TEMA A0SUELO Y ROCA. GEOTECNIA.SUELO Y ROCA. GEOTECNIA.

MECÁNICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES - ARQUITECTURA – 3º CURSO – 2º CUATRIMESTRE

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN• INTRODUCCIÓN

• SUELO Y ROCA

• CICLO GEOLÓGICO

• TIPOS DE SUELOS Y ROCAS• TIPOS DE SUELOS Y ROCAS

• EROSIÓN

• MINERALES DE ARCILLA

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1. INTRODUCCIÓN

Globo terrestre:

- Corteza (20-50 km),Corteza (20 50 km),

- Manto (hasta 2970 km)

- Núcleo (hasta 6370 km)- Núcleo (hasta 6370 km)

Actividad humana se desarrollaActividad humana se desarrollasobre la corteza terrestre queestá constituida por suelos y

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rocas

DEFINICIÓN DE SUELO Y ROCA

Roca: es un agregado natural departículas minerales unidasmediante grandes fuerzascohesivas

Suelo: es todo elemento naturalt d ú lcompuesto de corpúsculos

minerales separables por mediosmecánicos de poca intensidad,como es la agitación en aguacomo es la agitación en agua

De ambos surgen: Mecánica del Suelo y Mecánica de Rocas. Ambas estánenglobadas en el término Geotecnia: Ciencia que se ocupa de lasmodificaciones que, en los estados de equilibrio y tensión de la corteza terrestre,

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q , q y ,producen las construcciones humanas.

CICLO GEOLÓGICOExisten varios procesos que están continuamente actuando sobre la cortezaterrestre como la erosión, la tectónica y el vulcanismo. Debido a este proceso

i t ti t f ió d l l i A texiste una continua transformación de la roca en suelo y viceversa. A esteproceso de transformación se llama CICLO GEOLÓGICO.

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TIPOS DE SUELO

Según su formación, se clasifican:

Suelo residual. Obtenido de laSuelo residual. Obtenido de ladesintegración de la roca que seencuentra en el mismo lugar que seformó.formó.

Suelo Transportado. Se formó enun lugar y se encuentra en otro porhaber sido transportado Estos puedenhaber sido transportado. Estos puedenser a su vez:

1. Suelos coluviales. Transportados por eli t d d t S d it iviento, gravedad, etc. Se depositan sin

ordenación de tamaños de laspartículas.

2 S l l i l El t

Por su origen

Inorgánico procede de la2. Suelos aluviales. El agua en esta casotransporta al material meteorizado adistancias mayores depositándose conordenación de tamaños de partículas

Inorgánico, procede de ladescomposición físico-química delas rocasOrgánico cuando tiene su origen en

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ordenación de tamaños de partículas Orgánico cuando tiene su origen enanimal o vegetal.

TIPOS DE ROCA

En base a su composición, relaciones geométricas(textura) y características genéticas, las rocas se( ) y gpueden clasificar en:

Rocas sedimentarias: Conglomerados,Areniscas Limolitas Argilitas Margas CalizasAreniscas, Limolitas, Argilitas, Margas, Calizas,Calizas margosas, Calcarenitas, Dolomías,Yesos.

R t ó fi C it PiRocas metamórficas: Cuarcitas, Pizarras,Esquistos, Gneises, Corneanas.

Rocas plutónicas o intrusivas: Granitos,Dioritas, Gabros, Pórfidos, Peridotitas.

Rocas volcánicas o extrusivas: Basaltos,Fonolitas, Piroclastos, Traquitas, Ofitas, Riolitas,Andesitas, Dacitas

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Clasificación de la Sociedad Internacional de Mecánica de las Rocas

LÍMITE ENTRE SUELO Y ROCAEs difícil de delimitar, siendo el valor de la resistencia a compresión simple uncriterio para establecer este límite

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PERFIL DE METEORIZACIÓN

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International Society for Rock Mechanics (ISRM)

EROSIÓN-METEORIZACIÓN

Los suelos salvo varias excepciones proceden de las rocas de lacorteza terrestre a través de procesos de erosión que puede sercorteza terrestre a través de procesos de erosión que puede serFÍSICA, QUÍMICA y BIOLÓGICA

E FÍSICAE. FÍSICA:

Produce el fraccionamiento de las rocas sin cambios en suócomposición. Principales agentes:

In Situ: Gravedad, cambio de tº y humedad, tensiones en laycorteza, etc.Transporte: Agua, viento, hielo, cristalización de sales, etc.

La profundidad a la que afecta la erosión depende del clima, lapermeabilidad de la roca, etc. Si la erosión in situ es intensa, laprofundidad esta limitada a 1 ó 2 m. a partir de la superficie.

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p p p

EROSIÓN-METEORIZACIÓN

E. QUÍMICA:Produce un material de composición mineralógica distinta de la quetenia la roca madre. Este tiene lugar en presencia del agua.La principales reacciones son:p p

Hidratación. Adición de agua a un compuesto químico. Ejemplo, la anhidritao sulfato de calcio en yeso (SO Ca 2H O) Rápida solubilidado sulfato de calcio en yeso (SO4Ca.2H2O). Rápida solubilidad

Hidrólisis. Descomposición química. de una sustancia por medio del agua.Ejemplo, silicatos de Al, Mg, K, etc., por hidrólisis setransforman en arcilla.transforman en arcilla.

Oxidación Cambios químicos acompañados de modificación de lascaracterísticas físicas. Ejemplo arcilla con tonalidadesrojizas o amarillentas. Presencia de óxido férrico.

Disolución. Proceso por el cual la roca se disuelve formando grietas ocuevas. Ejemplo, roca caliza en presencia de anhídridocarbónico se disuelve en forma de carbonato cálcico.

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ROCAS SOLUBLES.

Cueva del gato (Grazalema- Cádiz)

El sumidero.Entrada aguasarriba de la presa(Grazalema Cádiz) arriba de la presade Montejaque(1923-1024)

Estalactitas en la CuevaEstalactitas en la CuevaGabriel. Oaxaca, México

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ROCAS SOLUBLES. El yeso, en condiciones normales, es poco soluble al aguaestancada, del orden de 2 g por litro. Pero si en el terreno existencorrientes de agua, su velocidad de disolución aumentaconsiderablemente, y pueden producirse cavernas.

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Cueva en terreno yesífero. Las Simas (Zaragoza)

ATAQUES A HORMIGONES

El lf t l i

Q

El yeso, sulfato cálcicohidratado, SO4Ca.2H2Oreacciona con el componented l t AlC ( l i tdel cemento AlCa3 (aluminatotricálcico), formandosulfoaluminato tricálcico o salde Candlot haciendo perder lade Candlot, haciendo perder laresistencia al hormigón(calentamiento). Para que seproduzca la reacción esproduzca la reacción esnecesaria la presencia de agua,que contenga el ión sulfato(SO4

=) soluble(SO4 ) soluble.

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ATAQUES A HORMIGONESGRADO

DE ATAQUEP.P.M. DE SO4

= EN ION

SOLUBLE RECOMENDACIONES

Q

MUESTRAS DE AGUA

EN MUESTRAS

DE SUELO % DE SO4

=DE SO4

Despreciable 0 a 150 0,0 - 0,1 No es necesario tomar precaucionesespeciales.

Positivo o 150 a 1000 0 1 0 2 Se recomienda el uso de cementos conPositivo o ligero

150 a 1000 0,1 - 0,2 Se recomienda el uso de cementos conun contenido de aluminato tricálcicoinferior al 8 %

Considerable 1000 a 2000 0 2 - 0 5 Se recomienda el uso de cementos conConsiderable 1000 a 2000 0,2 - 0,5 Se recomienda el uso de cementos conun contenido de aluminato tricálcicoinferior al 5 %

Severo >2000 >0,5 Se recomienda el uso de cementos conSevero >2000 >0,5 Se recomienda el uso de cementos conun contenido de aluminato tricálcicoinferior al 5 %

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Norma de USA- Geotecnia y Cimientos I

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MINERALES DE ARCILLA

Las arcillas proceden de las rocas sedimentarias. Son principalmente una mezclade silicatos de aluminio hidratados

Imagen el MET de cristales de caolinita (39 000 X) Se diferencian por el tamaño de

las partículas (d<2 micras), ytambién por los minerales que lo

de caolinita (39.000 X)

componen

Se demuestra que las partículas dea cilla son CRISTALES de especiesarcilla son CRISTALES de especiesmineralógicas bien identificadas.

Los minerales arcillosos son desdeLos minerales arcillosos son desdeel punto de vista químico, silicatosde Al, Fe y Mg.

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MINERALES DE ARCILLAMINERALES DE ARCILLA

Estructuralmente estánEstructuralmente estánformados por lacombinación de dosunidades básicasunidades básicas.

1º Tetraedro (4 átomos deoxigeno que rodean a unoxigeno que rodean a unátomo de silicio).

2º Octaedro (6 átomos de2 Octaedro (6 átomos deoxigeno o ión hidroxilorodean a un átomo de Al,Mg, etc.)

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g, )

Minerales de ArcillaDe la combinación de tetraedros yoctaedros resultan una gran variedad de

i l illminerales arcillosos:- Caolinita: 2 capas: tetraedro +

octaedro.- Illita: 3 capas : 2 und de tetraedro que

encierran a una de octaedro, perounidas con átomos de K.

- Esmectita tiene una estructura similar ala Illita, pero enlazadas por cationes

Esmectitas son arcillas expansivas, cuyomineral más frecuente es lamontmorillonita

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montmorillonita.

Minerales de Arcilla

Illita tiene morfologías densas planares. Es la especie mineralógica que más abunda en la naturaleza Caolinita forma columnas

Destaca en las esmectitas la propiedad de incorporaragua aumentando su volumen o espaciado basal.

pseudo hexagonales bien ordenadas. Se utiliza para fabricar porcelana g p

Para identificar los minerales de arcilla se utilizan los métodos de

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difracción de Rayos X, la microscopía electrónica, etc.

FUERZAS FÍSICO-QUÍMICAS ENTRE PARTÍCULAS DE ARCILLAENTRE PARTÍCULAS DE ARCILLA

Las pa tí las de a illa tiene en s s a asLas partículas de arcilla tiene en sus carascargas - y en los bordes + o -. Paraneutralizar las cargas diversos iones se

úsitúan en la superficie. En el caso de lamontmorillonita se sitúan cationes (+).La carga neta (-) que es neutralizada porg ( ) q plos cationes (+) forman lo que se llamaCAPA DOBLE.

Debido a la existencia de cargas - en lascaras y + o – en los bordes y los iones quese sitúan en ellas, se originan dos tipos dese sitúan en ellas, se originan dos tipos defuerzas en los contactos, las de atracción(cara-borde o borde-borde) y las derepulsión (debidas a la capa doble)

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repulsión (debidas a la capa doble)

FUERZAS FÍSICO-QUÍMICAS ENTREQUÍMICAS ENTRE

PARTÍCULAS DE ARCILLA

Según las fuerzas ejercidas (atraccióno repulsión), se establecen en principiodos tipos de reordenamiento: floculadodos tipos de reordenamiento: floculadoy disperso.

Fl l d L lt t d l fFloculado. La resultante de las fuerzases de atracción. Las partículas adoptanformas de “castillo de Naipes” (> alta porosidad, n).

Dispersa. La resultante de las fuerzaspes de repulsión. Las partículas secolocan casi paralelamente unas conotras (< , baja porosidad, n).

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otras (< , baja porosidad, n).

Estructura dispersa (laminar)

Estructura floculada (panel

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de abeja)

BIBLIOGRAFÍA

Las fotos, tablas y figuras corresponde a los siguientes textos: Geotecnia y cimientos I, Ingeniería Geológica y Manual de campo para la descripción y

t i ió d i fl i tcaracterización de macizos rocosos en afloramientos

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