Estructura De Los Suelos

TEMA II ESTRUCTURA DE LOS SUELOS

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS OBJETIVOS

 DIFERENCIAR LOS ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA ESTRUCTURA DEL SUELO

 CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE ESTRUCTURAS DE LOS SUELOS GRANULARES

 CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE ESTRUCTURAS DE LOS SUELOS COHESVOS

 CARACTERIZAR DIFERENTES TIPOS DE MINERALES ARCILLOSOS

 ESTABLECER DIFERENCIAS ENTRE LA ESTRUCTURA DE SUELOS GRANULARES Y SUELOS COHESIVOS

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Produce una respuesta a los cambios exteriores ambientales, tales como cargas, agua, temperatura y otros.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Gaseosa

Vw

Liquida

Ww

Vs

Sólida

Ws

6m

ELEMENTOS DEL SUELO

DIAGRAMA DE FASES

1m 2m

3m

4m

Vv

Wa

6m

1m

Va

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Aire, metano

AGUA

•Minerales. •Materia orgánica. •Productos de meteorización.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS EN GENERAL DEPENDE DE: Tamaño de los granos del suelo. Forma de los granos del suelo. Distribución de los granos del suelo. Composición mineralógica.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS

Estructura de los suelos granulares Estructura de los suelos cohesivos

Estructura de los suelos granulares TAMAÑO DE LOS GRANOS DEL SUELO  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 FORMA DE LOS GRANOS DEL SUELO 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 y alta en condiciones dinámicas.

Estructura de los suelos granulares DISTRIBUCIÓN DE LOS GRANOS DEL SUELO Condicionada por el tamaño y forma de los granos del suelo.  Estructuras simples  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 Suelos densos y sueltos

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)

Estructura de los suelos granulares Arreglo (packing)

Arreglo cúbico simple

Arreglo rómbico

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Relación de vacíos: Vv e= Vs

Densidad: Grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando espacios vacíos entre ellos en mayor o menor cantidad.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Se mide usando la Densidad relativa (Dr):

 e Max. − e  Dr (%) =   * 100  e Max. − emin .   Dr tiende a 0% en suelos sueltos  Dr tiende a 100% en suelos densos

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS 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 bien gradada

Distribución granulométrica mal gradada

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Condición del suelo

Dr (%)

Muy suelta

0 - 20%

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

Identificación del terreno Fácilmente removida con el dedo pulgar o el puño.

90% – 100% Requiere equipos pesados para aflojar el material, o incluso de explosivos.

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 COMPOSICIÓN MINERALÓGICA  Minerales predominantes: Silicatos, principalmente feldespatos de potasio, sodio o calcio, olivino serpentina, óxidos (magnetita, corindon), Carbonatos (calcita, dolomita) y Sulfatos (anhidrita y yeso).

La composición mineralógica no es determinante

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS

Estructura de los suelos granulares

Estructura de los suelos cohesivos

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS EN GENERAL DEPENDE DE: Tamaño de los Granos del Suelo. Forma de los Granos del Suelo. Distribución de los Granos del Suelo. Composición Mineralógica.

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 DE LOS GRANOS DEL SUELO  Partículas  Son

menores de 0,002 milímetros.

muy livianos y dominan las fuerzas superficiales.

Estructura de los suelos cohesivos FORMA DE LOS GRANOS DEL SUELO  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). As = Superficie / Volumen  Alta compresibilidad bajo cargas estáticas y baja en cargas dinámicas.  Son Hidrófilos (atraen al agua).

Estructura de los suelos cohesivos DISTRIBUCIÓN DE LOS GRANOS DEL SUELO En los suelos disponen en:

finos

 Estructuras dispersas  Estructuras

floculadas

 Estructuras

panaloides

los

granos

se

Estructura de los suelos cohesivos Tipos de estructura en los suelos cohesivos:

ESTRUCTURA DISPERSA ESTRUCTURA FLOCULADA

ESTRUCTURA PANALOIDE

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. ESTRUCTURA FLOCULADA

- Es una estructura panaloide compuesta.

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 DISTRIBUCIÓN DE LOS GRANOS DEL SUELO Determinada por: Fuerzas interparticulares

Minerales arcillosos

 Enlaces de Hidrogeno  Enlaces Iónicos  Enlaces de Van Der Waals

Caolinitas Montmorilonitas  Ilitas

Estructura de los suelos cohesivos COMPOSICIÓN MINERALÓGICA  Los agentes de descomposición actúan sobre las rocas para producir arcilla, las cuales están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, y en menor proporción silicatos de magnesio y hierro. Agentes de descomposición Silicatos de aluminio hidratados, y en menor proporción silicatos de magnesio y hierro.

La constitución mineralógica es determinante en su comportamiento

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  LAMINAS

SILÍCICAS:

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.

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  CAOLINÍTAS : Formadas por una lámina silícica y una alumínica superpuestas indefinidamente. La unión es firme y no permite la penetración de moléculas de agua, dado que la actividad superficial es pequeña

La caolinita es el mineral arcilloso menos activo. Son usadas en la fabricación de porcelana.

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 poderes de hinchamiento o expansión grande.

Estructura de los suelos cohesivos  ILÍTAS : 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.

Estructura de los suelos cohesivos CAOLINÍTA

MONTMORILONÍTA

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS ESTRUCTURAS COMPUESTAS

Armazón de granos redondeados sin cohesión que se mantienen unidos por un agente cementante.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Agentes cementantes: Arcilla. Carbonatos. Óxido de Calcio. Sílice Coloidal.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS TIPOS DE ESTRUCTURAS COMPUESTAS

-Estructura matriz -Estructura de unión de puntos -Estructura de unión total

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS TIPOS DE ESTRUCTURAS COMPUESTAS

Ligante o Material Cementante

Ligante o Material Cementante

Estructura matriz Ligante Suelto

Estructura unión total

Ligante Compacto

Estructura unión de puntos

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Estructura matriz

Ligante o Material Cementante

- Volumen cementante mayor que el de granos. - Si el cementante es arcilla adquiere sus propiedades físicas.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Estructura de unión de puntos

Ligante Suelto Ligante Compacto

- Material cementante concentrado en puntos de contacto. - Son rígidas, incompresibles y resistentes a choque y vibración. - El cementante puede ser ablandado por el agua.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS Estructura de unión total -Los granos redondeados se tocan unos con otros y el material cementante está 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