introducción a la mecánica de suelos (2010)

MÓDULO: MECÁNICA DE SUELOS

Material de apoyo a la Cátedra

MECÁNICARama de la Física que trata sobre el

movimiento de los cuerpos y la acción de las fuerzas sobre éstos.

CONCEPTO DE MECÁNICA DE SUELOS

La “Mecánica de Suelos”, es la rama de la Mecánica que estudia la acción de fuerzas

sobre la masa de los suelos.

Concepto de geotecniaAl igual que la Mecánica de Suelos, la Geotecnia estudia el comportamiento de los suelos bajo la acción de las fuerzas; pero se complementa con los principios de la geología y la

mecánica de Rocas.

Composición de la TierraLa Tierra está compuesta de la siguiente forma:El Núcleo:

Núcleo interno (Sólido)Núcleo externo (Líquido)

El Manto:Manto superiorManto inferior

La CortezaCorteza oceánicaCorteza terrestre

Gráfica de la composición de la tierra

Litósfera y AstenósferaLa Litósfera es la capa más superficial de la Tierra sólida, caracterizada por su rigidez.

La litósfera está formada por la corteza terrestre y por la zona contigua (la más externa), del manto superior y flota sobre la Astenósfera, que es una capa blanda que forma parte del manto superior. Es la zona donde se produce, la tectónica de placas.

Procesos geológicos• Se denominan “Procesos Geológicos”, a una serie de fenómenos

que continuamente modifican el aspecto y topografía de la tierra y que afectan esencialmente a la corteza. Los principales procesos son:

• Orogénesis: Deformaciones tectónicas que permiten dar una determinada estructura a una zona definida, mediante el plegamiento de cadenas montañosas.

• Magmatismo y Volcanismo: Se manifiesta por la fusión de material rocoso en la corteza profunda y el manto superior. Los Magmas se solidifican formando rocas magmáticas o aparecen en la superficie como rocas volcánicas.

Erosión, Transporte y SedimentaciónSon también “Procesos Geológicos” la erosión, acarreo de

materiales móviles y la sedimentación de estos.La Erosión o Meteorización es el conjunto de procesos que

contribuyen a la disgregación de las rocas cuando llegan a la superficie.

Los cambios físico-químicos que experimentan las rocas son debido a los siguientes factores: Lluvia, viento, hielo, materia orgánica (raíces), cambio de temperaturas, agua con disoluciones de oxígeno – dióxido de carbono – ácidos orgánicos.

Las Rocas• Las Rocas están formadas por minerales. Los que poseen

propiedades físicas características como la dureza, color, fractura, etc.

• Los minerales más importantes que componen las rocas que forman la corteza terrestre son los feldespatos, los cuarzos y las micas.

• Los tipos de rocas según su origen se denominan de la siguiente manera:• Rocas Ígneas: Plutónicas (Intrusivas) y Volcánicas (Extrusivas)• Rocas Metamórficas• Rocas Sedimentaria

Ciclo de las Rocas

Granito (Plutónica) y Basalto (Volcánica): Rocas Ígneas

Cuarcita y Mármol: Rocas Metamórficas

Caliza y Arenisca: Rocas Sedimentarias

DiagénesisLa diagénesis (gr., dia, ‘cambio’, y genesis, ‘origen’) es el

proceso de formación de una roca sedimentaria a partir de sedimentos sueltos que sufren un proceso de compactación y cementación. La diagénesis se produce en el interior de los primeros 5 ó 6 km de las corteza terrestre a temperaturas inferiores a 150-200 °C; más allá se considera ya metamorfismo.

La mayoría de las veces la consolidación de los sedimentos se debe a la infiltración de las aguas que contienen sustancias disueltas. La diagénesis convierte por ejemplo: Los lodos calcáreos en caliza, la arena en arenisca.

Los SuelosSegún Karl Terzaghi, “Suelo” (desde el punto de vista de la

ingeniería civil); es todo agregado natural de partículas minerales, separables por medios mecánicos de poca intensidad. Por el contrario, “Roca” es un agregado mineral unido por fuerzas cohesivas permanentes.

Según la ASTM, El “Suelo” esta definido por acumulaciones de sedimentos y partículas sólidas, producidas por la desintegración físico-química de las rocas, las cuales pueden o no contener materia orgánica. “Roca” es materia sólida mineral que se presenta en grandes masas o fragmentos fuertemente unida.

Origen de los SuelosA través de un proceso de desintegración mecánica y

descomposición química (Procesos físico-químicos). La roca de la corteza terrestre origina los materiales sueltos que se encuentran en ella. También es posible que el origen de los suelos sea esencialmente orgánico.

Los suelos que se producen en un mismo lugar, se denominan: “Suelos residuales”, en caso contrario se dice que son “Suelos transportados”.

Suelos más comunes, según el tamaño de sus partículas son:Bloques Fragmentos de roca mayores a 300 mm

Bolones Fragmentos de roca entre 300 y 80 mm

Gravas Agregado granular sin cohesión, que varía entre 80 mm y 5 mm (ó 2 mm)

Arenas Partículas de roca sin cohesión , menores a 5 mm (ó 2 mm) y mayores a 0,08 mm

Limos Suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad, comprendido entre 0,08 mm hasta 0,005 mm (ó 0,002 mm)

Arcillas Suelos finísimos con considerable plasticidad, cuyas partículas son menores a 0,005 mm (ó 0,002 mm)

Clasificación de los suelos según USCS SUELOS GRUESOS SUELOS FINOS

GP ML

GW MH

GM CL

GC CH

SP OL

SW OH

SM Pt

SC

Clasificación USCS (Unified soil classification system)Clasifica a los suelos en cuatro principales categorías:Suelos de grano grueso: Grava y arena con menos del 50%

pasando por el tamiz Nº 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo G para la grava del inglés “Gravel” y S para la arena del inglés “Sand”.

Suelos de grano fino: Suelos que tienen 50% o más pasando por el tamiz Nº 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo M para limo inorgánico del sueco “mjala” (Limo en inglés es Silt) y C para arcilla inorgánica del inglés “Clay”.

Suelos orgánicos. Son limos y arcillas que contienen materia orgánica importante, a estos se los denomina con el prefijo O del inglés “Organic”.

Turbas. El símbolo Pt se usa para turbas del inglés “peat”, lodos y otros suelos altamente orgánicos.

Clasificación USCS (Unified soil classification system)

También se usan sufijos que identifican algunas características particulares del suelo: W: Bien graduado del inglés “Well graded”.P: Mal graduado del inglés “Poorly graded”.L: Baja plasticidad, límite líquido menor a 50%, del inglés

“Low plasticity”.H: Alta plasticidad, límite líquido mayor a 50%, del inglés

“High plasticity”.

Clasificación USCS (Unified soil classification system)Carta de Plasticidad