6. Geomorfología Del Planeta Tierra

GEOMORFOLOGÍA DEL PLANETA TIERRA

I N G E N I E R Í A E N C O N S T R U C C I Ó N

IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA Y LA GEOTÉCNIA Grietas

Fisuras

Colapso obra


IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA Y LA GEOTÉCNIA

Necesidad de llevar a cabo estudios geológicos aplicados a la ingeniería

Deslizamientos durante la construcción del Canal de Panamá

Rotura de presas por causas geológicas: Presa de San Francisco (1928)



Los factores geológicos son la causa de la mayoría de los problemas geotécnicos

Riesgos geológicos Litología (Roca dura-blanda) Fallas y discontinuidades Pliegues



El agua es uno de los factores de mayor incidencia en el comportamiento geotécnico de los materiales

Disolución cavidades hundimientos Acción Química ataque a cementos, rocas y metales Alteraciones cambios en propiedades fisicas y quimicas, perdida de

resistencia


IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA Y LA GEOTECNIA

Los procesos geológicos pueden modificar el comportamiento de los materiales, incidiendo sobre el medio físico, y ocasionar problemas geotécnicos.

Sismisidad Vulcanismo Subsidencia


ORIGEN DE LOS SUELOS

Todos los suelos se originan a partir de los distintos tipos de rocas existentes en la naturaleza (ígneas, sedimentarias y metamórficas), mediante procesos de alteración.

Estos Procesos son:

• Meteorización.

• Transporte.

• Sedimentación.


ESTRUCTURA DE LA TIERRA

Corteza: Suelo Roca


ROCA SUELO

La diferencia mas significativa entre la roca y el suelo es la Resistencia.

ROCA : Material altamente resistente Formado por partículas minerales unidas por fuerzas

cohesivas muy altas.

SUELO : Material de menor resistencia El agregado de partículas que forman el suelo están

separadas ligeramente con medios mecánicos de poca fuerza.


ROCA SUELO

ROCA METEORIZACIÓN

SUELO


METEORIZACIÓN

Las rocas se forman, en general, bajo la superficie de la tierra, en condiciones de presión y temperatura diferentes a las que predominan en superficie.

La acción del agua, glaciares, viento y oleaje, permite que estas rocas afloren y queden expuestas al ataque de la atmósfera y de agentes orgánicos.

Cuando están expuestas, las rocas son transformadas por el proceso denominado meteorización.


METEORIZACIÓN

Meteorización física proceso de ruptura de la roca.

Los agentes principales de este tipo de meteorización son organismos, ciclos congelamiento y fusión del agua, cambios de temperatura, etc.


METEORIZACIÓN

Meteorización Química Una vez que la roca está fracturada, agentes químicos disueltos en el agua pueden penetrar a la roca y destruir las estructuras de los minerales

Los principales agentes son dióxido de carbono, proveniente de la atmósfera y del suelo, y ácidos orgánicos disueltos por el agua infiltrada.

Si estos ácidos disuelven minerales que constituyen el cemento de algunas rocas sedimentarias y/o el relleno de algunas discontinuidades selladas, la roca se debilita o se disgrega.

Los minerales más fácilmente alterables son la calcita, dolomita y yeso.


METEORIZACIÓN

Clasificación de Rocas Meteorizadas. (Modificado de Waltham,1994).

Grado Descripción Litología Fundaciones

VI Suelo residual Algún contenido orgánico, no se preserva estructura original, todos los minerales están descompuestos, excepto el cuarzo.

Inadecuado sin análisis de suelo.

V Completamente meteorizada

Suelo, aún se reconoce

estructura original.

Necesita análisis de suelo.

IV Intensamente meteorizada

Parcialmente transformada a

suelo, predomina suelo sobre roca.

Variable y poco confiable como

medio de fundación si no se cuenta con

análisis.

III Moderadamente meteorizada

Parcialmente transformada a

suelo, predomina roca sobre suelo.

Buena para la mayoría de estructuras pequeñas.

II Ligeramente meteorizada

Roca fracturada, pátinas de alteración, feldespatos

parcialmente alterados.

Buena excepto para grandes presas.

I Roca fresca Roca limpia Buena para cualquier

estructura.


RESISTENCIA DEL MATERIAL ROCOSO

Resistencia de una muestra de roca intacta depende:

De la resistencia de los minerales que la componen De la manera en que ellos están unidos (cristalización o

cementación)

Resistencia de una roca sedimentaria depende:

De manera importante del cemento Del arreglo de las partículas.


RESISTENCIA DEL MATERIAL ROCOSODescripción y estimación de la resistencia en terreno. (Modificado de Waltham,1994).

Descripción roca UCS(Mpa) Características

Roca muy resistente >200 Rebote del martillo

Roca resistente 100-200 Se rompe con un golpe firme de martillo

Roca moderadamente resistente

50-100 Se marca con el martillo

Roca moderadamente blanda

10-50 No se rompe con la mano

Roca blanda 1.5-10 Se rompe con un elemento punzante

Roca muy blanda 0.6-1.5 Se rompe con la mano

Suelo muy firme 0.3-0.6 Se marca con la uña


SUELO: INTERACCIÓN DE DIFERENTES FACTORES

Material parental Incluye todos los tipos de rocas y establece el carácter del suelo. EJ. Granito Maicillo

Topografía Pendientes empinadas no permiten el desarrollo de suelos porque la tasa de erosión es alta.


SUELO: INTERACCIÓN DE DIFERENTES FACTORES

Clima Afecta la disponibilidad de agua, controla ciclos congelamiento/fusión, humedad secado, tipos de organismos, etc.

Organismos El rol principal es mecánico (raíces)

TiempoDifícil de evaluar porque depende de los otros factores mencionados.

En general, en regiones cálidas y húmedas, el suelo demora menor tiempo en formarse que en las regiones más frías y secas.

PROCESOS GEOLÓGICOS


¿SUELO? ¿ROCA?

Suelo es todo agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como la agitación en

agua.

Roca es un agregado de minerales unidos por fuerzas cohesivas, poderosas y permanentes .

TERZAGHI


CICLO ROCA-SUELO


CICLO ROCA-SUELO


CICLO EROSIVO

ROCA

EROSIÓN

SUELO

FÍSICA

QUÍMICA

In Situ Cambios de T Crecimiento de

cristales Tensiones de la corteza Gravedad Actividad Orgánica

Transporte Gravedad Agua Viento Hielo

HidrataciónHidrólisisDisoluciónOxidación


CICLO EROSIVOEROSIÓN FÍSICA IN SITU

Cambio de T : ( Exfoliación ) Los cambios de T más presencia de agua, generan una fractura violenta, expansiones térmicas

Crecimiento de Cristales : Aumento de cristales de agua, por ciclos de hielo - deshielo, producen fracturación de la roca, lo que depende del grado de porosidad.

Acción orgánica : Por acción de vegetales y animales, rompen y desplazan la roca

Tensión de la corteza : Rotura por efecto de esfuerzos de tensión mayores a la resistencia al corte. Las fallas se conocen como Diaclasas y Dislocaciones

Gravedad : Debido a tracciones de macizos rocosos , sin soporte lateral. Fallas o diaclasas verticales


CICLO EROSIVO

EROSION FISICA TRANSPORTE Y EROSIÓN

Gravedad: Fuerza que contribuye a transportar el material de una zona alta a una baja de una roca ya erosionada.

Agua: Transporta y erosiona activamente, ya sea por lluvia, río o mar, fracturando y moliendo el trozo inicial.

Hielo: Efecto combinado de transporte y erosión por fricción, fracciona en partículas muy pequeñas y transporta partículas grandes.

Viento: Acción erosiva de materiales finos no cohesivos, transportando a grandes distancias


CICLO EROSIVO

EROSIÓN QUÍMICA

Hidratación: Adición de agua para transformar un compuesto en otro Aceleración del proceso con presencia de otros elementos.

Hidrólisis: Descomposición química por efectos del agua más anhídrido carbónico.

Disolución: Disolución de una roca debido a la presencia de agua y anhídrido carbónico. Se generan grietas, cavernas y oquedades. Se denomina a esto Fenómenos Kársticos.

Oxidación: Transformación de óxidos ferrosos en férricos ante la presencia de agua y T .


PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICO DE LOS MINERALES ARCILLOSOS

ARCILLA : Partículas menores a 0,002 mm (AASHTO) Producto de la meteorización química Presentan cohesión y plasticidad

MINERAL ARCILLOSO : Se dividen en 3 grupos principales, Sus formaciones cristalinas

dependen de la organización de 2 unidades estructurales. Caolinitas: Estable, baja absorción , baja retracción y expansión. Ilitas: Por su adherencia son menos estables, poseen mayor

absorción de agua y mayor potencial de expansión y contracción. Montmorilonitas : Muy susceptibles a la absorción, son de muy alto

potencial de expansión – contracción (considerable aumento de volumen al absorber partículas de agua)


PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICO DE LOS MINERALES ARCILLOSOS


DISTINTOS PROCESOS QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DEL SUELO


OBJETIVOS DE LA MECÁNICA DE SUELOS

Respuesta del suelo a la acción antrópica que altera las condiciones del medio natural

Excavaciones, Explanaciones, Aplicación de carga a terreno.

Respuesta del suelo depende de muchos factores Material preexistente en la zona Macizo Rocoso respuesta condicionada por resistencia de la roca Suelo Tiene Poros, partículas con distintos grados de cementación ,

diferentes compuestos como materia orgánica (deformable), carbonatos (ayudan a la cementación), sales, etc.

En suelo se debe analizar La deformabilidad que introducen las cargas Problema del flujo del agua en el interior del suelo


CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Las partículas de un suelo se clasifican atendiendo a su tamaño, fundamentalmente. Para ello existen normativas en los distintos países (SUCS en EEUU, CTE en España, BS en el Reino Unido), que

presentan muchas similitudes, tal como se puede ver en la imagen inferior.


CLASIFICACIÓNDE SUELOS

Se denominan suelos granulares a aquellos en los que predominan gravas y/o arenas y/o limos y que proceden de procesos de meteorización mecánica, fundamentalmente, seguidos de transporte y sedimentación.

Se denominan suelos cohesivos a aquellos en los que predominan arcillas y que proceden de procesos de meteorización química, fundamentalmente, seguidos de transporte y sedimentación


DIFERENCIACIÓN DE PARTICULAS

Gravas y arenas: En presencia de agua su comportamiento es muy distinto. De hecho, con poca humedad las partículas de arena tienen cierta “cohesión”, es decir, se unen entre sí, incrementando su resistencia, lo que no ocurre con las partículas de grava.


DIFERENCIACIÓN DE PARTICULAS

Limos: se pueden considerar partículas similares a las de arena, pero de tamaño más pequeño. Esto hace que:

• Sean relativamente impermeables.

• En seco presenten una reducida resistencia.


GRANULOMETRÍA

La granulometría es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los

correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica con fines de análisis tanto de su origen como

de sus propiedades mecánicas.


GRANULOMETRÍA DE SUELOS

• Objetivo:

Determinar la proporción en que se encuentra cada grupo de partículas (de distintos tamaños).

• Tipos:

• Análisis granulométrico por tamizado: Realizado mediante las normas UNE 103101:1995 y/o ASTM D422-

63(2007). Modalidades: vía seca (con el suelo seco) o vía húmeda. Separa partículas hasta 0,060 –0,075 –0,080 mm, en función de la

normativa utilizada.

• Análisis granulométrico por sedimentación: Realizado mediante la norma UNE 103102:1995. Se lleva a cabo en muy contadas ocasiones, porque no aporta

información muy relevante. Separa partículas de tamaños inferiores a 0,060 –0,080 mm.


PROCEDIMIENTO

1. Para realizar un análisis granulométrico � se emplean tamices, que son cilindros con aberturas en su fondo de un tamaño normalizado.

2. Se disponen uno encima de otro, colocando el de abertura mayor en la parte superior y los siguientes decreciendo progresivamente. En el fondo de la columna de tamices se coloca una bandeja y el conjunto se dispone en una tamizadora manual o automática cubierto por una tapa metálica.

3. Se coloca la porción de suelo a analizar sobre el tamiz superior y se le somete a vibración en dirección horizontal y vertical, de forma que las partículas van cayendo a través de la serie de tamices. Finalizado el proceso de vibración, se pesa lo retenido en cada uno de los tamices y en el fondo.


TAMICES


COMO PROCEDER: Representando sobre unos ejes de coordenadas, en abscisas (en escala

logarítmica) los diámetros de las aberturas de malla de la serie de tamices empleada, y en ordenadas el porcentaje de partículas que pasa a través de un determinado tamiz, se obtiene un punto por cada tamiz, que unidos dan lugar a la curva granulométrica del suelo:

Masa muestra =2028,0 Humedad =18,4% Masa seca =1712,8


CURVA GRANULOMÉTRICA

De la curva se logra obtener:

•D60•D30•D10


GRANULOMETRÍA

CU: coeficiente de uniformidad.

CU> 10 Suelo no uniforme Partículas tamaños variados.⇒ ⇒ CU< 2 Suelo uniforme Partículas tamaños parecidos.⇒ ⇒

CC: coeficiente de curvatura.


CURVA GRANULOMÉTRICA


LIMITES DE ABTTERGER

• Los límites de Atterberg son valores característicos de la humedad de un suelo.

• Se determinan mediante ensayos normalizados sencillos Se determinan mediante ensayos normalizados sencillos y rápidos.

• Se han fijado arbitrariamente.• Caracterizan la fracción fina del suelo Limo o arcilla⇒


LÍMITES DE ATTERBERG: LÍMITE DE RETRACCIÓN (WS)

• Se define como aquella humedad en la que una mayor pérdida de agua no provoca disminución alguna del volumen del suelo, es decir, la humedad exacta que se requiere para llenar los huecos de una muestra que ha sido secada.

• También se puede definir como la humedad de un suelo cuando está saturado con volumen mínimo.

• Se determina mediante las normas UNE 103108:1996 y/o ASTM �D427-04, No obstante, apenas se obtiene porque no es necesario para identificar y clasificar suelos.


LÍMITES DE ATTERBERG: LÍMITE PLÁSTICO(WP)

• Es el mínimo contenido en agua con el que el suelo permanece en

estado plástico, es decir, en el momento en el que se va a producir el

cambio del estado plástico a un estado semisólido desmenuzable.

• Se determina mediante las normas UNE 103104:1993 y/o ASTM �D4318-00


LÍMITES DE ATTERBERG: LÍMITE LÍQUIDO, (WL)

• Es la humedad a la que el suelo pasa del estado plástico al líquido, es decir, comienza a comportarse como un lodo viscoso y a fluir bajo su propio peso.

• Se determina mediante las normas UNE 103104:1993 y/o ASTM �D4318-05. utilización de la cuchara de Casagrande.

• Por lo tanto, se obtiene para cada ensayo el número de golpes �necesario para que la muestra de suelo ranura da se junte.

• Estos valores se llevan a la gráfica logarítmica y se procede como �se indica para obtener el límite líquido del suelo.

• La normativa ASTM también permite el cálculo numérico del �límite líquido.


LÍMITES DE ATTERBERG: LÍMITE LÍQUIDO, (WL)


CLASIFICACIÓN USCS

• El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) es el sistema de clasificación más utilizado a nivel mundial. Está normalizado según la norma ASTM D2487-06E01.

• Para los suelos con partículas de tamaño superior a la �abertura del tamiz nº 200 (0,075 mm), el criterio básico de clasificación es el granulométrico.

• Para el otro tipo de suelos, son las características de �plasticidad la que determinan su comportamiento, y en consecuencia definen su clasificación.

• Como este sistema se lleva utilizando de forma generalizada ��en muchos países y durante muchos años, a partir de la denominación del suelo ya se pueden saber de forma cualitativa sus principales propiedades y las obras en las que se pueden utilizar


PRINCIPALES PROPIEDADES Y UTILIZACIÓN DE LOS GRUPOS DE SUELOS


PRINCIPALES PROPIEDADES Y UTILIZACIÓN DE LOS GRUPOS DE SUELOS

Esta tabla presenta el grado de adecuación de cada tipo de suelo para diferentes obras (los números pequeños indican una óptima utilización).


CLASIFICACIÓN USCS


CLASIFICACIÓN USCS


CLASIFICACIÓN USCS


CLASIFICACIÓN USCS


Propiedades material grano fino cambian con adición de agua

Si el material se seca, se obtendrá un volumen mínimo (Vo) compuesto por partículas sólidas y poros.

+ agua a la muestra el contenido de humedad aumenta volumen se mantendrá constante (el

agua rellena los poros disponibles). ++agua muestra saturada todos los

poros llenos de agua.

LÍMITES DE ATTERBERG



+++ Agua El V aumenta y la muestra se comporta eventualmente como un material

plástico.

Límite Plástico (LP): El contenido de humedad al cual la muestra se comporta realmente como un material plástico

++++ Agua material se comporta como un fluido viscoso. Límite Líquido (LL)= contenido de humedad de la muestra cuando esta tiene una resistencia al cizalle de 1 gr/cm2.


Límites de Atterberg

El rango de humedad entre el LP y LL es= Índice de Plasticidad (IP)= LL-LP.

Material de alta plasticidad= IP altoMaterial de baja plasticidad = IP bajo

Si a > cantidad de agua, la muestra es líquido verdadero y la resistencia al cizalle es 0 => Límite de floculación.


Límites de Atterberg

La tenacidad y resistencia aumentan con

el índice plástico.

Ej. al mismo contenido

de humedad, un suelo plástico es más

resistente que uno de menor plasticidad.


RELACIÓN LÍMITES DE ATTERBERG Y MINERALOGÍA

Altos valores de LL y LP indican esmectitas, bajos indican caolinita, pero LP también es influenciado por cantidad de material de tamaño arcilla (Actividad). El IP también es controlado por la cantidad de cada mineral de arcilla presente.

Por lo tanto, los límites de Atterberg son solo comparativos y dicen relación con el comportamiento pero no permiten conocer la mineralogía.




CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN LA A.A.S.H.T.O

• Se emplea para determinar la calidad relativa del suelo para su utilización en terraplenes, subrasantes, subbases y bases para la construcción de carreteras.

• Con los datos de cada suelo (granulometría, wL e IP) se entra en el cuadro inferior y se obtiene la clasificación del suelo.





• A la denominación del suelo se le añade el índice de grupo, con lo que la

clasificación del suelo queda completada. En el cálculo del índice de grupo se deben tener en cuenta las consideraciones siguientes.

1. Si el índice de grupo es negativo, se debe considerar su valor nulo. Asimismo, si el suelo no es plástico y, en consecuencia, no se puede determinar el límite líquido, también se tomará como nulo.

2. En los subgrupos A-2-6 y A-2-7, el índice de grupo se calculará utilizando

únicamente la porción de IP de la expresión.

3. Si GI = 0 se tiene un material bueno, mientras que si GI ≥20, el material es muy malo.


COMPARACIÓN ENTRE A.A.S.H.T.O Y S.U.C.S

Tabla que muestra la

relación entre los dos

sistemas de clasificación:

SUCS y AASHTO

6. Geomorfología Del Planeta Tierra

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