DEL SUELO
» Densidad Relativa
» 0 ≤ Dr ≤ 1 (se suele expresar en %)
» Es difícil de determinar, ya que emax y emin son de difícil determinación
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max
max min
r
e eD
e e
denso (100%) suelto (0%)
COMPONENTES DEL SUELO
» Grado de Saturación
» 0 ≤ Sr ≤ 1 (ó en %)
» Para arcillas, en general Sr > 0.8
» Para arenas, 0 ≤ Sr ≤ 1
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wr
p
VS
V
COMPONENTES DEL SUELO
» Humedad
» 0 ≤ w ≤ ∞ (ó en %)
» Para arena saturada: 20~30%
» Para arcilla saturada: 25~60%
» Para turba: 100~3000%
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w
s
Ww
W
COMPONENTES DEL SUELO
» Peso específico natural
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tn
t
W
V
COMPONENTES DEL SUELO
» Peso específico saturado
» Peso específico sumergido
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s p w
sat
t
W V
V
sat w
COMPONENTES DEL SUELO
» Se pueden plantear diversas relaciones, que son útiles para determinar estos parámetros a partir de datos conocidos, o estimados en laboratorio.
» Algunas relaciones...
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(1 )(1 )
(1 )(1 )
1
(1 ) (1 ) (1 )
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V
Wn w nS n
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COMPONENTES DEL SUELO