Mecanica De Los Suelos

MECANICA DE LOS SUELOS PROPIEDADES INDICES DE LOS SUELOS 1

¿Qué ES EL SUELO? El suelo es una mezcla de minerales, materia orgánica, bacterias, agua y aire.Se forma por la acción de la temperatura, el agua, el viento, los animales y las plantas sobre las rocas. Estos factores descomponen las rocas en partículas muy finas y así forman el suelo 2

¿Cómo SE COMPONE EL SUELO? El suelo se compone de tres capas: Suelo o capa superior: La capa superior es la de mayor importancia para el hombre. Esta capa contiene los alimentos que la planta necesita. Sin la capa superior o suelo no podría existir la vida. Es de color más oscuro porque tiene materia orgánica que son hojas, tallos y raíces descompuestas. La fertilidad del suelo depende de esta capa. Los agricultores que conservan el suelo tienen mejores cosechas. Subsuelo: está debajo de la capa superior. Este contiene alimentos, pero en una forma que las plantas no pueden usarlos fácilmente. Roca madre: está debajo del subsuelo. Es una capa de piedra de la cual la planta no puede tomar el alimento. Esta es la que da origen al suelo. 3

TIPOS DE SUELOS Existen básicamente tres tipos de suelos atendiendo al grado de desarrollo del perfil, la naturaleza de la evolución y el tipo de humus: Los no evolucionados, Los poco evolucionados y; Los muy evolucionados; 4

TIPOS DE SUELO Los suelos no evolucionados: Estos son suelos brutos muy próximos a la roca madre. Apenas tienen aporte de materia orgánica y carecen de horizonte B. Si son resultado de fenómenos erosivos, pueden ser: Regosoles: si se forman sobre roca madre blanda, Litosoles, si se forman sobre roca madre dura. También pueden ser resultado de la acumulación reciente de aportes aluviales. Aunque pueden ser suelos climáticos, como los suelos poligonales de las regiones polares, los reg (o desiertos pedregosos), y los ergs, de los desiertos de arena. 5

TIPOS DE SUELO Los suelos poco evolucionados Los suelos poco evolucionados dependen en gran medida de la naturaleza de la roca madre y existen tres tipos básicos: Los suelos ránker, son más o menos ácidos y tienen un humus de tipo moder o mor. Pueden ser fruto de la erosión, si están en pendiente, del aporte de materiales coluviales, o climáticos, como los suelos de tundra y los alpinos. Los suelos rendzina se forman sobre una roca madre carbonatada, como la caliza, y suelen ser fruto de la erosión. El humus típico es el mull y son suelos básicos y; Los suelos de estepa se desarrollan en climas continentales y mediterráneo subárido. El aporte de materia orgánica es muy alto, por lo que el horizonte A está muy desarrollado. La lixiviación es muy escasa. Un tipo particular de suelo de estepa es el suelo chernozem, o brunizem o las tierras negras; y según sea la aridez del clima pueden ser desde castaños hasta rojos. 6

TIPOS DE SUELOS Los suelos evolucionados Estos son los suelos que tienen perfectamente formados los tres horizontes. Encontramos todo tipo de humus, y cierta independencia de la roca madre. Los suelos típicos son: los suelos pardos, lixiviados, podsólicos, podsoles, ferruginosos, ferralíticos, pseudogley, gley y halomorfos (solonchaks, alcalinos, solonetz y solods). 7

TIPOS DE SUELOS Los suelos pardos son típicos del bosque templado y el tipo de humus es mull. Los suelos lixiviados son típicos de regiones de gran abundancia de precipitaciones en el clima templado, dominados por los procesos de lixiviación. El tipo de humus también es mull. Los podsoles son suelos de podsolización acentuada; es decir, tienen gran acumulación de elementos ferruginosos, silicatos y alumínicos en el horizonte B. La lixiviación arrastra estos elementos del horizonte A al B. El humus típico es el mor. Es típico de los climas templados. 8

TIPOS DE SUELOS Los suelos podsólicos tienen una podsolización limitada. Son de color ocre claro o rojizo. El tipo de humus es mor y es típico de los climas templados. Los suelos ferruginosos se desarrollan en los climas cálidos con una estación seca muy marcada. A este tipo de suelo pertenece el suelo rojo mediterráneo. Se caracterizan por la rubefacción de los horizontes superficiales. En ocasiones se desarrolla la terrarossasobre roca madre caliza. 9

TIPOS DE SUELOS Los suelos ferralíticos se encuentran en climas cálidos y muy húmedos. La roca madre está alterada y libera óxidos de hierro, aluminio y sílice. Son suelos muy lixiviados. Estos suelos pueden tener caparazón si se ven sometidos a la erosión o a migraciones masivas de coloides. Los suelos gley son suelos hidromorfos, en los que los procesos de descomposición de la materia biológica se hacen de manera anaeróbica, y la carga orgánica es abundante y ácida. Se encuentran en condiciones de agua estancada. Es un suelo asfixiante, poco propicio para la vida. La presencia de agua es permanente, como ocurre en la orilla de los ríos y lagos. Es de color gris verdoso debido a la presencia de hierro ferroso. 10

TIPOS DE SUELOS Los suelos pseudogley son semejantes a los gley; pero la capa freática es temporal, por lo que se alternan los períodos húmedos con los secos. Este suelo y el anterior suelen tener humus de turba. Los suelos halomorfos presentan abundancia de cloruro sódico, ya sea de origen marino o geológico. Según el grado de saturación y de lixiviación se distinguen: ,[object Object]

Suelos alcalinos, que aparecen en climas ligeramente más húmedos, se trata de suelos solonchaks que reciben aportes de agua dulce.

Los suelos solonetz son alcalinos y reciben aportes minerales y orgánicos producto de la lixiviación. Estos coloides forman un horizonte B salino, pero el horizonte A está menos saturado.

Los suelos solods que tienen una lixiviación más intensa que los solonetz, lo que permite que se produzcan fenómenos de podsolización. 11

TIPOS DE SUELOformación del suelo 12

Tamaño y formas de las partículas de suelo LaEstructura del Suelo Se refiere a la manera en que las partículas del suelo se agrupan en fragmentos mayores y la estructura influye en la proporción de agua que es absorbida por el suelo, en la susceptibilidad del suelo a la erosión y en la facilidad de cultivo. ,[object Object]

Si las partículas son más o menos esféricas, la estructura es granular.

Algunos suelos tienen estructura prismática o en columnas, formada por prismas o columnas verticales de tamaño comprendido entre 0,5 y 10 centímetros.

La estructura laminar consiste en trozos planos en posición horizontal. 13

Tamaño y formas de las partículas de suelo Esquema de Clasificación de Textura de los Suelos 14

Tamaño y formas de las partículas de suelo 15

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos Entre las propiedades de los suelos se encuentran: el color, distribución del tamaño de las partículas, consistencia, textura, estructura, porosidad, atmósfera, humedad, densidad, pH, materia orgánica, capacidad de intercambio iónico, sales solubles y óxidos amorfos-sílice alúmina y óxidos de fierro libres. Las propiedades físicas permiten conocer mejor las actividades agrícolas fundamentales como el laboreo, la fertilización, el drenaje, la irrigación, la conservación de suelos y agua, así como, el manejo adecuado de los residuos cosechas. Tanto las propiedades físicas como las químicas, biológicas y mineralógicas determinan, entre otras, a la productividad de los suelos. Hay una relación entre el tamaño de las partículas y su superficie específica (área de las partículas por unidad de masa de material). 16

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos El tamaño del área superficial de un material puede influir en las propiedades físicas y químicas. Los suelos difieren en el área superficial como resultado de las diferencias de textura, tipos de minerales arcillosos y materia orgánica. Propiedades tan importantes como la retención del agua y la capacidad de intercambio iónico dependen de la superficie específica de los suelos. La densidad aparente varía de acuerdo al estado de agregación del suelo, al contenido de agua y la proporción del volumen ocupado por los espacios intersticiales, que existen incluso en suelos compactos. La densidad aparente es afectada por la porosidad e influye en la elasticidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica, en la capacidad calorífica a volumen constante y en la dureza. 17

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos La textura de un suelo es la proporción de los tamaños de los grupos de partículas que lo constituyen y está relacionada con el tamaño de las partículas de los minerales que lo forman y se refiere a la proporción relativa de los tamaños de varios grupos de partículas de un suelo. Para el estudio de la textura del suelo, éste se considera formado por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida constituye cerca del 50 % del volumen de la mayor parte de los suelos superficiales y consta de una mezcla de partículas inorgánicas y orgánicas cuyo tamaño y forma varían considerablemente. 18

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos La distribución proporcional de los diferentes tamaños de partículas minerales determina la textura de un determinado suelo. La textura del suelo se considera una propiedad básica porque los tamaños de las partículas minerales y la proporción relativa de los grupos por tamaños varían considerablemente entre los suelos, pero no se alteran fácilmente en un determinado suelo. 19

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos El procedimiento analítico mediante el que se separan las partículas de una muestra de suelo se le llama análisis mecánico o granulométrico y consiste en determinar la distribución de los tamaños de las partículas. Este análisis proporciona datos de la clasificación, morfología del suelo, así como, de las propiedades físicas del suelo como la permeabilidad, retención del agua, plasticidad, cantidad de aire, capacidad de cambio de bases, etc. Todos los suelos constan de una mezcla de partículas o agrupaciones de partículas de tamaños similares por lo que se usa su clasificación con base en los límites de diámetro en milímetros. 20

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos Clasificación de las partículas del suelo según el UnitedStatesDepartament of Agriculture. Nombre de la partícula límites del diámetro en milímetros TAMAÑO Arena 0.05 a 2.0 Muy gruesa 1.0 a 2.0 Gruesa 0.5 a 1.0 Mediana 0.25 a 0.5 Fina 0.10 a 0.25 Muy fina 0.05 a 0.10 Limo 0.002 a 0.05 Arcilla menor de 0.002 21

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos Los nombres de las clases de textura se utilizan para identificar grupos de suelos con mezclas parecidas de partículas minerales. Los suelos minerales pueden agruparse de manera general en tres clases texturales que son: las arenas, las margas y las arcillas, y se utiliza una combinación de estos nombres para indicar los grados intermedios. Por ejemplo, los suelos arenosos contienen un 70 % o más de partículas de arena, los areno-margosos contiene de 15 a 30 % de limo y arcilla. Los suelos arcillosos contienen más del 40 % de partículas de arcilla y pueden contener hasta 45 % de arena y hasta 40 % de limo, y se clasifican como arcillo-arenosos o arcillo-limosos. 22

TAMAÑOS Y TEXTURAPropiedades de los suelos Los suelos que contienen suficiente material coloidal para clasificarse como arcillosos, son por lo general compactos cuando están secos y pegajosos y plásticos cuando están húmedos. Las texturas margas constan de diversos grupos de partículas de arena, limo y arcilla y varían desde margo-arenoso hasta los margo-arcillosos. Sin embargo, aparentan tener proporciones aproximadamente iguales de cada fracción. Para determinar el tipo de suelo de acuerdo al porcentaje de sus componentes minerales, es decir, para hacer la clasificación de las texturas se utiliza el denominado Triángulo de textura de suelos, una vez que se ha determinado experimentalmente la proporción de las partículas constitutivas de un suelo. 23

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa del suelo. El estudio del suelo y subsuelo no debe limitar en donde se realizará la obra civil, sino debe abarcar las zonas aledañas a la construcción. El estudio debe incluir todos los principales accidentes geográficos como ser quebradas, riachuelos, zona anegadas y la vegetación que existe en toda la zona elegida para la construcción. 24

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por el agua que circula a través del suelo y en los sistemas de sub drenaje usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular debidamente graduado. La gradación adecuada de estos materiales , denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis granulométrico. 25

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada partícula independiente del suelo, la práctica solamente agrupa los materiales por rangos de tamaño. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de la muestra pesada a través de los tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en cualquier tamiz consiste en partículas de muchos tamaños todos los cuales son menores al tamaño de la malla del tamiz en el cual el suelo fue retenido. 26

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas rectangulares que varían en tamaño desde 101.6 mm (4") en la parte más gruesa hasta el número 400 (0.038 mm) en la serie correspondiente a suelo fino, sin embargo, en la práctica el tamiz mas pequeño es el tamiz No.200 (0.075). Para mallas de tamaño inferior al de este tamiz es difícil permitir el paso libre del agua. Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No.200 como un punto divisorio, las clasificaciones se basan generalmente en términos de la cantidad retenida o cantidad que pasa a través del tamiz No.200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de partículas de suelo menores que el tamiz No.200. Cuando se presenta esta necesidad, entonces se recurre al método del análisis granulométrico del hidrómetro, que es comúnmente utilizado. 27

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva. Para poder comparar suelos y visualizar más fácilmente la distribución de los tamaños de granos presentes, y como una masa de suelos típica pueden tener partículas que varíen entre tamaños de 2.00 mm y 0.075 mm las más pequeñas, por lo que es necesario recurrir a una escala muy grande para poder dar el mismo peso y precisión de lectura a todas las medidas, es necesario recurrir a una presentación logarítmica para los tamaños de partículas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que pasa como la ordenada en la escala natural de la curva de distribución granulométrica. 28

ANALISIS GRANULOMETRICObase teórica Tamiz ( A S T M ) Tamiz (Nch) Abertura Real Tipo de (mm.) (mm.) Suelo 3 ” 8 0 7 6 , 1 2 2 ” 5 0 5 0 , 8 0 1 1 / 2 ” 4 0 3 8 , 1 0 GRAVA 1 ” 2 5 2 5 , 4 0 3 / 4 ” 2 0 1 9 , 0 5 3 / 8 ” 1 0 9 , 5 2 Nº 4 5 4 , 7 6 ARENA GRUESA N º 1 0 2 2 , 0 0 N º 2 0 0 , 9 0 0 , 8 4 ARENA MED I A N º 4 0 0 , 5 0 0 , 4 2 N º 6 0 0 , 3 0 0 , 2 5 N º 1 4 0 0 , 1 0 0 , 1 0 5 ARENA FINA N º 2 0 0 0 , 0 8 0 , 0 7 4 T a b l a d e n u m e r a c i ó n y a b e r t u r a d e t a m i c e s 29

ANALISIS GRANULOMETRICOlimites de consistencia Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido. 30

ANALISIS GRANULOMETRICOlimites de consistencia L. Contracción L. Plástico L. Líquido Sólido Contracción Líquido Semi - Sólido Plástico 0 W% 100 W% Límites de Atteberg Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. 31

ANALISIS GRANULOMETRICOlimites de consistencia Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico. Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. De ahí que se puedan determinar sus estados de consistencia al variar si se conoce las fronteras entre ellas. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico en función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las mas conocidas las de Terzaghi y Attergerg. Para calcular los limites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y la poción retenida es descartada. 32

ANALISIS GRANULOMETRICOlimites de consistencia La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua a que se encuentra se anota como límite plástico. La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción y a la frontera entre el límite plástico y líquido se llama límite líquido y es el contenido de agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se colocará en una copa estándar, y ranurará con un dispositivo de dimensiones también estándar, sometido a 25 golpes por caída de 10 mm de la copa a razón de 2 golpes/s, en un aparato estándar para limite líquido; la ranura efectuada deberá cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm 33

ANALISIS GRANULOMETRICOlimites de consistencia Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno. 34

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