capitulo 1 constitucion del globo terrestre

Capítulo 1

CONSTITUCIÓN INTERNA DEL GLOBO TERRESTRE

De acuerdo a teorías recientes y que gozan de aceptación, la tierra se formó hace 4.500 millones de años de una gigantesca bola de gases y escombros cósmicos. Con el enfriamiento de esta masa se formó la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera (Teoría del Big Bang). En un esquema simplista de forma esférica, que no corresponde a la forma real de (Figura 1.1) el globo terrestre está constituido, primeramente, por un núcleo formado predominantemente por compuestos de hierro y níquel. Actualmente se considera que la densidad media de este núcleo es considerablemente superior a la de capas más superficiales; también se deduce del estudio de ondas sísmicas que el núcleo carece de rigidez, característica que ha inducido a los investigadores a juzgarlo fluido. Luego del núcleo, existe un manto fluido (magma) que lo rodea. Envolviendo este manto se encuentra la corteza terrestre, capa que presenta una densidad decreciente hacia la superficie, y está formada esencialmente por silicatos. Esta capa constituida por grandes masas heterogéneas, tiene un espesor medio de 30 Km a 40 Km en las plataformas continentales, y de aproximadamente 10 Km en los océanos. Toda la corteza se encuentra aproximadamente en estado de balance isostático, flotando sobre el magma terrestre más denso. La separación entre la parte fluida y la corteza que la envuelve suele considerarse abrupta, antes que gradual; la han llamado Discontinuidad de Mohorovich.

a. Forma aproximada b. Forma simple

3000 Km 1300 1700 1000

Constitución interna del globo terrestre

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Figura 1.1 Dimensiones aproximadas de las capas que componen la tierra incluyendo la atmósfera.

La corteza terrestre está compuesta por una estructura litosfera, conformada por roca en estado sano y roca meteorizada (suelo) que corresponde a la parte sólida y los vacíos que se presentan en este armazón se encuentran llenos fluidos y en algunos la mayoría de los casos es ocupada por agua que hace parte de la hidrosfera. El estudio del comportamiento de estos materiales que componen la corteza terrestre, en las condiciones expuestas es lo que se ha llamado Geotecnia Básica. En la capa más superficial, aparece en la mayoría de los casos, una capa vegetal de material no consolidado que tiene gran importancia por la función que cumple. Los principales elementos que componen la corteza exterior de la tierra y su proporción presentan la siguiente composición promedio como en el cual se puede ver en el Tabla 1.1.

Tabla 1.1. Elementos que componen la capa terrestre

ELEMENTO SÍMBOLO % EN PESO % EN VOLUMEN

Oxígeno O 46.6 93.8

Silicio Si 27.7 0.9

Aluminio Al 8.1 0.5

Hierro Fe 5.0 0.4

Magnesio Mg 2.1 0.3

Calcio Ca 3.6 1.0

Sodio Na 2.8 1.3

Potasio K 2.6 1.8

Estos elementos rara vez existen solos, sino más bien, en combinación, con otros elementos, formando diferentes compuestos que son los componentes de muchos minerales que contienen las rocas.

El origen y formación de los depósitos de suelo y de roca hace parte de un ciclo geológico donde toda la materia suelos y rocas, se estan transformando en forma continua en periodos de tiempo muy superiores a los de diseño de las obras que se desarrollan sobre estos. Estos procesos deben tenerse en cuenta, pues casi siempre se asumen parámetros de los suelos y las rocas constantes para establecer comportamiento o respuesta de los materiales o depósitos, cuando son utilizados como material de construcción o hacen parte de la estructura. Una simplificación de estos macro procesos de transformación de los componentes de la corteza terrestre se presenta en el esquema denominado “ El ciclo Geológico” en la Figura 1.2, por A. González donde se muestran los principales procesos que se presentan y algunas de las condiciones. La secuencia mostrada en el esquema no es la única posibilidad de ocurrencia de los procesos mencionados, solo es una aproximación a los procesos que se presentan en la corteza terrestre.


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Figura 1.2. Ciclo geológico. Propuesta Álvaro González

En el esquema se observa de izquierda a derecha, el encuentro en dos placas tectónicas que viajan en direcciones opuestas generando el proceso de subducción el cual transforma roca sólida en magma que corresponde a una segunda capa, y de esta se originan las intrusiones en los depósitos de roca existente y los volcanes o afloramiento del magma en superficie que dan origen a una nueva corteza; sobre esta nueva corteza se presentan los procesos de meteorización, el transporte la sedimentación y en algunos casos litificación y se forman nuevas rocas; de igual forma a altas profundidades la presión y la temperatura transforman los minerales de los depósitos presentes dando origen a otro tipo de materiales. En el extremo derecho del esquema y por la tectónica de placas, se reinicia el proceso de subducción de las rocas de la corteza en el magma, reiniciando el ciclo geológico. 1.1 ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS

En Geotecnia se llama suelo a los sedimentos no consolidados y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por desintegración física y por descomposición química de rocas que pueden o no contener materia orgánica. Por otra parte la roca es un material mineral natural, sólido, duro que se presenta en grandes masas o en fragmentos de tamaños considerables. La mecánica de suelos y la mecánica de rocas se pueden definir como la aplicación de las leyes y los principios de la mecánica y la hidráulica, al modelamiento de estos depósitos para predecir su comportamiento y plantear soluciones en ingeniería que utilizan el suelo o las rocas como material estructural o como elemento de construcción.


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Estas disciplinas también pueden definirse como la rama de la ingeniería geotécnica que estudia las propiedades, el comportamiento y la utilización de estos materiales como elementos estructurales. Las propiedades más importantes de los suelos y rocas desde el punto de vista de la ingeniería son esencialmente las siguientes:

a) Tamaño, forma y disposición de los granos: granulometría, textura y estructuras.

b) Propiedades de la fracción de partículas muy finas de un suelo. c) Porosidad. d) Densidad: de la parte sólida y del conjunto sólido poroso. e) Contenido de humedad y su influencia. f) Consistencia y plasticidad. g) Permeabilidad y características del agua intersticial: sus diversas formas; el

nivel freático, presiones intersticiales, movimiento del agua a través del suelo y capilaridad.

h) Deformabilidad: deformaciones plásticas, elásticas, por compactación y Consolidación.

i) Resistencia al corte: los parámetros de cohesión y resistencia por fricción interna de los granos. Relación Esfuerzo-Deformación.

j) Características de compactación del suelo.

1.2 EL CICLO ROCA SUELO

Las rocas de acuerdo a su origen se clasifican en tres grupos básicos: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Las rocas son mezclas de varios minerales o compuestos y varían grandemente en composición. La historia geológica documentada de aproximadamente mil millones de años, indica que la tierra está cambiando continuamente. Los procesos de meteorización, ayudados por las deformidades de la corteza, reducen la roca sólida a fragmentos, dando origen a diferentes tipos de suelo. La corteza terrestre consta aproximadamente de un 95% de rocas ígneas, y de solo un 5% entre rocas sedimentarias y metamórficas.

1.2.1 Rocas ígneas

Son rocas formadas por el enfriamiento del magma fundido, gran parte de este se encuentra a considerable profundidad bajo la corteza terrestre, excepto en áreas volcánicas activas, donde se encuentra superficialmente, producto de las erupciones volcánicas. Debido al enfriamiento, los ajustes periódicos producen tensiones que generan grietas y fallas en la corteza rocosa. El magma puede encontrar salidas por estas grietas y fallas, ya sea en trayectorias parciales sin afloramientos o bien, en algunos casos, directamente hacia la superficie por medio de volcanes. Los flujos de trayectorias parciales forman en la corteza rocas intrusivas o plutónicas, ver esquema del ciclo geológico. Puesto que los magmas, son fusiones complejas que contienen muchos componentes, la temperatura a la que un mineral determinado comienza a cristalizar depende de su solubilidad relativa bajo las condiciones químicas y


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físicas que prevalecen y no de manera estricta y directa de su punto de solidificación; un mineral cristaliza cuando el magma, en las condiciones reinantes, llega a la saturación de sus componentes. El que aparezcan unos u otros minerales parece depender en gran medida de la temperatura de metamorfismo, y Bowen ha mostrado que es posible reconocer una sucesión de etapas, marcadas por la desaparición de minerales que han cesado de ser estables en el ámbito químico correspondiente. La velocidad de enfriamiento del magma determina el tamaño de la estructura cristalina; la gruesa obedece a un enfriamiento lento; la fina, a un enfriamiento rápido. Las rocas ígneas extrusivas se forman cuando la roca fundida se endurece después de alcanzar la superficie. Algunas rocas ígneas son: Granito, Diorita, Riolita, Gabro, Pumita, etc. FOTOGRAFIA

1.2.2 Rocas sedimentarias

Las rocas expuestas en la superficie de la tierra, son especialmente vulnerables a los agentes de la meteorización; está reduce la masa de roca a partículas fragmentadas que pueden ser transportadas más fácilmente por el viento, el agua y el hielo. Cuando son depositadas por agentes transportadores, reciben el nombre de sedimentos. Los sedimentos son depositados en capas o camas denominadas estratos. Cuando los estratos son compactados y cementados (litificación), forman las rocas sedimentarias. Estas rocas componen alrededor del 75% de las rocas expuestas en la superficie de la tierra. Las rocas sedimentarias se subdividen en clásticas y químicas. Entre ellas se encuentran : Arenisca, Lutita, Caliza, Dolomita, Evaporita, Coquina, Carbón, etc. FOTOGRAFIA

1.2.3 Rocas metamórficas


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Son rocas producidas por el metamorfismo a través de altas presiones, que actúan ya sea en rocas sedimentarias o en rocas ígneas que han estado profundamente ubicadas en la tierra. Durante el proceso de metamorfismo, la roca original experimenta tanto alteraciones químicas como físicas que cambian la textura y la composición del mineral. La redisposición de los minerales durante el metamorfismo da por resultado dos texturas rocosas básicas: foliada y no foliada. La foliación consiste en que los minerales de la roca se vuelven aplanados o anchos y dispuestos en bandas paralelas o capas. Las rocas metamórficas más comunes en Colombia son: Pizarra, Esquisto, Gneis, Cuarcita, Mármol, Antracita, etc. La corteza terrestre experimenta un cambio constante en su topografía o formas al igual que en la composición de los materiales que la conforman. Son diversos los fenómenos que se presentan dando origen a un cambio casi constante en los tres tipos de roca; en la Figura 1.3 se muestran los fenómenos presentes. FOTOGRAFIA

Erosión, Transporte, Depositación, Litificación.

Rocas Sedimentarias

Rocas Metamórficas

Calor, Presión, Solución.

Sedimento Grava, Arena,

Barro, etc.

Compactación, Cementación.

Erosión

Erosión y Meteorización

Rocas Ígneas

Meteorización Erosión

Transporte Depositación Litificación Posible fundición de rocas muy profundas

Calor Presión Solución Fundición de

rocas muy profundas

Figura 1.3. Ciclo roca-suelo. Tomado de “Propiedades Geofísicas de los Suelos” de J. Bowles


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1.3 MOVIMIENTOS DE LA CORTEZA La corteza terrestre ha experimentado un cambio estructural considerable durante los períodos pasados de la historia de la tierra. La evidencia geológica indica que grandes áreas de tierra de todos los continentes han sido cubiertas periódicamente por mares poco profundos, esta ha sido obtenida del estudio de los fósiles encontrados en sedimentos y en rocas expuestas. Los movimientos de la corteza producen deformaciones estructurales como pliegues, fallas, diaclasas, etc., que dependen del tipo de movimiento relativo entre las placas. La mayoría de los movimientos ocurren a lo largo de zonas estrechas entre placas (límites de placa), donde los resultados de fuerzas entre placas tectónicas son más evidentes. Hay tres tipos de limites de placas: Límites Divergentes donde se apartan las placas una respecto de la otra. Límites Convergentes donde dos placas se empujan entre sí, límites de Transformación donde las placas se deslizan horizontalmente una respecto de la otra. En zonas afectadas por límites de placas divergentes se forma nueva corteza ; si la zona es un océano, este crece ; en una zona continental es notoria la actividad sísmica y vulcanológica, y cicatrices como grietas (a veces terminan con la división de un continente) y elevaciones del terreno son comunes. En los límites convergentes se destruye material. La convergencia puede ocurrir entre una placa oceánica y una placa continental, o entre dos placas oceánicas, o entre dos placas continentales. En la convergencia oceánica - continental son comunes fosas que son creadas por subducción de una placa bajo otra. En el continente se crean sobresalientes montañas (cordilleras) y se producen grandes terremotos acompañados de actividad volcánica. Cuando dos placas oceánicas convergen, una es subjuntada bajo la otra, y en el proceso una Zanja es formada, en el piso marino se forman arcos de volcanes, y es fuerte la actividad sísmica. Cuando dos continentes se encuentran frente a frente ninguno es subjuntado porque las rocas continentales son relativamente livianas; la corteza tiende a doblarse y emerger, formándose las cordilleras más altas del mundo. En los Límites de Falla de Transformación, las fallas o zonas de fractura conectan dos centros de despliegue (límites divergentes de placas). La mayoría de las Fallas de transformación se encuentran en el piso del océano. Estas comúnmente desplazan las Cordilleras en despliegue, y generalmente causan terremotos superficiales.

1.4 METEORIZACIÓN

La meteorización es el resultado principalmente de la acción de los agentes atmosféricos que originan los suelos, los cuales se generan por procesos físicos y/o químicos. Lo que hace la meteorización, es producir una alteración de la roca


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basal, para dar origen a fragmentos que son los suelos. La meteorización es otra forma de cambiar el paisaje y se presenta en diferentes formas:

1.4.1 Procesos físicos de la meteorización (Intemperismo)

a) Exfoliación. Por acción de fuerzas físicas internas se separan de una roca grandes placas curvas a manera de costras. Este proceso origina dos rasgos bastante comunes en el paisaje: unas colinas grandes abovedadas, llamadas domos de exfoliación, y peñascos redondeados llamados cantos. En muchas rocas macizas existen fracturas o planos de separación llamados juntas. Estas juntas forman curvas amplias más o menos paralelas a la superficie de la roca. La distancia entre las juntas es de sólo unos centímetros, pero aumenta de uno a varios metros a medida que se profundiza en la roca. Bajo ciertas condiciones, una tras otra de esas hojas curvas, separadas por las juntas, se descascaran o separan de la masa de roca. Finalmente se desarrolla un cerro o una colina de roca, con superficie curva, de tipo dómico. Las rocas ígneas, tales como el granito, la diorita y el gabro son particularmente susceptibles a este tipo de intemperismo, porque contienen grandes cantidades de feldespato, el cual, cuando se intemperiza químicamente, produce nuevos minerales de gran volumen. FOTOGRAFIA b) Erosión. Producida por el viento y la lluvia. Este es un proceso continuo que se desarrolla de diversas formas dependiendo del tipo de material, de la topografía y el clima. El agua que escurre llevando pequeñas partículas en suspensión puede erosionar o desgastar la roca más sólida a través de periodos geológicos. Esto tiene especial significación en áreas de topografía escabrosa, en las que pueden producirse altas velocidades de escorrentía. FOTOGRAFIA c) Abrasión. Es el desgaste producido cuando dos materiales duros en contacto entre sí experimentan un movimiento relativo; éste puede presentarse cuando uno de los materiales está suspendido en agua y por el movimiento muele o desgasta los materiales hasta tamaños menores. También se presenta abrasión cuando una masa de hielo deslizante de los glaciares arrastra pedazos de roca consigo, y en las arenas arrastradas por el viento en la regiones desérticas. d) El Impacto de las Olas Contra las Rocas en los Litorales. El choque continuo de las olas contra la masa rocosa del litoral produce cambios en el material, disgregación de los materiales. e) Actividad Orgánica. Las raíces de los árboles y arbustos que crecen en las grietas de las rocas ejercen, a veces, presión suficiente para desalojar fragmentos de roca que han quedado sueltos previamente. También las raíces de los árboles levantan y agrietan los suelos. Animales, tales como insectos y gusanos, que cavan sus viviendas en el interior del terreno pueden llevar fragmentos de roca a la superficie o, de otras maneras, exponer los fragmentos a una meteorización adicional.


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f) Congelación del Agua (Efecto Cuña). La densidad de un fluido congelado es menor que la densidad del fluido a temperatura ambiente. Puesto que muchas cavidades de las rocas están expuestas al aire, la congelación preliminar en la parte superior de las mismas cuando están llenas de agua, pueden formar sistemas cerrados en los cuales la congelación continúa y se propaga pudiendo llegar a desarrollar presiones de ruptura. Puesto que el hielo continúa a manera de cuña, el mecanismo descrito se denomina acción de cuña de hielo.

1.4.2 Procesos químicos de la meteorización

La meteorización química comprende la alteración de los minerales de la roca a nuevos compuestos. Puede incluir los siguientes procesos. a) Oxidación. Proceso por el cual se agrega oxigeno a las rocas, actúa más sobre los minerales de hierro y es favorecida por la humedad, sin la cual este proceso es más lento. Por este efecto se crean suelos de colores rojizos (lateritas), o amarillentos, óxidos hidratados de hierro, carbonatos y sulfatos. En algunos casos por estas reacciones resulta un aumento de volumen, lo cual conlleva a un subsecuente fracturamiento o desintegración de la roca.

* Lateritas : Depósitos de suelo formado a partir de rocas con contenido ferroso, en el cual se ha presentado un proceso de oxidación. Suelo tropical rico en aluminio hidratado con óxidos de hierro. b) Disolución. Algunas rocas carbonosas se diluyen en presencia del agua, como las calizas. El Carbonato Cálcico es poco soluble en agua pura, pero en presencia de Anhídrido carbónico, es disuelto lentamente en forma de Bicarbonato cálcico. Son suelos inestables en estado húmedo, pero en estado seco presentan buenas características desde el punto de vista ingenieríl.

CO3 Ca + CO2 + H2O (CO3H)2Ca

Esta es la causa de la gran cantidad de grietas, cavernas y conductos que hacen muy permeable y débil este tipo de roca. Otro fenómeno de disolución, es el que se presenta en el yeso, que en presencia de agua origina la Karsticidad. FOTOGRAFIA c) Lixiviación. El agua lluvia que se infiltra en la superficie del terreno arrastra el material cementante de las rocas sedimentarias que atraviesa, aflojando las partículas y arrastrando las más pequeñas y los agentes cementantes a estratos más profundos. En áreas de baja precipitación pluvial, el vapor de agua puede llevar los agentes cementantes, tales como sulfatos, carbonatos, etc., a la superficie del terreno, formando una corteza de sal que puede hacer al suelo inapropiado para el desarrollo de cobertura vegetal. FOTOGRAFIA d) Hidrólisis. Corresponde a la formación de iones H+, la cual se produce por un intercambio iónico del agua con un mineral. El grado de acidez del agua acelera todos los procesos, pues con esto gana actividad.


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A partir de materiales presentes en las rocas sedimentarias e ígneas como los silicatos; se llega por medio de la hidrólisis, a un producto como la arcilla. Por esta razón es que más arcillas están compuestas principalmente de Silicatos de Aluminio, producto de la descomposición de los feldespatos. La descomposición del feldespato ortoclasa es el mejor ejemplo de lo expuesto:

2K(AlSi3O8) + H2CO3 + H2O Al2Si2O5(OH4) + K2CO3 + 4SiO2 2 partes Ácido Arcilla Carbonato Sílice Ortoclasa Carbónico de Potasio

O también la ortoclasa así:

2Si3O8AlK + CO2 + 6H2O 2SiO2Al2O3H2O + K2CO3 + 4SiO3H2 Caolinita No se sabe exactamente qué factores determinen la clase de arcilla que se forma por efecto del intemperismo de un feldespato, pero se cree que el clima juega un papel importante, pues la Caolinita tiende a formarse en climas cálidos y húmedos en tanto que la Illita y la Montmorillonita se desarrolla mejor en climas fríos. Observando la ecuación de la descomposición de la ortoclasa se nota que el segundo producto que es el Carbonato de Potasio, soluble en agua, que puede ser arrastrado por infiltración, o consumido por las plantas, o también puede formar parte de la arcilla. e) Carbonatación. Consiste en la acción del agua, conjuntamente con la del anhídrido carbónico, con lo cual se forma ácido carbónico, que reacciona con minerales de hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio; como resultado de esta unión se producen carbonatos (solubles) y bicarbonatos (menos solubles) de estos elementos.

La velocidad de meteorización es inversamente proporcional al tamaño de las partículas; a mayor diámetro, menor velocidad y a menor diámetro mayor velocidad de meteorización. Todos estos procesos revisten gran importancia para la estabilidad de una obra y cuando se encuentran evidencias de estos procesos en sitios donde se adelantan proyectos, es muy importante determinar la aceleración o retraso de los mismos, por el cambio de las condiciones que impone el proyecto y el impacto de estos cambios sobre la estabilidad de la obra.

1.5 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIÓN DE LOS SUELOS

Los suelos formados con los procesos mencionados en los párrafos anteriores ven favorecido o agilizada la degradación de la roca por la combinación de los siguientes factores que influyen en la formación de suelos:


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a) El clima. Las condiciones climáticas de la zona donde se encuentren las rocas y especialmente la lluvia, la temperatura inciden en la velocidad de degradación del material parental. b) El material. Llamado material parental a partir del cual se da origen a los diferentes tipos de suelo conformados por minerales base de la constitución del material parental. c) La topografía. Las condiciones de pendiente o la misma altitud de un sector inciden incidencia en la cantidad y velocidad del agua que corre por encima del suelo y en la cantidad de agua que se infiltra o los contenidos del minerales del agua de escorrentía. d) La vida de las plantas. Las condiciones de equilibrio que adquiere cada sitio debido a la existencia de una vegetación que actúa como cobertura y regulador de la cantidad de agua que le llega y circula por la estructura del suelo tiene incidencia en el proceso de formación de suelos e) El tiempo transcurrido. Este proceso de formación de suelos abarca periodos muy superiores al periodo de vida de los eres humanos y se requiere entonces tiempo para la meteorización disgregación y en algunos casos arrastre y sedimentación.

1.6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO

Corresponde a la descripción litológica del material presente en cada nivel, determinando su ubicación y el espesor del mismo. La descripción se hace de la superficie del terreno hacia abajo. A continuación se hace una descripción de los materiales mas comunes que se pueden encontrar.

Capa Orgánica: Corresponde a la capa más superficial del perfil y es un suelo, muy poco utilizado en las obras de ingeniería, por su contenido de nutrientes que se descomponen con el tiempo y por lo tanto presenta una mayor compresibilidad y baja resistencia. Su color más usual es negro, contiene raíces y algunas veces olor.

Para minimizar el impacto de la obra en el sitio, el ingeniero constructor debe conservar la capa orgánica, evitando su contaminación y reutilizándolo como protección contra el intemperismo del material sano. El intemperismo juega un papel importante en la estabilidad de obras de ingeniería, en los últimos años se ha utilizado como recubrimiento la cobertura vegetal; el suelo orgánico o capa orgánica es el material superficial que sostiene la capa vegetal.

Después de la capa orgánica se presentan diferentes secuencias de depósitos,


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actúan con mayor intensidad en la superficie, al igual que el agua. La otra capa, donde se presentan las fracturas y la roca se divide en microelementos desapareciendo su continuidad.

�ƒ Horizonte B: Se conoce como fase de sedimentación, los fragmentos de roca disminuyen notoriamente en cantidad y volumen, ofreciendo grandes soluciones de continuidad, rellenas con material más pequeño, constituyendo así su unión, originando un nuevo suelo.

�ƒ Horizonte A: Es la fase agro génica, son ricas en materia orgánica, por esto es común su coloración, en su mayoría oscura. Cabe destacar que este suelo como material de ingeniería no es adecuado, pero su conservación es fundamental para la estabilidad en todo proyecto.

Depósitos químicos

Corresponden a rocas sedimentarias formadas por la precipitación en lagos de sales y océanos como resultado de la evaporación del agua. Se pueden encontrar depósitos de varios metros de espesor y se denominan evaporitas. La precipitación ocurre en orden de solubilidad, las más solubles primero conforman la base y las menos solubles al final forman el techo. El orden sería carbonato cálcico, sulfato cálcico, cloruro sódico y otras sales.

1.7.2 Suelos transportados

La roca que dio origen a estos suelos se encuentra en un sitio diferente al depósito del suelo y el medio de transporte puede ser el : Agua, Viento, Gravedad y los Glaciares. Formados por la acción del agua

Llanuras de inundación: Una corriente de agua sobre el lecho inclinado por lo general empieza oscilando de este lado para otro, en curvas variables depositando los materiales de aluvión en el interior de las curvas y erosionando las laderas opuestas. Esto da origen a los llamados Yugo de buey y lagunas, que son ideales para la futura sedimentación de material aluvial y desarrollo de pantanos. Parte de este sedimento se deposita encima de las áreas antes sumergidas, las más superficiales tocan cerca del canal, constituyendo diques naturales, existiendo dos tipos de deposito en el lecho de los ríos : Los meandros y el de inundación. Los depósitos de inundación en las llanuras son variables y de textura gradual desde gravas hasta arcillas.

Valles de inundación: Son los dejados por el material arrastrado por las corrientes de agua en los aluviones o crecientes, en periodos de lluvias intensos en que el agua de los ríos y quebradas inunda las llanuras; y en la vega aledaña van quedando estos depósitos que en muchas ocasiones presentan estratificación pero que son frecuentemente heterogéneos.


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Figura 1.6. Terraza aluvial

Meandros: Este rasgo característico frecuente de todos los cursos fluviales, se encuentra generalmente en ríos de baja pendiente, pero en algunos ríos rápidos también se ha conservado este fenómeno. Sin embargo es raro que un río describa meandros durante un largo recorrido. Los meandros se forman debido a la erosión del centro del canal cuando este comienza a serpentear de un lado a otro. Se pueden distinguir dos tipos de meandros.

�ƒ Meandro de valle. Llamado también meandro encajado. Se presenta cuando las curvas descritas por el valle coinciden en tamaño con los dibujados por los meandros.

�ƒ Meandro de llanura aluvial. Cuando las sinuosidades del río son independientes o a menor escala que las del trazado en el valle.

Depósitos Lacustre: Son los que se han formado por sedimentos en lagos y lagunas existentes o desaparecidas. Este tipo de formación da origen a masas de suelo bien estratificadas y con homogeneidad en sus tamaños de partículas, generalmente muy finas; la masa tiende a ser poco densa y en consecuencia inestable y de baja capacidad de soporte.

Terraza Aluvial: Ofrece una superficie llana, limitada en un reborde abrupto. La cumbre plana a menudo es una superficie terminal de colmatación. Puede presentarse como el resto de un nivel de erosión tallado en la roca “in situ” y recubierto tan solo por algunos aluviones. Algunas veces pueden faltar estos aluviones, entonces se está en presencia de un nivel o de una terraza rocosa. La disposición de las capas aluviales que constituyen la terraza varia según la historia morfológica del valle. Ver Figura 1.6.

Deltas: Se forman cuando la acumulación de los sedimentos aportados por el río supera la erosión. Numerosos deltas se encuentran en mares sin mareas o de marea débil, la ausencia y debilidad de la marea son condiciones favorables.


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Para ciertas corrientes de agua muy cargadas, la marca aun de gran amplitud no llega a destruir los aluviones aportados. Ver Figura 1.7. Un delta puede no estar sumergido, existen deltas submarinos que en mayor incremento en la acumulación pueden transformarse en verdaderos deltas. En un delta hay una formación de canales o tributarios para que el río siga mar adentro. El delta es una forma muy móvil, ya que cada brazo fluvial se levanta por la deposición de aluviales.

Abanico Aluvial: Donde la corrientes descienden de las tierras altas, existe a veces un notable cambio de gradiente, al emerger la corriente en los niveles más bajos. Aparece entonces un deposito de sedimentación, dando nacimientos a los abanicos aluviales. (Figura 1.8). Estos difieren del deposito de delta en su localización y en el carácter de sus restos. Los materiales de un abanico suelen ser de grava y piedra más o menos porosa y en general bien drenadas. Los restos de los conos aluviales son hallados en extensos arcos de regiones áridas, semiáridas y en algunos casos sobre la margen de los cauces, dando origen a cambios en la dinámica del cauce, un ejemplo de estos depósitos en la vía Capitanejo el Espino.

Figura 1.8. Abanico aluvial o cono de deyección

Se forman cuando el torrente llega al valle principal donde termina su curso, o entregan a cauces de menor pendiente, ocurren en los frentes de una montaña y algunas veces coinciden con cuencas secas. El valle principal es por lo general

Figura 1.7. Deltas


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de pendiente transversal débil. También la pendiente del torrente ha disminuido bruscamente y la velocidad del agua se ha reducido. Las pendientes de los abanicos sobrepasan por lo general el 5% y son particularmente tendidas. Los abanicos se encuentran en áreas áridas en donde fluyen arroyos montañosos a amplios valles o hacia la llanura en la desembocadura del arroyo. Depósitos Marinos: Muchos de los sedimentos acarreados por la acción de las corrientes son depositados eventualmente en los océanos, mares y golfos; los fragmentos más toscos cerca del litoral y las más finas partículas a distancia. Los depósitos marinos han sido trasladados y meteorizados por varios agentes. Primero meteorización y erosión para arrojarlos en suspensión dentro de las corrientes, donde se han transportado. Mas tarde el sedimento se sumerge en el océano para ser depositado y estratificado posiblemente después de haber sido presionado y erosionado por las olas durante años. Los últimos efectos son de


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Morrenas: Depósitos de suelo o depósitos clásticos heterogéneos, caóticos, empujados por la acción del glacial, que forman cordones o cerros de alrededor de la periferia del glacial; se dividen en Morrenas frontales, laterales de fondo.

Bloque Herrático: Grandes clastos de roca de transportados y levantados por los glaciales, a muchos kilómetros de su posición inicial, a una nueva ubicación.

Kletlers: Son depresiones en el deposito creadas por la fusión de protuberancias de hielo subyacentes, también conocidas como (marmitas) que son formas complementarias de los Kames.

Lago de Sedimentación: Se dan posteriores a la zona marginal del glacial, son lagos pero cubiertos con sedimentos.

Depósitos Glaciares

1. Lóbulo de casquete glaciar 11. Morrena de fondo 2. Morrena frontal 12. Tillitas 3. Hielo estancado 13. Drumlins 4. Túnel en el hielo 14. Esker 5. Grietas 15. Kames 6. Canal de desagüe 16. Grietas 7. Lago pre-glacial 17. Morrena de fondo 8. Morrena frontal 18. Llanura de lago glacial 9. Bloque de hielo estancado 19. Pozos de hielo 10. Deslaves 20. Llanura de deslave

1.8 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS DEPÓSITOS

Tomando como base el posible perfil que podemos encontrar en una excavación, hacemos una descripción de las características de los materiales que se pueden ir encontrando en una excavación, de lo más superficial hacia lo más profundo. El orden de descripción solo es una propuesta.

Capa Orgánica: Tiene una alta compresibilidad, baja permeabilidad, poco drenaje y baja resistencia, en general se consideran depósitos no aptos para el desarrollo de construcciones, por las características ya mencionadas.

Arcillas: Tiene compresibilidad moderada, es un material impermeable, tiene una expansibilidad de baja a alta (la más expansiva es la Montmorillonita), resistencia moderada y es utilizada como material de construcción o también de cimentación.

Limos: Tiene una degradación menor que la arcilla, sus granos son más gruesos, menos expansiva, menos permeable y una resistencia similar.

Arenas: La resistencia depende de la densidad, es altamente permeable, con expansividad baja o casi nula, se emplea en filtros, drenes y concretos.

Roca: Se puede encontrar desde estado sano hasta estado muy alterado; en estado sano presenta alta resistencia, compresibilidad muy baja, con permeabilidad primaria baja pero la condición principal en un macizo rocoso, es el


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estado de fracturamiento, pues la falla en estos materiales se produce por las discontinuidades o fracturas. La geometría de las fracturas entonces tiene gran importancia en los estudios de la caracterización de un macizo rocoso.

1.9 COMPONENTES DE LOS SUELOS Y ROCAS

Estos están compuestos principalmente por minerales. Un mineral es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura interna característica, determinada por un cierto arreglo especifico de sus átomos y iones. Su composición físico-química y sus propiedades físicas, o son fijas o varían dentro de límites definidos. Sus propiedades físicas más interesantes desde el punto de vista de identificación son: color, lustre, tonalidad de sus raspaduras, raya, forma de cristalización, dureza, forma de su fractura, disposición de sus planos, tenacidad, capacidad para permitir el paso de ondas radiales o luz y la densidad relativa.

1.9.1 Propiedades físicas de los minerales

Forma Cristalina: Cuando un mineral crece sin interferencia, desarrolla una forma cristalina, característica producida por su estructura cristalina.

Peso unitario: Cada mineral tiene un peso definido por unidad de volumen; este peso característico se describe generalmente comparando con el peso unitario del agua. El peso unitario de un mineral aumenta con el numero de masa de los elementos que lo constituyen y con la proximidad o apretamiento con que estén arreglados en la estructura cristalina.

Color: No es propiedad segura para la identificación de la mayoría de los minerales, pero es empleada en ciertas distinciones de carácter general.

Huella o Raspadura: Es el color de una línea de polvo mineral formada cuando la superficie se raya con un objeto duro.

Estriaciones: Propiedad de algunos minerales que presentan líneas paralelas, como fibras o bandas angostas, llamadas estriaciones. que atraviesan sus superficies.

Lustre: Es la apariencia de una superficie recién quebrada vista en luz reflejada por ella (brillante, grasosa, lustrosa, metálica, opaca, etc.).

Gravedad Especifica: Relación del peso del material con el peso de un volumen de agua igual al volumen del material.

Clivaje: Ruptura a lo largo de superficies planas, tersas o definidas. Los planos de clivaje son consecuencia del arreglo interno de los átomos y representan las direcciones en que las ligaduras atómicas son relativamente débiles. El mineral tiende a romperse a lo largo de planos paralelos a esta dirección.

Fractura: Ruptura a lo largo de líneas de fractura. Forma de romper el material.

Dureza: Propiedad física gobernada por el arreglo atómico interno de los elementos de los minerales. La dureza es la medida de la resistencia que la superficie tersa de un mineral ofrece al ser rayada. La escala de dureza de MOHS


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se utiliza como base de evaluación de la dureza de los minerales, tal como se indica en orden creciente de dureza: Talco (El más blando, dureza 1).,Yeso, Calcita, Fluorita, Apatita, Feldespato, Cuarzo, Topacio, Corindón, Diamante (El mas duro, dureza 10). Cualquier mineral de la escala de dureza rayará los minerales situados por debajo de sí. Según la composición mineralogía se pueden encontrar diferentes tipos de suelo, asociados a diversas características.

1.9.2 Suelos granulares

Son los suelos y rocas formados por partículas gruesas. Los minerales predominantes en estos suelos son los siguientes: �ƒ Silicatos

Mas del noventa por ciento (90%) de los minerales que forman las rocas son silicatos y corresponde a un compuesto de silicio y oxigeno mas otros metales. Cada uno de los silicatos minerales tiene como compuesto básico un ion complejo llamado tetraedro de Silicio-oxígeno. Este es uno de los primeros compuestos que se formo al enfriarse la tierra y esta compuesto de un silicio y cuatro oxígenos, que tienen las siguientes cargas y radios:

Radio Carga 1 ión de Silicio 0.42Å +4 4 iones de Oxígeno 1.32Å -8 Ion -4 (SiO4) La unidad básica de la estructura de silicato es el tetraedro de silicio - oxígeno, (Figura 1.13), es el ión complejo más importante en geología, puesto que integra la unidad central constitutiva de casi el 90% de los minerales de la corteza terrestre. Algunos silicatos están formados de tetraedros individuales que alternan con iones metálicos positivos. En otros los tetraedros se unen en cadenas, placas o estructuras tridimensionales.

Figura 1.13. Unidad de silicato. a) Estructura b) Representación simbólica Lamina de tetraedros. Cada tetraedro esta rodeado por otros tres y cada ion de silicio tiene para si uno de cuatro iones de oxigeno, en tanto que comparte otros tres con sus inmediatos. Existen silicatos de estructura tricapa laminar con diversas representaciones como las que se muestra en la Figura 1.14.

a)

b)


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Hornblenda. Cadenas dobles de tetraedros, que cristaliza en el sistema monoclínico, clase prismática. Se presenta en cristales de color negro con brillo de apariencia vítrea. Es un mineral frecuente en basaltos y traquitas.

Biotita. Es una mica de tetraedros en placas de color pardo, negro o verde oscuro.

Cuarzo. Llamado sílice, es el único silicato mineral. �ƒ Óxidos

Los óxidos minerales están formados por la unión directa de un elemento con el oxígeno. Presentan la estructura más simple que los silicatos. Sus principales exponentes son:

Hematita. Cristaliza en el sistema hexagonal, en cristales tabulares a menudo agrupados en roseta. Es la mena más importante de hierro, contiene hasta un 70% y se encuentra en rocas de todas las edades.

Limolita. Roca sedimentaria formada por una mezcla de óxidos e hidróxidos de hierro que proceden de la alteración de otros compuestos.

Magnetita (Fe3O4). Cristaliza en el sistema cúbico y se presenta en cristales octaédricos o masas granulares de color negro con brillo metálico. Es un mineral accesorio muy frecuente en las rocas ígneas y metamórficas.

Corindón (Al2O3). Cristaliza en el sistema hexagonal en cristales prismáticos, tabulares o piramidales, tiene un color muy variado y muchas de estas variedades son gemas. �ƒ Carbonatos

Estos están compuestos por un ión de carbono y tres de oxígeno dispuestos a su alrededor (El ión complejo (CO2)

2-). Estos minerales son el componente principal de la roca sedimentaria común, llamada caliza. Entre ellos se encuentra :

Calcita CaCo3. Cristaliza en el sistema trigonal en hábitos muy variados prismático, romboédrico. Es de color blanco o incoloro pero también puede ser amarillo, rojizo, azulado, grisáceo, verdoso e incluso negro. Se utiliza para fabricar cementos y cal.

Dolomita. Cristaliza en el sistema trigonal clase romboédrica, es transparente y translucido. Se utiliza como piedra ornamental o para la fabricación de cementos y material refractario.

Magnesita. Cristaliza en el sistema trigonal, es de color blanco, amarillo o pardo compactas o terrosas. Se utiliza en la fabricación de material refractario.

�ƒ Sulfatos

Los sulfatos se forman por la unión directa de un elemento con un ión de (SO4)2-,

un ión de azufre con cuatro de oxigeno. Sus principales representantes son :


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Anhidrita CaSO4. Cristaliza en el sistema rómbico, aparece en masas incoloras, grises, azules. Por absorción de agua se convierte en yeso, es utilizada como abono.

Yeso. Cristaliza en el sistema monoclínico, clase prismática. Es incoloro o de color blanco, gris, amarillento, rojizo debido a la presencia de impurezas. Se lo utiliza en construcción en mezcla con agua para recubrimiento y decoración de interiores. Mezclado con la arcilla se lo utiliza como fertilizante. Una variedad es utilizada para esculpir objetos. El yeso es un mineral de origen evaporítico muy abundante.

En estos materiales el comportamiento mecánico e hidráulico, esta principalmente condicionado por su compacidad y por la orientación de sus partículas. La composición mineralógica, juega un papel importante en la resistencia del suelo. Para suelos granulares los minerales más predominantes son los silicatos (aproximadamente en un 90%), feldespatos y óxidos. Algunos materiales utilizados comúnmente como agregados en la preparación del concreto son las calizas y derivados del cuarzo (areniscas cuarzosas). Para estos materiales las fuerzas de gravedad tiene más influencia en su comportamiento que para suelos finos.

1.9.3 Suelos finos (Arcillas y limos)

Los minerales que los componen provienen de la degradación de las rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. La investigación de las propiedades mineralógicas de estos sedimentos, comenzó en épocas recientes (1930) y presenta gran importancia en ingeniería, pues, a diferencia de lo señalado para los suelos gruesos, el comportamiento mecánico de las arcillas se ve decisivamente influido por su estructura en general y constitución mineralógica en particular.

Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la sílica y la alumínica (Figuras 1.13 y 1.15). La primera esta formada por un átomo de silicio, rodeada de cuatro oxígenos, disponiéndose el conjunto en forma de tetraedro. Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidades hexagonales repitiéndose indefinidamente, constituyen una retícula laminar, como se observa en la Figura 1.13.

Figura 1.15. Alumínica a) Estructura de la lámina b) Representación simbólica Las láminas alumínicas están formadas por retículas de octaedros dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxigeno alrededor. También es el oxígeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos, para construir la retícula. Para

a) b)


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algunas clasificaciones las arcillas son en orden de tamaño menores a dos micras. Los minerales que componen la arcilla están constituidos por tetraedros de oxígeno y Silicio enlazados en laminas de cuatro y por octaedros o láminas alumínicas. De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos:

Caolinita (Al4(OH)8Si4O10). Está conformada por una lámina Sílica y otra alumínica, que se superponen indefinidamente. La unión entre todas las partículas es lo suficientemente firme para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas, ver la representación simbólica en la Figura 1.16. En consecuencia las arcillas caolinitas serán relativamente estables en presencia de agua. El termino Caolinita se deriva del chino “Kao-Limg” cerro alto, que corresponde al nombre de la montaña desde donde se embarco por primera vez este material a Europa para usos cerámicos.

Figura 1.16. Representación simbólica de la caolinita Illita (OH)4Ky(Si8-yAly)(Al4Fe4 Mg4 Mg6 )O20. Grupo que incluye a las micas alteradas por aguas superficiales. En la formula química aparece el subíndice “y”, tomando un valor por lo general, igual a 1,5. La Illita y la montmorillonita están estructuradas análogamente, pero en su constitución interna la Illita manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen; por ello, su expansibilidad es menor que la de la montmorillonita y en general las arcillas illiticas se comportan en forma más favorable para su utilización en obras de ingeniería. La estructura es formada por capas o laminas con secuencias de alumínica sobre una lamina de sílica (Figura 1.17). El nombre de Illita fue dado a la arcilla encontrada en el estado de Illinois.

Figura 1.17. Illita a) Estructura tridimensional b)Representación simbólica


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Microfabrica Turbostratica

Esmectita microscopio electrónico Ilita microscopio Electronico

Microfabrica en “panal de abeja”

Microfàbrica laminar Microfabrica Esqueletal


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Estructuras simples

Se producen cuando las fuerzas debidas al campo gravitacional terrestre son claramente predominantes en la disposición de las partículas; es por lo tanto, típica de suelos de grano grueso. Las partículas se disponen apoyándose directamente unas en otras y cada partícula posee varios puntos de apoyo (Figura 1.22). Desde el punto de vista ingenieríl, el comportamiento mecánico e hidráulico de un suelo de estructura simple, queda definido principalmente por dos características: La compacidad (grado de acomodo) y la orientación de sus partículas. En un suelo muy compacto las partículas tienen alto grado de acomodo y capacidad de deformación baja; en suelos poco compactos el grado de acomodo es menor; en ellos el volumen de vacíos y, por ende la capacidad de deformación, serán mayores.

Figura 1.22. Disposición o arreglo de partículas gruesas

De acuerdo a la estructura se presentan variaciones considerables en algunas propiedades físicas como en la porosidad (n) y relación de vacíos (e), los valores correspondientes a ambos casos son :

Estado más compacto: n = 26% e = 0.35

Estado más suelto

Estado más compacto


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Estado más suelto: n = 47.6% e = 0.91 En suelos finos donde predominan las fuerzas intermoleculares se tienen estructuras:

Estructuras en “Castillo de Naipes”: Estructura típica de las arcillas ya que las partículas que las componen presentan en sus aristas una concentración de carga positiva que hace que esa zona localizada se atraiga con la superficie de cualquier partícula vecina (Figura 1.23).

Figura 1.23. Estructura típica de arcillas floculadas.

Estructura Dispersa. Estructura en la que actúan presiones osmóticas que tienden a hacer que las partículas se separen y adopten una posición tal como la que se muestra en la Figura 1.24.

Figura 1.24.Estructura típica de arcillas dispersas

En el caso de los suelos finos la estructura de estos depende de fuerzas intermoleculares, para lo cual se hace necesario conocer mejor la estructura del átomo.

Estructuras Compuestas

Estructura que se ha formado en condiciones que permiten la sedimentación de partículas gruesas y finas simultáneamente. Según lo expuesto y tratando de implementar los términos propuestos por Mitchell, se pueden redefinir las estructuras de la siguiente forma:


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Estructura Panaloide. Se considera típica en granos de pequeño tamaño que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones aire. En estas partículas, la gravitación ejerce un efecto que hace que tiendan a sedimentarse, pero dada su pequeña masa, otras fuerzas naturales pueden hacerse de magnitud comparable, si la partícula antes de llegar al fondo del depósito, toca a otra partícula ya depositada, la fuerza de adherencia desarrollada entre ambas, puede neutralizar al peso, haciendo que la partícula quede detenida antes de completar su carrera; otra partícula puede añadírsele y el conjunto de ellas podrá llegar a formar una celda, con cantidad importante de vacíos, a modo de panal (Figura

Figura 1.25. Estructura paneloide

Estructura Floculenta. Se presenta cuando en el proceso de sedimentación, dos partículas de diámetros menores de 0,02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; así, otras partículas pueden unirse al grupo, formando un grumo, una estructura similar a un panal. esta mecanismo produce una estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacíos (Figura 1.26).

Figura 1.26. Estructura floculenta

1.11 ESTRUCTURA ATÓMICA

Todas las propiedades de los minerales están determinadas por la composición y la estructura interna de los átomos que componen los elementos. Podemos identificar los minerales por sus propiedades químicas pero a menudo acudimos a las físicas como forma cristalina, dureza o a otras para su identificación. 1.11.1 Definiciones

Átomo: Es la fracción más pequeña que conforma la materia, la cual contiene electrones, protones y neutrones (Tabla 1.2); hasta hace algún tiempo fue la


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unidad fundamental, tiene una estructura y un funcionamiento interno que aún se encuentra en estudio, pues la física Newtoniana no tiene la aplicabilidad, pero que sí es fundamental en las partículas gruesas.

Tabla 1.2. Datos de los componentes de un átomo

CARGA MASA

ELECTRÓN - 1 0,00055

PROTON + 1 1,00760

NEUTRON 0 1,00890

Carga eléctrica: Toda materia es eléctrica. Además de la carga eléctrica neta, una partícula de suelo puede poseer una carga de distribución, porque no coincide el centro de carga positiva con el centro de carga negativa. Análogamente, los enlaces cristalinos de una partícula de suelo dan lugar a las cargas locales. Estas fuerzas “internas” en los suelos finos son responsables de la estructura que adopte el suelo.

Masa Atómica: Corresponde a la masa del átomo contenida en un 1cm3 con protones.

Ion: Es una forma eléctricamente desequilibrada de un átomo o grupo de átomos que se encuentran en movimiento.

Ion + : Perdió un electrón y se llama anión. Ion - : Ganó un electrón y se llama catión.

Superficie específica: Es una propiedad a estudiar para conocer mejor la estructura interna de las arcillas. “La superficie especifica de cada partícula de suelo, que esta relacionada con la carga negativa que”1. La intensidad depende de la estructura, por esta razón atrae iones positivos de agua Na+, K+, Ca+, Mg+, Al+++, Fe+++. Lo anterior conduce a que toda partícula de arcilla se ve rodeada de una capa de moléculas de agua.

Coloide: Se emplea para describir una partícula cuyo comportamiento esta controlado por fuerzas de tipo superficial y su diámetro oscila entre 1 y 100 milimicras, se llaman también micelas y se forman por la agrupación de moléculas o de iones.

1.11.2 Fuerzas de atracción y repulsión de una partícula de suelo fino

También denominadas cargas eléctricas y la existencia de estas se puede demostrar mezclando suelo con agua e introduciendo electrodos. En esta experiencia solo se han medido cargas negativas, la cual puede deberse a los siguientes factores:

1 Fuente: tomado de “Mecánica de los suelos” de W. Lambe


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�ƒ Sustitución Isomorfa. (La más importante). �ƒ Disociación superficial en la estructura cristalina. �ƒ Ausencia de cationes en la estructura cristalina. �ƒ Absorción de aniones. �ƒ Presencia de materia orgánica.

1.11.3 Intercambio iónico

Los cristales de arcilla pueden cambiar los cationes absorbidos en su película superficial. La capacidad de intercambio crece con el grado de acidez de los cristales, es decir es mayor si el PH del suelo es menor; la actividad catiónica se hace notable, en general, para valores de PH menores que 7. La capacidad de intercambio también crece con la velocidad y concentración de la solución que circule por la masa de suelo. Las propiedades mecánicas de una arcilla pueden cambiar al variar los cationes contenidos en sus complejos de absorción, pues a diferentes cationes ligados corresponden distintos espesores de la película absorbida, lo que se refleja sobre todo en las propiedades de plasticidad y resistencia de suelo. Por esta razón el intercambio catiónico forzado se ha usado para tratar el suelo con fines de mejorar su comportamiento mecánico. Existen algunos factores que modifican estas fuerzas, como la superficie especifica. 1.11.4 Superficie específica de minerales arcillosos

Como la magnitud de la carga eléctrica esta en relación directa con el área de la partícula, la influencia de esta carga sobre el comportamiento de la partícula en lo que se refiere a las fuerzas de masa, esta directamente relacionado con el área por unidad de masa. “Superficie específica”. cantidad de área por unidad de peso.

Peso

totalÁreaEspecífica Superficie

Tabla 1.3. Datos característicos de la estructura de las arcillas

DIMENSION LAMINAS

ESPESOR SUPERFICIE ESPECIFICA

Caolinita 1000Å – 2000Å 100Å - 1000Å 15 m2/gr

Illita 1000Å – 5000Å 50Å - 500Å 90 m2/gr

Montmorillonita 1000Å – 5000Å 10Å - 50Å 800 m2/gr

Limo Tridimensionales 1 m2/gr

1.11.5 Potencial de intercambio iónico


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Una partícula de suelo, en la naturaleza, atrae iones para neutralizar su carga neta. Estos iones atraídos que se mantiene con un leve enlace sobre la superficie de la partícula y pueden ser fácilmente sustituidos por otros, se denominan “iones de cambio” o iones intercambiables. La partícula con los iones intercambiables es


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Tabla 1.5. Tamaño de grano y superficie específica

Montmorillonita Illita Caolinita Planta de la lámina 0.1 a 1 m 10 m 0.3 a 4 m

Superficie específica

800 m2/g 80 m2/g 15 m2/g (Promedio

estadístico)

Acción Conjunta de las Fuerzas “Externas e internas”: En una suspensión de arcilla en agua, las partículas que conforman la arcilla son partículas coloidales y se encuentran sometidas a la acción de gravedad, tendiendo ir hacia el fondo del recipiente y al interior de las partículas coloidales priman las fuerzas de atracción y repulsión.

1.12 FORMA DE LOS GRANOS

La esfericidad ,es su grado de aproximación a la forma esférica, mientras que su redondez es la angulosidad de sus bordes y esquinas. De acuerdo con la forma, los granos pueden ser agrupados cualitativamente como esferoidal o equidimensional, discoide o laminado, en forma de varilla o prismático y en forma de paleta de acuerdo con su grado de redondez, pueden ser angulosos, subangulosos, subredondeados y redondeados. Estas dos propiedades, aunque frecuentemente confundidas, son geométricamente distintas fundamentalmente y no son afines. Las partículas de la misma forma pueden tener grados variables de redondez y aquellas de redondez similar tienen varias formas (Figura 1.29). Los cristales de granate dodecaédricos, por ejemplo, son muy angulosos o han sido redondeados por la abrasión y su prisma de hornblenda, originalmente euhedral y anguloso, puede ser redondeado sin perder su forma prismática general.

Figura 1.29. Esfericidad bidimensional y redondez de los granos


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Las determinaciones precisas de esfericidad y redondez, que implica las tres dimensiones de una partícula, son tediosas y normalmente no se hacen en los análisis sedimentarios rutinarios. Generalmente, la forma y redondez de los granos son estimados por la comparación visual con una serie de tipos, cuyos contornos son observados en dos dimensiones. Las mismas secciones delgadas ofrecen esta clase de evaluación cualitativa, aunque la redondez la representan mejor que la esfericidad y como la lámina es cortada a lo largo de cualquier plano, en cada grano se manifiestan dos diámetros cualesquiera, que por lo común no representa adecuadamente su forma o esfericidad, pero que sí dan buena idea de su grado de redondez. En la descripción de un material resulta de importancia incluir la forma de los granos.

1.13 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS

Una de las partes esenciales en la utilización de un material como elemento de construcción o como parte de una estructura es la identificación del mineral que lo compone para lograr establecer un comportamiento. Existen diversas formas para realizar la identificación, pero a continuación solo se presentan las Tablas 1.5 y 1.6 que se pueden utilizar para la identificación en el terreno o después de pruebas de laboratorio de acuerdo al rango de variación de los parámetros, y también puede


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utilizarse la Tabla 1.4. Este método es un buen indicativo del tipo de arcilla que se encuentra presente en un sitio.

En la actualidad ya se cuenta con las herramientas necesarias para hacer una identificación de los tipos de minerales que componen un suelo, lo expuesto en el párrafo anterior con la ayuda de las Tablas 1.4, 1.5 y 1.6 sólo es una aproximación, pero en algunos casos especiales puede resultar indispensable determinar esta composición con métodos exactos como: el ensayo de difracción de rayos X, análisis térmico diferencial, microscopio electrónico, microscopio óptico, etc. Cada uno de estos métodos tiene su aplicación de acuerdo al tipo de resultados requeridos.

Tabla 1.6. Principales tipos de minerales

GRUPO MINERALES TAMAÑO

PROMEDIO

CARACTERISTICAS FISICAS PRINCIPALES

Arena muy Fina Cuarzo 1 Abrasiva sin cohesión

Mica Muscovita, Biotita 1 Sin cohesión, se intemperiza

fácilmente compactable

Carbonato Calcita, Dolomita Variable Se pulveriza fácilmente

Sulfato Yeso 1 Ataca al cemento

Alofano Aluminosilicatos, amorfos, atapulgita,

alúmina y sílica hidratadas Variable

Caolín Caolinita y Haloysita = 1 No expansivo, baja plasticidad y

cohesión

Illita Illita y micas parcialmente = 0.1 Expansiva, plasticidad media,

permeabilidad

Montmorillonita Montmorillonita y Bentonita 0.01 Altamente expansiva, muy plástica, permeabilidad extremadamente baja

Clorita Clorita, Vermiculita = 0.1 Expansión baja, resistencia al

cortante baja

Materia Orgánica

Presencia de ácido Húmico y Humatos

Variable Alta permeabilidad, difícilmente

compactable, se puede degradar rápidamente por oxidación

Tabla 1.7. Inferencias de la observación visual

OBSERVACIÓN COMPONENTE ARCILLOSO

DOMINANTE Aguas turbias de coloraciones amarillo-café a rojo-café Montmorillonitas, Illitas y salinidad de suelos

Aguas claras Calcio, magnesio o suelo rico en hierro, suelos altamente ácidos,

arenas

Aguas claras con tonos Azules Caolines no salinos Zanjas de erosión o tubificaciones en el suelo natural Arcillas salinas, usualmente montmorillonitas

Ligeras erosiones o tubificaciones en el suelo natural

Caolinitas

Desprendimientos de suelos Caolinitas y cloritas

Microrelieves superficiales Montmorillonitas

Formaciones rocosas graníticas Caolinitas, micas


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MATERIAL ARCILLOSOS MUY ALTERADO CON CARACTERÍSTICAS

COMUNES DE LAS ROCAS Y LOS SUELOS.


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capitulo 1 constitucion del globo terrestre

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