Origen de los suelos Agentes generadores de suelos

§ Origen de los suelos. § Agentes generadores de suelos. § Suelos residuales y transportados. § Depósitos aluvionales, eólicos, lacustres, § § § marinos, piedemonte. Exploración y muestreo de suelos. Reconocimiento preliminar. Programa de exploración y muestreo. Investigación preliminar y detallada. Métodos de exploración. Obtención de muestras inalteradas. Perforación en suelos. Prueba de Penetración Estándar.

Orígen de la Mecánica de Los Suelos § Un poco de historia: Dr. Ing. Karl Terzaghi, El padre de la mecánica de los Suelos. Mecánica de Los Suelos Según Terzaghi "la Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con SEDIMENTOS y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las ROCAS, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica. “ (Terzaghi) Mecánica de Los Suelos § Rama de la ingeniería que estudia el comportamiento físico de los suelos por medio de sus características índices y de sus propiedades mecánicas e hidráulicas.

Importancia de la Mecánica de Los Suelos § El suelo esta involucrado en todas las obras de ingeniería civil (edificios, carreteras, túneles, muros, torres, canales, puentes, presas, entre otras muchas). § El conocimiento de las características del suelo y de la posible comportamiento del mismo, permite establecer soluciones ingenieriles que garantiza la estabilidad y durabilidad de la obra, y la segunda es que económicamente se da la mejor solución.

Suelo § Consiste en un agregado natural de granos minerales, con o sin orgánicos, el cual puede separarse por medios mecánicos comunes § Puede definirse como todo el material de la corteza terrestre fácilmente removible por medios manuales o mecánicos de poca intensidad y que se encuentra sobre roca fija. Agregado de partículas orgánicas e inorgánicas con organización y perfil definido. § Juarez B. "la palabra Suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. (. . . ). El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecánico del suelo que debe considerarse como parte integral del mismo"

Origen del Suelo § En los Macizos Rocos (Roca Madre) § Por la acción disgregadora de la Meteorización y Erosión Agentes Generadores de Suelo § Físicos (Hielo, agua, viento, temperatura, El Hombre): Comprende una desintegración mecánica. § Químicos (Hidratación, Disolución, oxidación): Agentes que modifican la constitución mineralógica o química de las rocas, ejemplo principal el agua. § Biológicos

§ Meteorización Mecánica. Agentes Físicos. Comprende una desintegración mecánica. Ø La roca se fractura Ø Los fragmento de roca no pierden su identidad Ø La textura y estructura se mantiene en los fragmentos y las partículas Ø La partícula conserva el mineral original que conforma la roca madre Ø Son resultado de la meteorización mecánica: los fragmentos de roca, las gravas, arenas y limos

§ Meteorización Mecánica. Agentes Físicos. Comprende una desintegración mecánica. Ø La roca se fractura Ø Los fragmento de roca no pierden su identidad Ø La textura y estructura se mantiene en los fragmentos y las partículas Ø La partícula conserva el mineral original que conforma la roca madre Ø Son resultado de la meteorización mecánica: los fragmentos de roca, las gravas, arenas y limos

§ Meteorización Química. Agentes Químicos. Comprende una descomposición (transformación) de la roca. Ø La roca se descompone Ø El mineral original de la roca madre se transforma a uno secundario (mas desfavorable) Ø El principal agente de cambio es el agua Ø Se produce arcilla como ultimo proceso de la descomposición

Agentes Generadores de Suelo La acción de los agentes disgregan y transforman la roca creando el perfil de meteorización del suelo.

Suelos Residuales Cuando los productos de la descomposición de las rocas se encuentran aun en el mismo lugar de origen (In Situ), se habla de Suelos Residuales. Se caracterizan por no contener minerales extraños a los de la localidad de origen, yacen sobre la roca intemperizada. Granos angulosos. Suelos Transportados Los Suelos Transportados. Son los que han sido trasladados de su lugar de origen, depositados en otras zonas, yacen a otros estratos sin relación directa con ellos. Conforman los denominados depósitos naturales. Ø Según el agente de transporte, se denominan: Ø Depósitos Coluviales Ø Depósitos Aluviales Ø Depósitos Lacustres Ø Depósitos Litorales Ø Depósitos Glaciares Ø Depósitos de clima áridos y desérticos Ø Depósitos Evaporíticos Ø Depósitos de climas tropicales

Depósitos Coluviales § Son materiales transportados por la gravedad, la acción del hielo – deshielo y el agua § Origen local producto de la alteración In Situ de las rocas y transporte en forma de derrubio de ladera § Si son suelos recientes se consideran frecuentemente, como masas inestables. § La composición del suelo depende de la roca de la que proceden. § Lo conforman fragmentos angulares y heterometricos, de tamaño grueso, en una matriz de material fino. § Su espesor es variable § Son de resistencia baja, sobre todo en el contacto con el sustrato rocoso y por lluvias intensas § Son muy heterogéneos por lo que la definición de sus propiedades físicas, mecánicas y hidráulicas son muy inciertas a partir de una o varias muestras § Es recomendable hacer pruebas rápida en distintos puntos y a distintas profundidades para conocer la variación de la resistencia.

Depósitos Aluviales § Son materiales transportados y depositados por el agua § Lo conforma materiales desde bloques de roca hasta arcillas § Presenta estratificación, ya que el agua como agente de transporte selecciona el tamaño de grano a deposita según su energía. § Se presentan en cauces y valles fluviales, llanura y abanicos aluviales, terrazas y paleocauces. § Son anisotropicos en sus distribución. § Presenta propiedades mecánica e hidráulicas variables, que depende de la granulometría del material § Generalmente bien gradados, problemas de fundaciones son mínimos.

Depósitos Lacustres § Los depósitos lacustres provienen principalmente de los ríos, por un apaciguamiento de la energía del rio al llegar a su desembocadura, § Los sedimentos se depositan a lo largo de la rivera, particularmente en la desembocadura de los ríos, donde se forman abanicos aluviales o deltas, que se extienden al interior del lago. § Las gravas y arenas se depositan en las riveras, en tanto que los limos y arcillas alcanzan el centro del lago. § En general son suelos conformados por limos y arcillas, con alto contenido de materia organica (lo cual representa un gran problema) § En condiciones de salinidad se forma precipitados de sales § Las principales propiedades están en relación a su alto contenido en materia orgánica, siendo en general suelos muy blandos y altamente compresibles, por tanto se producen grandes asentamientos cuando son cargados § Deben tenerse especial cuidado con los asentamiento por lo que tienen que ser cuidadosamente estudiados, requieren de fundaciones y métodos constructivos especiales.

Depósitos Litorales § Se forman por la acción dinámica de las corrientes, oleajes, y las mareas. § Están conformados principalmente por arenas finas y limos, pudiendo contener materia orgánica y carbonatos. Conformados en estratos horizontales § Los sedimentos mas finos, los fangos y la materia orgánica son característicos de las zonas de delta y estuario § Pueden presentarse acumulaciones de arena calcárea. § La consistencia de materiales es blanda a muy blanda y muy anisotrópica. Pueden presentar encostramientos, pero la característica principal es su altacompresibilidad. § Sin embargo las arenas, gravas marinas y los estratos cementados son un excelente apoyo para fundaciones.

Depósitos Glaciaricos § Son depósitos transportados y depositados por el hielo o por el agua. § Su composición es muy heterométrica y errática. § La heterogeneidad y anisotropía es la característica típica de estos depósitos, debido a la presencia desde arcillas hasta gravas gruesas y grandes bloques. § Estos suelos son muy sensibles a las lluvias torrenciales y el deshielo. § Debido al poco grado de encaje entre las partículas, son relativamente permeables § En estos depósitos son muy frecuentes los fenómenos de solifluxión y de inestabilidad de laderas.

Depósitos Eólicos § Son suelos transportados por el viento. § El viento transporta sus materiales de tres maneras, por suspensión saltación, y rodamiento, según sea el tamaño de material y la velocidad del viento § Los vientos pueden arrastrar partículas de tamaño variable, desde limos hasta arenas. § Son característicos de zonas áridas. Tienen la particularidad de cambiar las propiedades mecánicas bajo saturación, experimentando compactación súbita o hidroconsolidación. § Se presentan dos tipos de suelos eólicos: § Loes: Acumulaciones de arcillas, limos y arenas muy finas § Dunas o Médanos : Acumulaciones de arenas medianas a gruesas. Loes § ofrecen resistencia en estado seco, lo cual permite la § § § § existencia de taludes casi verticales. Forma de deposición en mantos. No tiene nivel freático. Permeabilidad baja o nula (impermeable). Angulo de fricción interna nula. Color gris oscuro. Tienen cierta plasticidad Tienen una estructura abierta Dunas § Son depósitos de suelo suelto. No son aptos para § § § fundación. Son de granulometría fina (redondeada). Forma de deposición en forma longitudinal o media luna. Nivel freático bajo. Permeabilidad media o baja. Angulo de fricción corresponde al ángulo de reposo del material. § Sufre hidroconsolidación cuando se saturan.

Loes § ofrecen resistencia en estado seco, lo cual permite la § § § § existencia de taludes casi verticales. Forma de deposición en mantos. No tiene nivel freático. Permeabilidad baja o nula (impermeable). Angulo de fricción interna nula. Color gris oscuro. Tienen cierta plasticidad Tienen una estructura abierta Dunas § Son depósitos de suelo suelto. No son aptos para fundación. § Son de granulometría fina (redondeada). § Forma de deposición en forma longitudinal o media § § luna. Nivel freático bajo. Permeabilidad media o baja. Angulo de fricción corresponde al ángulo de reposo del material. § Sufre hidroconsolidación cuando se saturan.

La investigación de campo (In Situ) constituyen la parte esencial de los estudios del comportamiento mecánico e hidráulico del suelo, necesarios (obligatorio) para el proyecto y construcción de una obra de ingeniería. Estos permiten obtener los parámetros y propiedades que definen las condiciones del terreno en donde se emplazaran un proyecto constructivo, fundación, excavación, túneles, etc. Objetivo General Conocer y cuantificar las condiciones del terreno que puedan afectar la viabilidad, diseño y construcción de una obra o estructura Por lo tanto se busca o se logra alcanzar: § Viabilidad del lugar o emplazamiento en función de las condiciones geotécnicas y geoambientales § Seleccionar los emplazamientos o trazados más favorables § Identificar los problemas de inestabilidad del terreno y los riesgos que se pueden presentar § Determinar las propiedades geotécnicas necesarias para el diseño y construcción de las estructuras.

La exploración del subsuelo esta conformado por un programa de exploración elaborado por etapas, las cuales se definen en función de la información que se va acumulando, por lo tanto no existe una regla para hacer un programa de exploración La planificación del programa de exploración y muestreo del subsuelo se condiciona a: § Objetivos del proyecto, acciones, y solicitaciones de la estructura sobre el terreno § Información previa disponible § Condiciones geológicas regionales y locales § Accesos y características fisiográficas § Selección de los métodos de investigaciones Factores que afectan la exploración del suelo y decisión del programa de exploración adecuado son: La naturaleza del deposito La importancia de la obra

§ Etapas Programa de Exploración del subsuelo 1. Reconocimiento preliminar § Evaluación de las condiciones del suelo cercano a la obra § Comportamiento de estructuras vecinas § Información de revistas técnicas e informes publicados § Mapas y publicaciones estatales § Levantamiento geológicos § Fotografías aéreas y satelitales § Etapas Programa de Exploración del subsuelo 2. Exploración preliminar A. § § § Pozos a cielo abierto o calicatas: Son excavaciones de profundidad pequeña a media Permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar, construir el perfil de suelo y obtención de muestras En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable La sección mínima recomendada es de 0, 80 m por 1, 00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. La profundidad esta restringida a las condiciones del sitio de excavación y localización del nivel freático

Métodos Exploratorios A. Sin obtención de Muestra: § Etapas Programa de Exploración del subsuelo 3. Exploración Detallada § Están en función de la importancia de la obra y de la erraticidad del suelo § Se aplica cuando el programa de exploración de suelo no proporciona suficiente información § Los métodos son seleccionados para obtener la información mas adecuada al menor costo § Métodos Geofísicos § Veleta § Fotografías Aereas § Densímetro Nuclear § Sondeos § Penetrometros B. Con obtención de Muestras Alteradas Barra Helicoidales § Perforación a rotación, percusión, rotaciónpercusión y con lavado § Pozos a cielo abierto § Muestreadores a percusión de pared gruesa C. Con obtención de muestras inalteradas § Pozo a cielo abierto § Perforaciones §

Beneficios Galerías y pozos Ensayos in Situ Sondeos Geofísica Reconocimiento de campo Coste

Métodos Geofísicos

Veleta § Se insertar una veleta en el suelo. § Se hace rotar hasta que el suelo falle al corte. § Se obtiene parámetros como la resistencia no drenada. § Solo debe ser aplicada a suelos cohesivos suaves y medianamente suaves.

Veleta

Densímetro Nuclear § Equipo electrónico de medición capaz de determinar rápidamente y con precisión el porcentaje de humedad y la densidad de suelos o agregados y asfalto, directamente en el sitio.

Penetrometros § Arrojan distintos resultando, según para lo cual fueron diseñados

Barras Helicoidales

Calicatas § Reconocimiento visual directo de la estratigrafía en sus paredes § Extracción de muestras inalteradas de suelos cohesivos, § Realización de ensayos in situ a distintas profundidades.

Prueba de Penetración Estándar (SPT) Es una prueba dinámica realizada en el interior de sondeos durante la perforación. Constituye el ensayo o prueba más utilizado para caracterización geotécnica Permite obtener un valor N de resistencia a la penetración. Con el cual se puede conocer: § Perfil estratigráfico § Densidad relativa § Angulo de rozamiento § Carga Admisible § Asiento en suelo granulares § Asiento en suelo cohesivos por medio de correlaciones

Prueba de Penetración Estándar (SPT) Características: § Martillo de 140 lb (63. 5 Kg) § Altura de caída del martillo 76 cm. § Muestreador de pared gruesa dividido longitudinalmente (cuchara partida o muestreador tipo Shelby) § Se penetra 45 cm y se toma el conteo de golpe de los ultimo 30 cm