Módulo 1- Origen y formación de los suelos PDF

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tema de origen y formación de suelos desde el inicio de la formación de suelo , incluyen todos sus factores que intervienen en la formación de suelo....

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08/17/2021

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL LICENCIATURA EN EDIFICACIONES

TEMA:

ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS FACILITADOR: Ing. Deeyvid O. Sáez B., PhD

INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS. Objetivo del módulo: ▪ Reconocer el origen, estructura y proceso de formación de suelos de acuerdo a la teoría de formación de suelos.

Origen y Formación de los suelos: ▪ ▪ ▪ ▪

Formación de los suelos. Estructura de los suelos. Tipos más comunes de los suelos. Clasificación visual de suelos.

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Origen y formación de los suelos ▪ Introducción: “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 la descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no materia orgánica”, Karl Terzaghi.

Mecánica

Esfuerzos y deformaciones

Hidráulica

Flujo de agua a través del suelo

Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos: Suelo, en Ingeniería Civil, son los sedimentos no consolidados de partículas sólidas, fruto de la alteración física y/o química de las rocas. Mezcla de: Materia orgánica + Sedimentos + Aire + Agua La materia orgánica está formada por la descomposición bacteriana de restos de plantas y/o animales

Los sedimentos están compuestos de partículas producto de la descomposición de las rocas.

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Principales agentes La alteración física (meteorización física) comprende acciones mecánicas que originan la degradación o reducción del tamaño de las partículas sin ningún cambio en la composición original de la roca paterna. Los principales agentes responsables de estos procesos son la erosión, congelamiento, alivio de cargas, exfoliación y descongelamiento.

La alteración química (meteorización química) causa la reducción de tamaño de las partículas y también la alteración química de la roca paterna. Los principales agentes responsables de las alteraciones químicas son la hidratación, carbonatación, oxidación e intercambio catiónico.

Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Físicos Erosión: es la degradación

y el transporte de suelo o roca que producen distintos procesos en la superficie de la Tierra. Entre estos agentes está la circulación de agua o hielo, el viento, o los cambios térmicos.

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Físicos Congelamiento: formación de cristales de hielo en las cavidades porosas o intersticios de formaciones de suelos o rocas los cuales desarrollan presiones que provocan la fractura del material. Ejemplo de rocas susceptibles a congelamiento es la tiza, a cual cuenta con una alta porosidad

Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Físicos Alivio de Cargas: la formación de grietas y juntas se pueden formar a varios metros de profundidad como resultado de la reducción de la presión de confinamiento. Esto se da debido a erosión, cambios en la presiones de los fluidos, levantamiento de las masas rocosas. Ejemplo, rocas ígneas intrusivas (granito).

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Físicos Exfoliación: propiedad que poseen muchos minerales, por la cual se

pueden separar presentando superficies planas y paralelas a las caras reales (o posibles) del cristal. El plano o planos a lo largo de los cuales se produce esa separación se denominan planos de exfoliación.

Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Físicos Descongelamiento: el deshilo de cristales existentes en los intersticios de suelos y rocas libera presiones, contribuye a la erosión interna y cataliza la meteorización química en aquellos suelos que contienen componentes que reaccionan con el agua (E.j.: carbonatos)

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Químicos Hidratación: Absorción de moléculas de agua en la estructura mineral. Nota: esto normalmente resulta en expansión, algunas arcillas se expanden hasta un 60%, y al admitir agua aceleran los procesos solución, oxidación, reducción y hidrólisis.

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Químicos Carbonatación: Disolución de los carbonatos existentes en el suelo que se transforman en bicarbonatos, penetran en el suelo y pueden precipitar de nuevo en carbonatos. El agua es el agente del proceso. A más agua-más disolución. A menos agua-más precipitación de carbonatos.

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Químicos Oxidación: Reacción química donde se libera electrones. La reacción química opuesta es la reducción. Estas dos reacciones siempre se dan juntas. Cuando una sustancia se oxida, otra se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta.

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Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Agentes Químicos Intercambio catiónico: es la cantidad de iones intercambiables en un mineral arcilloso. Es una medida directa de la capacidad de un mineral de absorber y retener agua.

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Origen y formación de los suelos Principales Factores que inciden en la formación de suelos Factores Litológicos: Son aquellos que se refieren a la naturaleza física y química de la roca madre, la cual puede ser de cualquier tipo. ✓ La materia de origen, de la cual se ha originado el suelo: puede ser una roca ígnea, sedimentaria o metamórfica que se ha transformado lentamente. ✓Composición mineralógica: aquellas rocas que contengan abundantes minerales inestables evolucionarán fácil y rápidamente para formar suelos, mientras que aquellas otras, como las arenas maduras, que sólo contienen minerales muy estables, como el cuarzo, apenas si llegan a degradarse aunque estén expuestas durante largo tiempo a la meteorización. ✓Permeabilidad: regula la penetración y circulación del aire y del agua, lo que va a condicionar de un modo decisivo la fragmentación, alteración y translocación de los materiales. ✓Granulometría: la características de forma y tamaño son influenciadas en la composición mineralógica y determinan el grado de angulosidad del la partícula.

Origen y formación de los suelos Principales Factores que inciden en la formación de suelos Factores Biológicos: Son aquellos que están representados por los seres vivos (plantas, animales, microorganismos), los cuales juegan un papel importantes en el desarrollo de los suelos. ✓Los organismos existentes: particularmente los microorganismos, plantas y animales intervienen en la formación del suelo aportando materia orgánica que acelera la meteorización e incrementa la porosidad y el movimiento del agua y el aire.

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Origen y formación de los suelos Principales Factores que inciden en la formación de suelos Factores Topográficos: Son aquellos que se derivan de la ubicación geográfica de los suelos. ✓ La topografía del lugar: el agua también actúa en el relieve o topografía. ✓El relieve: afecta a la cantidad de agua que penetra en el suelo y a la cantidad de material que es arrastrado, sea por el agua o el viento.

Origen y formación de los suelos Principales Factores que inciden en la formación de suelos Factores Climáticos: Son los más importantes en la formación de los suelos ya que el clima establece las condiciones de temperatura y humedad. ✓ El agua: genera reacciones físico-químicas al entrar en contacto al atravesar las distintas capas induciendo el proceso de hidrólisis y carbonatación. ✓El clima de la región: determina el color de un suelo. ✓La temperatura: está asociada íntimamente al clima, pues a mayor temperatura existe mayor cantidad de arcilla en un suelo.

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Origen y formación de los suelos Principales Factores que inciden en la formación de suelos Factores Temporales: El tiempo es otro factor necesario para que el resto de los factores que influyen en la formación de los suelos puedan actuar. ✓El ser humano y sus obras: la construcción de represas, autopistas, carreteras, etc. alteran las condiciones naturales existentes. ✓Movimientos sísmicos, ciclones y maremotos: estos producen grandes deformaciones en la corteza terrestre. ✓Explosiones nucleares: ocasionan violentos cambios en la corteza terrestre y alteran las condiciones climáticas atmosféricas y ambientales existentes.

Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos a. Angulosidad: Describir la angulosidad de la arena (únicamente tamaños gruesos), grava, bolones, y fragmentos de rocas, como angulosos, sub-angulosos, sub- redondeados, y redondeados de acuerdo con el criterio de la Tabla. Descripción Angulosa Sub-angulosa Sub-redondeado Redondeado

Criterios Partículas con bordes agudos y caras relativamente planas con superficies sin pulimentar. Partículas similares a las angulosas pero con bordes algo redondeados. Partículas con casi todas las caras planas pero con esquinas y bordes redondeados. Partículas con lados curvados suavemente y sin bordes.

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Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos b. Forma: Describir la forma de la grava, bolones y fragmentos de rocas como plana, alargada, o como plana y alargada si cumple con los criterios de la Tabla. De otra manera, no se debe mencionar la forma. Se deberá indicar la fracción de las partículas que tienen determinada forma, por ejemplo un tercio de las partículas de grava son planas. Planas

Cuando la relación ancho/espesor >3

Alargadas

Cuando la relación longitud/ancho >3

Planas y alargadas

Cuando se cumplen las dos condiciones de Planas y Alargadas

Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos c. Color: El color es una propiedad importante para la identificación de los suelos orgánicos, y dentro de una región dada puede ser también útil para identificar materiales de origen geológico similar. Si la muestra contiene capas o manchas de colores variables, deberán anotarse y describir los colores que las representan. Se describirá el color para las muestras húmedas. Si el color es el de una muestra seca, deberá anotarse esto en el informe.

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Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos d. Olor: Describir el olor si es orgánico o poco usual. Suelos que contengan una cantidad significativa de material orgánico generalmente tienen un olor característico de vegetación en putrefacción, el cual se hace más patente en las muestras frescas. Cuando las muestras están secas, a menudo puede revivirse el olor calentando una muestra previamente humedecida. Cuando el olor no es usual (productos de petróleo, químicos y similares), debe describirse.

Suelos orgánicos: Caracterizado por su color gris u oscuro, tiene olor, alta resistencia en estado seco, muy baja resistencia en estado humedo

Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos e. Condición de humedad: Describir la humedad como seca, húmeda o saturada, de acuerdo con los criterios de la Tabla.

Descripción

Criterios

Seca

Ausencia de humedad, polvorosa, seca al tacto.

Húmeda

Húmeda, pero sin agua visible.

Saturada

Generalmente cuando el suelo está bajo el nivel freático - Agua visible.

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Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos f. Reacción con HCl: se utiliza para determinar la presencia de carbonatos en la masa de suelo. La reacción con HCl se describe como nula, débil o fuerte, de acuerdo con los criterios de la Tabla. Puesto que el carbonato de calcio es un agente cementante común, se debe informar de su presencia si la reacción con ácido clorhídrico diluido es importante. Descripción Nula

Criterios Sin reacción visible.

Débil

Reacción ligera, se forman burbujas lentamente.

Fuerte

Reacción violenta, se forman burbujas de inmediato.

Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos e. Reacción con HCl: se utiliza para determinar la presencia de carbonatos en la masa de suelo. La reacción con HCl se describe como nula, débil o fuerte, de acuerdo con los criterios de la Tabla. Puesto que el carbonato de calcio es un agente cementante común, se debe informar de su presencia si la reacción con ácido clorhídrico diluido es importante. Descripción Nula

Criterios Sin reacción visible.

Débil

Reacción ligera, se forman burbujas lentamente.

Fuerte

Reacción violenta, se forman burbujas de inmediato.

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Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos f. Consistencia: es la firmeza con que se unen los materiales que lo componen o la resistencia de los suelos a la deformación y la ruptura. La consistencia del suelo se mide por muestras de suelo mojado, húmedo y seco. Para suelos intactos de grano fino, se debe describir la consistencia como muy blanda, firme, dura, o muy dura, de acuerdo con los criterios de la Tabla. Esta observación no es apropiada para suelos con cantidades significativas de grava. Descripción Muy blanda Blanda Firme Dura Muy dura

Criterios El dedo pulgar penetra en el suelo más de 25 mm. El dedo pulgar penetra en el suelo aproximadamente 25 mm. El dedo pulgar hace hueco de 6 mm. El dedo pulgar no hace hueco en el suelo; pero si lo penetra su uña . La uña del pulgar no hace hueco en el suelo.

Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos g. Cementación: es la cualidad de los suelos para las cual las partículas del suelo se mantienen unidas producto de sus fuerzas internas. Se debe describir la cementación de los suelos intactos de grano grueso como débil, moderado o fuerte, de acuerdo con los criterios de la Tabla. Descripción Débil Moderada Fuerte

Criterios Se desmorona o rompe al tocar o con poca presión de los dedos. Se desmorona o rompe con considerable presión de los dedos. No se desmorona ni se rompe con la presión de los dedos.

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Origen y formación de los suelos ▪ Información descriptiva de los suelos g. Estructura: se refiere al arreglo de las partículas individuales de arena, limo y arcilla. Se describe de acuerdo con los criterios de la Tabla. Descripción

Criterios

Estratificada

Capas alternadas variables de material o color, con espesor de por lo menos 6 mm, los cuales deben anotarse.

Laminada Fisurada Lisa En bloques

Lenticular Homogénea

Capas alternadas variables de material o color, con espesores menores de 6 mm, los cuales deben anotarse. Rompimiento según planos definidos de fractura con poca resistencia a ésta. Planos de fractura lisos o lustrosos; algunas veces estriados. Suelo cohesivo que puede romperse en pequeños terrones angulosos resistentes a un rompimiento adicional. Inclusión de pequeñas bolsas de diferentes suelos; tales como pequeños cristales de arena esparcidos en una masa de arcilla; anótese el espesor. Apariencia y color uniforme.

Origen y formación de los suelos ▪ Formación de los suelos – Propiedades Físicas Otras propiedades de los suelos: ✓ Peso específico: peso de suelo por unidad de volumen. ✓ Estructura: esta relacionada con el arreglo espacial de los minerales y vacíos. Además comprende la composición y las fuerzas entre partículas que contribuye a la estabilidad de los minerales. ✓ Densidad: masa de suelo por unidad de volumen. ✓ Absorción: capacidad para retener agua.

✓ La porosidad: es el espacio vacío en la unidad de volumen del material, expresado en porcentaje. ✓ Permeabilidad: propiedad que permite el paso o la penetración de fluidos a través de la masa.

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Origen y formación de los suelos ▪ Tipos comunes de suelos ✓ Saprolito: Suelo que mantiene la estructura de la roca madre. ✓ Regolito: Material suelto constituido por partículas de roca. ✓ Suelo residual: El que se forma sobre la roca madre (autóctono). ✓ Suelo transportado: El que se forma lejos de la roca madre. ✓ Aluviales o fluviales: depositados por agua en movimiento. ✓ Glaciales: depositados por acción glaciar ✓ Eólicos: depositados por acción del viento. ✓ Turbas: se derivan de la descomposición de materiales orgánicos encontrados en áreas de poca altura donde el nivel freático está cerca o arriba de la superficie del terreno.

Origen y formación de los suelos ▪ Tipos comunes de suelos ✓ Suelos Orgánicos: suelos con altos porcentajes de turba mezclada con suelo inorgánico. Generalmente tienen contenidos de agua entre 200% 300% de contenido de agua. ✓ Humus: Residuo de la descomposición de tejidos orgánicos, que da el color al suelo. ✓ Suelo Calcáreo: suelos que contienen carbonato de calcio y presentan efervescencia cuando son tratados con ácido clorhídrico. ✓ Caliche: es una combinación de arena, grava y arcilla cementada por carbonato de calcio. ✓ Suelos Expansivos: suelos arcillosos que experimentan grandes cambios de volumen como consecuencia de los ciclos de humedecimiento y secado.

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Origen y formación de los suelos ▪ Tipos de suelos según el tamaño de las partículas Gravas: fragmentos de rocas con partículas de cuarzo, feldespato y otros minerales (4.75 mm < tamaño > 75.6 mm). Arenas: formadas principalmente por cuarzo y feldespato y otros minerales (0.075 mm < tamaño > 4.75 mm). Limos: fracciones microscópicos de partículas de suelos que consisten en granos finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas (minerales micáceos) (0.002 mm < tamaño > 0.075 mm). Arcillas: partículas submicroscopicas en forma de escamas, minerales arcillosos y otros minerales (tamaño < 0.002 mm).

Origen y Formación de los Suelos ▪ Composición principal de los suelos: ✓ Oxígeno, Silicio, Hidrógeno y Aluminio son los elementos mas abundantes que componen los suelos. ✓ Calcio, Sodio, Potasio, Magnesio y Carbón también abundan y junto a los anteriores constituyen el 99%de la masa sólida de suelos presentes en la Corteza Terrestre. ✓ La composición mineralógica es el factor primario que controla el tamaño, forma, propiedades y en muchos casos el comportamientos de los suelos. ✓ Las Arcillas se refieren a: 1) tamaño de partículas menores que 0.002 mm, y 2) tipo específico de mineral que posee un tamaño pequeño, una nube de cargas eléctricas negativas, plasticidad cuando se mezcla con agua y resistencia a la degradación.

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Origen y formación de los suelos ▪ Composición principal de los suelos:

DEFINICIÓN DEL SUCS 0.002 mm Arcilla

4.75 mm

0.075 mm Limo

Arena

4.75 mm < Grava < 75.6 mm

Origen y formación de los suelos ▪ Composición principal de los suelos:

DEFINICIÓN AASHTO 0.002 mm

Arcilla

2 mm

0.075 mm Limo

Arena

2 mm < Grava < 75.6 mm

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