CLASES MECANICA SUELOS I CAP I I.ppt

7/29/2019 CLASES MECANICA SUELOS I CAP I I.ppt

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FILIAL TUMBES

PROGRAMA: INGENIERIAS Y ARQUITECTURA

FACULTAD ING. CIVILCICLO 2013 - I

CATEDRA:MECANICA DE SUELOS I CAPITULO II

CATEDRTICO: Ing. CESAR HUGO ALEMAN ALEMAN1

TUMBES, MARZO 2013


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CAPITULOII

SUELOS: ORIGEN Y FORMACION - MINERALESCONSTITUTIVOS

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II.1. MECANICA DE SUELOS

Segn Terzaghi, la Mecnica de Suelos, es la aplicacin de las leyes de lamecnica y la hidrulica a los problemas de ingeniera que tratan consedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partculas slidas,producidas por la desintegracin mecnica o la descomposicin qumica delas rocas, independientemente de que tengan o no materia orgnica.

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II.2. CONSTITUCION INTERNA DEL GLOBO TERRESTRE

La tierra, como planeta del sistema solar comenz a formarse hace unoscinco o seis mil millones de aos.

Su estructura la constituyen capas segn lo siguiente:

CAPAS PROFUNDIDAD(KM)

Litosfera (localmente entre 5 y 200 km) 0 - 60

Corteza (localmente entre 5 y 70 km) 0 - 35

Manto 35 - 2890

Manto superior 35 - 660Astensfera 100 - 200

Manto inferior (Messfera) 660 - 2890

Ncleo externo 2890 - 5100

Ncleo interno 5100 - 6378

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CORTEZA TERRESTRE: Esta debe haberse solidificado hace unos tres milquinientos millones de aos. Es una capa de densidad decreciente hacia lasuperficie. Est constituida por grandes masas heterogneas condepresiones ocupadas por los mares y los ocanos. Flota sobre el magmaterrestre ms denso. Los fondos de las grandes cuencas ocenicas estnformados por la corteza ocenica con un espesor medio de 7 km. Estcompuesta por rocas mficas (silicatos de hierro y magnesio) con unadensidad media de 3 gr/cm3.

Los continentes estn formados por la corteza continental, que estcompuesta por rocas flsicas (silicatos de sodio, potasio y aluminio), msligeras, con una densidad de 2.7 gr/cm3.

La frontera entre corteza y manto se manifiesta por dos fenmenos fsicos.Uno y el ms importante se refiere a la discontinuidad en la velocidadssmica, que se conoce como la Discontinuidad de Mohorovicic, la que esdebida a un cambio en la composicin de las rocas, de unas que contienenfeldespatos plagioclsicos (situadas en la parte superior) a otras que noposeen feldespatos (en la parte inferior).

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MANTO: Se extiende hasta una profundidad de 2,890 km. Est formado porrocas silceas, ms ricas en hierro y magnesio que la corteza. Las grandestemperaturas (de 700 a 2,800C) hacen que los materiales silceos sean lo

suficientemente dctiles como para fluir, aunque en escalas temporales muygrandes. La conveccin del manto es responsable, en la superficie, delmovimiento de las placas tectnicas. Como el punto de fusin y la viscosidadde una sustancia dependen de la presin a la que est sometida, la parteinferior del manto se mueve con mayor dificultad que el manto superior,aunque tambin los cambios qumicos pueden tener importancia en estefenmeno. La viscosidad del manto vara entre 10 e21 y 10 e24 Pa.s. Como

es conocido, la viscosidad del agua es aproximadamente 10 e-3 Pa.s, lo quenos define la lentitud con la que se mueve el manto.

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NUCLEO: Diversas mediciones ssmicas han llegado a demostrar que elncleo est compuesto de dos partes, una interna slida de 1,220 km deradio (con temperaturas del orden de los 6,000C) y una capa externa,semislida que llega hasta los 3,488 km (con temperaturas del orden de los4,000C) . El ncleo interno slido fue descubierto en 1936 por IngeLehmann y se cree que est compuesto de hierro y nquel.

El ncleo externo rodea al interno y se cree que est compuesto por unamezcla de hierro, nquel y otros elementos ms ligeros.

De manera general se cree que los movimientos de conveccin en el ncleoexterno, combinados con el movimiento provocado por la rotacin de la tierra(efecto Coriolis), son responsables del campo magntico terrestre, medianteun proceso descrito por la hiptesis de la dnamo. El ncleo interno estdemasiado caliente para mantener un campo magntico permanente peroprobablemente estabilice el creado por el ncleo externo. 7


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VISTA ESQUEMATICA DEL INTERIOR DE LA TIERRA

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II.3. ANTECEDENTES HISTORICOS DE LA MECANICA DESUELOS

1,000 A.C. durante la dinasta Chou, se dan recomendaciones para laconstruccin de caminos y puentes.

Siglo XVII, aparecen las primeras contribuciones literarias sobre ingeniera desuelos.

Siglo XVIII, comienzo de la ingeniera civil. Se toma la ciencia comofundamento del diseo estructural.

En 1687, el Ingeniero militar francs Vauban, da reglas y frmulas empricaspara la construccin de muros de contencin.

En 1691, el francs Bullet presenta la primera teora sobre empuje de tierrasa la que se suman los franceses Couplet (1727), Coulomb (1773), Rondelet

(1802), Navier (1839), Poncelet (1840) y Collin (1846), seguido del escocsRankine (1857) y el suizo Culman (1866).

En 1773, el francs Coulomb relaciona la resistencia al corte con la cohesiny friccin del suelo.

En 1857, el escocs Rankine presenta su teora del empuje de tierras. 9


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En 1856, se presenta la Ley de Darcy (Francia) y la Ley de Stokes

(Inglaterra) relacionadas con la permeabilidad del suelo y la velocidad decada de partculas slidas en fluidos.

En 1866, Culman aplica grficamente la Teora de Coulomb a muros de

contencin. En 1871, Mohr (Berln) desarrolla el clculo de esfuerzos (una representacin

grfica) en un punto del suelo dado.

En 1873, Bauman (Chicago) afirma que el rea de la zapata depende de lacarga de la columna y recomienda valores de carga en arcillas.

En 1885, Boussinesq (Francia) presenta su teora de distribucin de

esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno. En 1890, Hazen (USA) mide propiedades de arena y cascajo para filtros.

En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometra para mezclas en vas.

En 1906, Muller experimenta modelos de muros de contencin en Alemania.

En 1908, Warston (USA) investiga las cargas en tuberas enterradas.10


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En 1911, Atterberg(Suecia) establece los lmites de Atterberg para suelosfinos.

En 1913, Fellenius (Suecia) desarrolla mtodos de muestreo y ensayos para

conocer la resistencia al corte de los suelos y otras propiedades. Ademsdesarrolla el mtodo sueco del circulo para calcular la falla en sueloscohesivos.

En 1925, Terzaghi presenta en Viena el Tratado ERDBAUMECHANIK quehace de la Mecnica de Suelos una rama autnoma de la ingeniera. A

Terzaghi se le conoce como el Padre de la Mecnica de Suelos.

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II.4. ORIGEN DEL SUELO

SUELO: Es una delgada capa sobre la corteza terrestre, de material queproviene de la desintegracin y/o alteracin fsica y/o qumica de las rocas yde los residuos de la actividad de los seres vivos que sobre ella se asientan.El agua contenida en l forma parte del suelo.

La corteza terrestre est compuesta principalmente por rocas cuya formacingeolgica ha tomado varios millones de aos.

En ese mismo perodo la superficie rocosa ha sufrido una desintegracin yuna descomposicin continuas mediante procesos de meteorizacin(intemperismo).

La permanente exposicin a los agentes atmosfricos: inundaciones,actividad glacial y fuertes vientos, gran parte de los residuos de rocafragmentada por la meteorizacin (intemperismo) ha sido arrastrada,sometida a abrasin y ms fragmentacin y eventualmente depositada; porejemplo, a lo largo del curso de los ros, en lagos y ocanos y a lo largo delcurso de glaciares.

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II.4.1. ORIGEN DEL SUELO: METEORIZACION FISICA

Con los cambios climticos y las fluctuaciones de los niveles medios del mary de la superficie terrestre, este ciclo de erosin, transporte y formacin dedepsitos de los materiales producidos por la meteorizacin (intemperismo)ha sido interrumpido, renovado y repetido innumerables veces durantedecenas de miles de aos.

Dos son los tipos generales de meteorizacin o intemperismo:

- Meteorizacin Fsica o Intemperismo Mecnico: Se le conoce como elproceso en el que las rocas se descomponen en piezas cada vez ms

pequeas por las fuerzas fsicas sin ningn cambio en su composicinqumica.

Cambios de temperatura dan como resultado expansin y contraccin delas rocas; las que provocan grietas en stas. Hojuelas y grandes fragmentosde roca se desprenden. 13


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La accin de congelamiento es otra fuente de intemperismo mecnico delas rocas. El agua puede entrar en los poros, grietas y otras aberturas en laroca. Cuando la temperatura baja, el agua se congela, por lo que aumenta suvolumen en aproximadamente 9 %. La presin resultante es hacia afueradesde el interior de la roca. El congelamiento y el descongelamientocontinuos provocan el rompimiento de una masa de roca.

La exfoliacin es otro proceso de intemperismo mecnico mediante el cual,placas de roca se desprenden de rocas grandes por medio de fuerzas fsicas.

La accin de corrientes de agua, de glaciares, del viento, de las olas delocano (mar), son tambin acciones de intemperismo mecnico.

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II.4.2. ORIGEN DEL SUELO: METEORIZACION QUIMICA

- Meteorizacin Qumica o Intemperismo Qumico: Es el proceso dedescomposicin o alteracin mineral en el que los minerales originales setransforman en algo completamente diferente.

Blyth y De Freitas, en 1984 dijeron que slo ocho elementos contribuyen conms del 98 % del peso de la corteza terrestre:

Oxigeno: 46.6 % Aluminio: 8.1 %

Calcio: 3.6 % Potasio: 2.6 %

Silicio: 27.7 % Hierro: 5.0 %Sodio: 2.8 % Magnesio: 2.1 %

Los agentes qumicos que actan en la meteorizacin de las rocas son:

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II.4.2. ORIGEN DEL SUELO: METEORIZACION QUIMICA

A) Oxidacin: Reaccin qumica que puede ocurrir en las rocas al recibir elagua de lluvia, ya que el oxigeno del aire, en presencia de humedad,reacciona qumicamente producindose el fenmeno de oxidacinprincipalmente si las rocas contienen hierro, identificado por el color pardorojizo de algunas afloraciones.

B) Carbonatacin: Es el ataque que el cido carbnico (CO2 + H2O)efecta sobre las rocas que contienen Fe, Ca, Mg, Na K. por este efecto lasrocas gneas que en su mayora contienen estos elementos pueden serdescompuestas. Un ejemplo es la Ortoclasa (feldespato potsicoperteneciente a las rocas gneas extrusivas, generalmente de color rosado); yque por dicha accin produce la arcilla denominada caolinita. Las calizas son

muy atacables por el CO2 formando cavernas por disolucin.

C) Hidratacin: Conocida como la accin y efecto de combinar un cuerpocon agua para formar hidratos o sea compuestos qumicos que contienenagua en combinacin. El agua se absorbe y se combina qumicamenteformando nuevos minerales.

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II.4.3. ORIGEN DEL SUELO: SUELOS RESIDUALES YTRANSPORTADOS

SUELOS RESIDUALES: Son aquellos que permanecen en el lugar donde seformaron y cubren la superficie de las rocas de las cuales se derivaron. Seencuentran en reas donde la intensidad del intemperismo es mayor que larapidez a la cual los materiales intemperizados se transportan por losagentes de transporte.

La intensidad del intemperismo es mayor en regiones clidas y hmedascomparadas con regiones fras y secas y dependiendo de las condicionesclimticas.

Los suelos residuales derivados del intemperismo de rocas tipo calizas son

casi todos de color rojo.

Los suelos residuales inmediatamente arriba del lecho de roca pueden estarnormalmente consolidados. En estos suelos, las cimentaciones grandes concargas pesadas pueden ser susceptibles a asentamientos por consolidacinconsiderables. 18


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II.4.3. ORIGEN DEL SUELO: SUELOS RESIDUALES YTRANSPORTADOS

SUELOS TRANSPORTADOS: Son suelos producidos por el intemperismode las rocas y transportados por procesos fsicos a otros lugares.

Los suelos transportados se subdividen en cinco categoras principales enbase de su agente de transportacin:

1. Suelo transportado por gravedad.

2. Depsitos lacustres (lagos).

3. Suelo aluvial o fluvial depositado por corrientes de agua.

4. Glaciales depositados por glaciares.

5. Elicos depositados por el viento. 19


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II.4.3.1. SUELOS TRANSPORTADOS POR GRAVEDAD

Los suelos residuales formados sobre una pendiente natural se puedenmover hacia abajo.

Cuando los suelos residuales se mueven por una pendiente natural muylentamente; a este proceso se le conoce como cedencia.

Cuando el movimiento hacia debajo de un suelo es repentino y rpido, sedenomina deslizamiento de tierra.

Los depsitos formados por la cedencia de una pendiente y losdeslizamientos de tierra, se conoce como coluvin. Este viene a ser unamezcla heterognea de suelos y fragmentos de roca que varan de partculas

de tamao de arcilla a rocas con dimetros de un metro a ms.

Los flujos de lodo son un tipo de suelo transportado por gravedad. Estosvienen a ser movimientos descendentes de tierra que se parecen a un fluidoviscoso, y llegan al reposo en una condicin ms densa, y tienen unacomposicin ms heterognea.

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II.4.3.1. SUELOS TRANSPORTADOS POR GRAVEDAD

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II.4.3.2. DEPOSITOS LACUSTRES

Son generalmente de grano muy fino, a causa de la pequea velocidad con

que las aguas fluyen hacia los lagos.

En estos se forman suelos de arcillas estratificadas, que vienen a serestratos alternados de limo y arcilla limosa con espesores que pocas veces

sobrepasan 13 mm.

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II.4.3.3. DEPOSITOS ALUVIALES

Son producto de la accin de corrientes y ros, y pueden ser:

a) Depsitos de corrientes interconectadas: Son corrientes de flujo rpidoy con alto gradiente, muy erosivas, que transportan grandes cantidades desedimento. Estas corrientes pueden acumular una maraa compleja de

canales convergentes y divergentes separados por bancos e islotes dearena.

b) Depsitos de cinturones mendricos: Al piso de un valle en el cual unro serpentea, se le conoce como cinturn mendrico.

En un ro mendrico, el suelo de sus orillas se erosiona continuamente en lospuntos donde tiene forma cncava y se deposita en las orillas donde el bancotienen forma convexa (bancos de arena: arena y limo).

Cuando un ro abandona un meandro (y toma una trayectoria ms corta),este meandro abandonado cuando est lleno de agua se le llama recodo.

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En grandes avenidas los ros se desbordan inundando zonas de bajo nivel.La arena y las partculas de limo transportadas por el ro se depositan a lo

largo de las orillas formando lneas conocidas como bordos naturales.

Las partculas de suelo ms finas: limos y arcillas, son arrastradas por elagua ms lejos hacia las planicies de inundacin. Estas partculas sesedimentan a velocidades diferentes y forman los depsitos pantanosos, que

a menudo son arcillas altamente plsticas.

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II.4.3.3.1. DEPOSITOS MARINOS

El mar es un agente importante en el ciclo de erosin, transporte y formacinde depsitos. Se acumulan dando lugar. Los fragmentos de roca que hansido quebrados y redondeados se acumulan dando lugar a los depsitos deplaya de arena y piedras.

El material fino que se produce por esta abrasin continua (las olas)combinado con los materiales finos llevados al mar por los ros puedepermanecer en suspensin, y por la accin de las corrientes y mareas puede

ser transportado para sedimentarse en grandes reas del lecho marino yformar depsitos marinos.

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II.4.3.4. DEPOSITOS GLACIARES

Estn formados por suelos heterogneos, que van desde grandes bloqueshasta materiales muy finamente granulados, a causa de las grandespresiones desarrolladas y de la abrasin producida por el movimiento de lasmasas de hielo.

A los depsitos sedimentados por los glaciares, se les conoce comoderrubios, los que pueden ser no estratificados y estratificados.

El Derrubio no estratificado: Depositado por el derretimiento de glaciares,se les conoce tambin como tilita.

Las tilitas de arcilla son aquellas con grandes cantidades de partculas detamao de arcilla.

Las tilitas de boleo, son aquellas que contienen grandes volmenes de

boleos.

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Derrubio estratificado: El agua derretida clasifica las partculas segn eltamao de los granos y forma depsitos estratificados.

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II.4.3.5. DEPOSITOS EOLICOS DE SUELOS

El viento es un agente de transporte que conduce a la formacin dedepsitos de suelos conocidos como mdanos o dunas. El viento transportams lejos las partculas de arena ms finas que las grandes.

La granulometra de la arena es uniforme (arenas cuarzosas con algo de

mica).

El Loess es un depsito elico de partculas de limo y de tamao de limo. Ladistribucin granulomtrica del loess es muy uniforme y su cohesin sederiva en general de un recubrimiento de arcilla sobre las partculas detamao de limo que contribuye a la formacin de una estructura estable de

suelo en un estado no saturado. El loess es un suelo colapsible, ya que cuando el suelo se satura, pierde su

resistencia aglutinante entre sus partculas.

La ceniza volcnica (con tamaos de granos entre 0.25 mm y 4 mm) y elpolvo volcnico (con tamao de grano menor de 0.25 mm) se puedenconsiderar como suelos transportados por el viento.

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II.4.3.5. DEPOSITOS EOLICOS DE SUELOS

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II.4.4. SUELO ORGANICO

Se encuentra en reas de poca altura donde el nivel de agua fretica estcerca o arriba de la superficie del terreno. La presencia de un nivel de aguafretica alto fomenta el crecimiento de plantas acuticas que, aldescomponerse, forman suelo orgnico, propio de regiones costeras yglaciales. Presentan las siguientes caractersticas:

Contenido natural de agua entre 200 y 300 %.

Altamente compresibles.

Sometidos a cargas, un gran porcentaje del asentamiento se deriva de su

consolidacin secundaria.

La presencia de materia orgnica se identifica usualmente por un color quevara de gris oscuro al negro y un olor caracterstico producido por lavegetacin en descomposicin. 34


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II.4.4. SUELO ORGANICO

Si la materia orgnica tiene un contenido mineral muy reducido, se ledenomina turba o turbera. Tales depsitos se encuentran encima de limos yarcillas orgnicas y con frecuencia son producto del llenado gradual de loslagos.

La turba fibrosa, es de color caf y sus fibras slo se encuentranligeramente descompuestas.

Turba amorfa, Es un depsito formado por juncos; de color ms oscuro,

menos fibrosa y ms descompuesta que a menudo parece una masa negraesponjosa y gelatinosa.

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II.4.5. SUELOS INORGANICOS

La meteorizacin o intemperismo, produce cambios superficiales en lasrocas, por accin de los agentes atmosfricos.

La alteracin designa los cambios internos de las rocas que se presentan enforma de hidratacin y motiva que se formen nuevos minerales dentro de lamasa ptrea, conservando su individualidad y su identificacin geolgica.

Ambos procesos dan lugar a los suelos inorgnicos.

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