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Tema N° 2 del programa de la asignatura Mecánica de Suelos perteneciente al pensum de Ingeniería Civil de la Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado (UCLA)
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TEMA II:
ESTRUCTURA DE ESTRUCTURA DE LOS SUELOSLOS SUELOS
• DIFERENCIAR LOS ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA
ESTRUCTURA DEL SUELO.
• CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE
ESTRUCTURAS DE LOS SUELOS GRANULARES.
OBJETIVOS:OBJETIVOS:
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
• CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE
MINERALES ARCILLOSOS.
• ESTABLECER DIFERENCIAS ENTRE LA ESTRUCTURA DE
LOS SUELOS GRANULARES Y SUELOS COHESIVOS.
• CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE
ESTRUCTURAS DE LOS SUELOS COHESVOS.
Produce una respuesta a los cambios exteriores ambientales, tales como cargas, agua, temperatura y otros.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Gaseosa
Liquida
Sólida1
m3
m6m
4m
Vs
Vw
Va
6m
2m
1m
Ws
Ww
WaVv
ELEMENTO DE SUELO
DIAGRAMA DE FASES
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
•Minerales.•Materia Orgánica.
•Productos de Meteorización.
AGUA
Aire, Metano
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
EN GENERAL DEPENDE DE:
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Tamaño de los Granos del Suelo. Forma de los Granos del Suelo.
Composición Mineralógica.
Distribución de los Granos del Suelo.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Es tructura de los S uelos Granulares
Es tructura de los S uelos Cohes ivos
Estructura de los Suelos Granulares
TAMAÑO D E LO S G R ANO S D E L SUE LO
La variedad de tamaño es limitada, va desde fragmentos menores de 3¨ hasta partículas mayores a 0.075 mm (Bien gradado y Mal gradado).
Disposición influenciada por el peso de los granos.
Los suelos no cohesivos mayormente pueden ser encontrados en depósitos transportados en los que el viento y el agua ha removido los coloides y las arcillas.
Estructura de los Suelos Granulares
FO RMA D E LO S G R ANO S D E L SUE LO
Prevalece la forma equidimensional Las tres dimensiones de las partículas son de magnitud comparable.
Proviene de la meteorización.(Acción de los agentes desintegradores).
Forma desde angulosa hasta redondeada. -Forma Angulosa: Típica de arena y gravas residuales y arenas marinas.- Forma Redondeada: Frecuente en las arenas y gravas de río y arenas eólicas.
Baja compresibilidad en condiciones estáticas yAlta en condiciones dinámicas.
Estructura de los Suelos Granulares
D ISTR IBUC IÓ N D E LO S G RANO S D E L SUE LO
Estructuras Simples
Condicionada por el tamaño y forma de los granos del suelo.
Estructuras en Panal
Estructura de los Suelos Granulares
Estructuras Simples (Suelta y Densa o bien arreglada).
-Las fuerzas de gravedad se imponen sobre las fuerzas interparticulares.
-El peso influye en la distribución.
-Su comportamiento bajo cargas estáticas es bueno y ante cargas dinámicas depende de la densidad del suelo. ESTRUCTURA SIMPLE
Estructura de los Suelos Granulares
a) Arreglo ideal con partículas que varían de grandes a pequeños (distribución
granulométrica bien gradada)
b) Misma estructura de a) pero los tamaños pequeños han sido
removidos (pobremente gradada)
Suelos densos y Sueltos
Estructura de los Suelos Granulares
Arreglo (packing en Ingles)
Arreglo cúbico Simple Arreglo Rómbico
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
R elación de Vacíos:
s
v
V
Ve =
D ensidad :
Grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando espacios vacíos entre ellos en mayor o menor cantidad.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Dr tiende a 0% en suelos sueltos
Dr tiende a 100% en suelos densos
Se mide usando la Densidad Relativa (Dr):
100*(%).min.
.
−
−=
ee
eeDr
Max
Max
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Distribución granulométrica bien gradada
Se tienen:
Suelos Densos: Con mayor grado de acomodo entre sus partículas, mayor gama de tamaños, menor relación de vacíos y mayor compacidad.
Suelos Sueltos: Con menor grado de acomodo entre sus partículas, uniformidad de tamaños, mayor relación de vacíos y menor compacidad.
Distribución granulométrica mal gradada
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Condición del Suelo
Dr (%)
Identificación del Terreno
Muy Suelta 0 - 20% Fácilmente removida con el dedo pulgar o el puño.
Suelta 20% – 40% Menor facilidad para remover con el puño, fácilmente paleada.
Medianamente compacta
40% – 70% Paleada con dificultad.
Compacta 70% – 90% Requiere aflojamiento con pico para paleo a mano.
Muy compacta 90% – 100%
Requiere de explosivos o de equipos pesados para aflojar.
Estructura de los Suelos Granulares
Estructuras en Panal:
-Pequeños granos redondeados depositados en aguas tranquilas que forman arcos imperfectos, con pocos puntos de contacto.
- Fuerza de gravedad e interparticulares en el mismo orden.
- Gran cantidad de vacíos.
- Soportan bajas cargas estáticas y fallan violentamente bajo dinámicas. ESTRUCTURA EN PANAL
Estructura de los Suelos Granulares
COMPOS ICION MINERALOGICA
Minerales predominantes: SilicatosSilicatos, principalmente feldespatos de potasio, sodio o calcio, olivino serpentina, óxidos (magnetita, corindón), CarbonatosCarbonatos (calcita, dolomía) y SulfatosSulfatos (anhidrita y yeso).
La composición mineralógica no es determinante
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Es tructura de los S uelos Granulares
Es tructura de los S uelos Cohes ivos
EN GENERAL DEPENDE DE:
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Tamaño de los Granos del Suelo. Forma de los Granos del Suelo.
Composición Mineralógica.
Distribución de los Granos del Suelo.
Estructura de los Suelos Cohesivos
La macroestructura de los depósitos de suelo fino
(estratigrafía) tiene gran influencia en la ingeniería práctica; la
microestructura es más importante para comprender el comportamiento
del suelo.
Estructura de los Suelos Cohesivos
TAMAÑO D E LO S G RANO S D E L SUE LO
Partículas menores de 0,002 milímetros.
Son muy livianos y dominan las fuerzas superficiales.
Estructura de los Suelos Cohesivos
FO RMA D E LO S G R ANO S D E L SUE LO
Prevalece la forma laminar y tubular.
En estos materiales la influencia de la forma es muy importante.
La relación área volumen es grande.
Alta actividad superficial (Adhesión de agua y la atracción entre las partículas).
Alta compresibilidad bajo cargas estáticas y baja en cargas dinámicas.
Son Hidrófilos (atraen al agua).
As = Superficie / Volumen
Estructura de los Suelos Cohesivos
D ISTR IBUC IÓ N D E LO S G R ANO S D E L SUE LO
Estructuras Dispersas
Estructuras Floculadas
Estructuras Panaloides
La distribución de los Granos de Suelos Finos disponen:
Estructura de los Suelos Cohesivos
ESTRUCTURA DISPERSA
ESTRUCTURA PANALOIDE
E jemplo de E structuras de suelos C ohesivos:
ESTRUCTURA FLOCULADA
Estructura de los Suelos Cohesivos
Estructuras Dispersas:
-Las partículas tienen igual carga y se repelen.
-Forman estructuras impermeables y densas (e baja).
- Pueden haber granos redondeados produciendo alteraciones locales.
ESTRUCTURA DISPERSA
Estructura de los Suelos Cohesivos
Estructuras Floculadas:
- Un electrolito altera las cargas de las partículas y se forman flóculos.
- Fuerte adherencia en los puntos de unión.
- Alta porosidad y relación de vacíos.
- Muy compresibles bajo cargas estáticas y resistentes a cargas dinámicas.
- Es una estructura panaloide compuesta.
ESTRUCTURA FLOCULADA
Estructura de los Suelos Cohesivos
Estructuras Panaloides:
- Típica de grano fino por sedimentación en un medio continuo. Normalmente agua.
- Las partículas se adhieren unas a otras formando un conjunto a modo de panal.
- Gran cantidad de vacíos.
ESTRUCTURA PANALOIDE
Estructura de los Suelos Cohesivos
D IS TR IBUC IÓ N D E LO S G RANO S D E L SUE LO
Determinada por:
Enlaces de Hidrogeno Enlaces Iónicos Enlaces de Van Der Waals
Minerales arcillosos:
Fuerzas interparticulares:
Caolinitas
Montmorilonitas
Ilitas
Estructura de los Suelos Cohesivos
COMPOS ICION MINERALOGICA
Los agentes de descomposición actúan sobre las rocas para producir arcilla, que están constituidas básicamente por silicatos de Aluminio hidratados, y en menor proporción silicatos de magnesio y hierro.
La constitución mineralógica es determinante en su comportamiento
Agentes de Descomposición
Silicatos de Aluminio hidratados, y en menor proporción Silicatos de Magnesio y Hierro.
Estructura de los Suelos Cohesivos
Minerales Arcillosos: Son el producto de la descomposición química de las rocas por hidratación de sus componentes menos estables. Su tamaño es menor a 2 micras, llegando hasta partículas Coloidales. Su masa se vuelve plástica al mezclarse con el agua.
Su estructura es cristalina y complicada, sus átomos se disponen en forma laminar.
Tipo de láminas presentes en los Minerales Arcillosos:
-Silícicas
- Alumínicas
Estructura de los Suelos Cohesivos
Formadas por 1 átomo de silicio y 4 de oxígeno, arregladas en forma
de tetraedro. Los tetraedros se unen indefinidamente compartiendo
un átomo de oxígeno constituyendo una retícula laminar.
• LAMINAS SILÍCICAS:
Estructura de los Suelos Cohesivos
• LAMINAS ALUMÍNICAS:
Formadas por 1 átomo de aluminio y 6 de oxígeno y/o hidroxilos,
arregladas en forma de octaedro. Estos se agrupan
indefinidamente compartiendo un átomo de oxígeno y constituyen
así una retícula laminar.
Estructura de los Suelos Cohesivos
GRUPO DE MINERALES ARCILLOSOS
De acuerdo al arreglo reticular se clasifica en:
Caolinítas
Montmorilonítas
Ilítas
Estructura de los Suelos Cohesivos
Formadas por una lámina silícica y una alumínica superpuestas indefinidamente. La unión es firme y no permite la penetración de moléculas de agua.
Son usadas en la fabricación de porcelana.
La caolinita es el mineral arcilloso menos activo.
La unión es firme, siendo la actividad superficial pequeña en lo referente al agua
• CAOLINÍTAS :
Estructura de los Suelos Cohesivos
• MONTMORILONÍTAS :
Formadas por 1 lámina alumínica entre 2 silícicas superpuestas
indefinidamente. La unión entre retículas es muy débil y las moléculas
de agua se introducen a la estructura con facilidad.
Usadas en la estabilización de
excavaciones.
Ejemplo: Lodo Bentonítico.
Son un grupo muy activo que por su afinidad con el agua tienen poderesde hinchamiento o expansión grande.
Estructura de los Suelos Cohesivos
Formadas por 1 lámina alumínica entre 2 silícicas que se superponen
indefinidamente y que tienden a formas grupos por la presencia de
iones de potasio, reduciéndose así el área expuesta al agua.
Usadas en la confección de
agregados livianos.
Su expansibilidad es mayor que las Caolinitas y menor que las Montmorilonitas.
• ILÍTAS :
Estructura de los Suelos Cohesivos
MONTMORILONÍTA
CAOLINÍTA
ES TRUCTURAS COMPUES TAS
Armazón de granos redondeados sin cohesión que se mantienen unidos
por un Agente Cementante.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Agentes Cementantes:
Arcilla.
Carbonatos.
Oxido de Calcio.
Sílice Coloidal.
Estructura de los Suelos Granulares
ESTRUCTURA SIMPLE ESTRUCTURA EN PANAL
E jemplo de E structura de suelos G ranulares:
Estructura de los Suelos Cohesivos
ESTRUCTURA DISPERSA
ESTRUCTURA PANALOIDE
E jemplo de E structura de suelos C ohesivos:
ESTRUCTURA FLOCULADA
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Ligante Suelto
Ligante Compacto
Ligante o Material Cementante
Estructura Matriz
Estructura Unión de Puntos
Estructura Unión Total
Ligante o Material Cementante
TIPOS DE ES TRUCTURAS COMPUES TAS
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
TIPOS DE ES TRUCTURAS COMPUES TAS
-Estructura Matriz
-Estructura de Unión de Puntos
-Estructura de Unión Total
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Estructura Matriz:
- Volumen cementante mayor que el de granos.
- Si el cementante es arcilla adquiere sus propiedades físicas.
Ligante o Material Cementante
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Estructura de Unión de Puntos:
- Material cementante concentrado en puntos de contacto.
- Son rígidas, incompresibles y resistentes a choque y vibración.
- El cementante puede ser ablandado por el agua.
Ligante Suelto
Ligante Compacto
ESTRUCTURA DE LOS SUELOSESTRUCTURA DE LOS SUELOS
Estructura de Unión Total:
-Los granos redondeados se tocan unos con otros y el material cementanteestá dentro de los poros del suelo.
- Se depositan primero los granos y después el cementante.
-Tiene baja relación de vacíos, son rígidos e incompresibles y no son ablandados por el agua.
Ligante o Material Cementante