Tipos de Suelos desde el punto de vista de la mecanica de suelos • Suelos NO cohesivos: Las partículas de suelo no tienden a juntarse ni a adherirse, sus partículas son relativamente grandes, tambien llamados suelos granulares o friccionantes. (Gravas, arenas, limos) • Suelos cohesivos: Partículas muy pequeñas, predominan los efectos electroquímicos superficiales. Las partículas tienden a juntarse (interacción agua partícula). Suelos plásticos. (Arcillas) • Suelos Orgánicos: Suelos esponjosos, con grumos, compresibles. Prohibitivos para soporte de estructuras de ingenieria. (Turba, Muskeg) Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Estructura del suelo • Definición: La estructura de un suelo es la distribución y ordenamiento geométrico de las partículas o granos minerales, el aire y el agua presentes de un material, como consecuencia de las caracteristicas propias de este, e influenciados por las fuerzas que actuan sobre las partículas.

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• En un suelo de granos gruesos el origen mineralogico que constituye las partículas influye relativamente poco en las propiedades geotecnicas del mismo, en el caso de partículas muy finas la composición mineralogica tiene una gran influencia sobre las propiedades y estructura del suelo.

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• La estructura de un suelo es producto de su historia geologica y su tipo de formación (suelo residual o transportado).

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• Según la estructura del suelo, este respondera a cambios exteriores: principalmente a cargas y a cambios de humedad (agua); o tambien a cambios en la temperatura y a otros factores exogenos para tener en cuenta. ∆σ

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• Las caracteristicas para tener en cuenta son: - Tamaño (Gradación) - Distribución de tamaños (Gradación) - Angularidad, textura y color - Forma de las particulas - Agentes ligantes • Se deberá tener en cuenta que tipo y magnitud de fuerzas que actuan sobre las partículas. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Estructura de los suelos

Tamaño Tamaño Tamaño mínimo (mm) máximo (mm) Fragmentos-Bloques 300 Guijarros-Bolos 75 300 Grava 4.76 75 Arena 0.075 4.76 Limo 0.002 0.075 Arcilla 0.002

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Estructura de los suelos

Angularidad, Forma de las partículas, textura superficial y color,

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Agente cementante Fotografia de un contacto cementado en un suelo

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Estructura de los suelos

Composición del suelo • Suelos - inorgánicos (mineral, roca) - orgánicos (turba, muskeg) Mineral: Elemento o compuesto químico presente en la naturaleza y formado por un proceso geologico, tiene una composición química expresable mediante una fórmula. Roca: Material sólido que constituye la corteza exterior de la tierra y esta formada por uno o mas minerales o cristales. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Clasificación de los minerales • • • •

Carbonatos Fosfatos Óxidos Aragonito (Carbonato) Silicatos (90%) (SiO2)

Arena de oxido de hierro Augita (Silicato) Fosfoderita (Fosfato)

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Estructura de un suelo granular • Un suelo sin cohesión tiende a formar su estructura ,originalmente de granos aislados, debido a las fuerzas gravitatorias actuantes en una estructura granular simple donde cada partícula toca a otras formando un esqueleto granular Estruct. estable aunque no haya Suelta y fuerzas de adherencia compacta entre ellas. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

• La forma como se estructura el suelo es función de las caracteristicas propias del suelo antes mencionadas

Fotografia de un corte transversal Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

• El tamaño de las particulas de este tipo de suelos hace que las fuerzas gravitatorias actuantes sobre cada particula superen las fuerzas ionicas entre partículas. Arena Gravosa Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Cohesión aparente • En los suelos granulares no se generan fuerzas interparticulares, pero en arenas se desarrolla un fenomeno llamado cohesión aparente, el cual se desarrolla cuando el suelo esta parcialmente saturado (ni en estado seco, ni totalmente saturado), y es debido a las fuerzas de tensión superficial desarrolladas por el agua que restringen el movimiento de particulas pequeñas (0.05mm - 5mm)

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Estructura de un suelo cohesivo • En un suelo con cohesión la estructura que se forma, es debido principalmente a las fuerzas ionicas actuantes entre las particulas del suelo. • El tamaño de las particulas de este tipo de suelos hace que las fuerzas interparticulares actuantes superen las fuerzas gravitatorias actuantes sobre cada particula. A este tipo de particulas se les llama coloide. • Como caracteristica la particulas constitutivas son alargadas (largo>>ancho>>espesor), en forma de escamas o láminas, o de de forma cilíndrica o prísmatica. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Fuerzas entre partículas • Son debidas a: - Enlaces ionicos - Fuerzas de Van der Waals - Enlaces de hidrogeno - Atracción gravitacional entre dos cuerpos - Cementante • Teoricamente una particula de suelo posee carga electrica en su superficie, la cual puede ser positiva o negativa, pero experimentalmente solo se han medido cargas negativas. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Fuerzas entre partículas • La carga negativa de una particula es posibleente debida a: - Sustitución isomorfa (más importante) - Disociasión superficial de los iones hidroxilo - Ausencia de cationes en la estructura cristalina - Adsorción de aniones - Presencia de materia orgánica • La magnitud de la carga negativa de las particulas ésta en relación directa con el área de la partícula, su indicador es la superficie especifica. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Superficie específica Tipo de suelo Minerales arcillosas Montmorillonita Ilita Caolinita Arena limpia

Superficie específica (m²/g) Más de 840 65-200 10-20 aprox. 2x10-4

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Tipos de fuerzas entre partículas - Fuerza en el contacto partícula-partícula (Fm) - Fuerza en el contacto airepartícula o aire-aire (Fa) - Fuerza en el contacto agua partícula o agua –agua (Fw) - Repulsión electrica entre partículas (R’) - Atracción electrica entre partículas (A’) Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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Posiciones posibles de dos laminas de arcilla

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Estructura paralela (dispersa) y en panal (floculada) en láminas de arcilla.

Estructuras tipicas de suelos cohesivos

Estructura de Grumos

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Estructuras tipicas de suelos cohesivos a) Floculación salina b) Floculación no salina c) Dispersión

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Estructuras tipicas de suelos cohesivos

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Estructura paralela de una arcilla dura

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Par estereográfico de una estructura en panal de una arcilla blanda

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Estructura en lamina

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Estructura de grumo

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Estructura en forma de panal de una arcilla blanda con granos de cuarzo

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Corte de un esqueleto granular con relleno de arcilla

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Transmisión de fuerzas a traves del suelo

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Estructura de los suelos

Composición del suelo • Suelos - inorgánicos (mineral, roca) - orgánicos (turba, muskeg) Mineral: Elemento o compuesto químico presente en la naturaleza y formado por un proceso geologico, tiene una composición química expresable mediante una fórmula. Roca: Material sólido que constituye la corteza exterior de la tierra y esta formada por uno o mas minerales o cristales. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Clasificación de los minerales • • • •

Carbonatos Fosfatos Óxidos Aragonito (Carbonato) Silicatos (90%) (SiO2)

Arena de oxido de hierro Augita (Silicato) Fosfoderita (Fosfato)

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Clasificación de los silicatos

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Unidades estructurales básicas de los silicatos

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Unidades de dos capas (bicapas)

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Unidades de tres capas (tricapas)

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Retículos tridimensionales • Son minerales que se forman en retículos tridimensionalmentes, de forma aproximadamente equidistante. El cuarzo y los fedelpastos tienden a estructurarse de esta manera.

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