INDICE1.1 ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS.31.2 IMPORTANCIA DE LA MECANICA DE SUELOS....91.3 TIPOS DE ESTRUCTURAS131.4 TIPOS DE ARCILLAS...21

1.1 - ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOSConstitucin del globo terrestreEl globo terrestre est constituido primeramente, por un ncleo formado predominantemente por compuestos de hierro y nquel. Se considera, al presente, que la densidad media de este ncleo es considerablemente superior a la de las capas ms superficiales. Un manto fluido (magma) rodea al ncleo.

Envolviendo al manto se encuentra la corteza terrestre, capa de densidad decreciente hacia la superficie, formada sobre todo por silicatos. Esta capa de espesor medio de 30-40 km est constituida por grandes masas heterogneas con depresiones ocupadas por los mares y ocanos. Toda esta corteza se encuentra aproximadamente en estado de balance isosttico. Subyaciendo a la corteza terrestre propiamente dicha, existe una pequea capa, formada por la disgregacin y descomposicin de sus ltimos niveles; esta pequea patina del planeta, es el suelo.

Suelo Se trata de un conjunto con organizacin definida y propiedades que varan vectorialmente. En la direccin vertical generalmente sus propiedades cambian mucho ms rpidamente que en la horizontal. El suelo tiene un perfil, y este es un hecho del que se hace abundante aplicacin.

Para la mecnica de suelos, suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidos de esta definicin las rocas y los depsitos de sedimentos que no se ablanden rpidamente por accin de la intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecnico del suelo, que debe considerarse parte integral del mismo.

La corteza terrestre es atacada principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios de accin de estas sustancias sumamente variados. Sin embargo el ataque puede ser incluido en dos grupos: descomposicin mecnica y descomposicin qumica.Desintegracin mecnica.- El trmino desintegracin mecnica se refiere a la intemperizacin de las rocas por agentes fsicos, tales como cambios peridicos de temperatura, accin de la congelacin del agua en las juntas y grietas de las rocas, efectos de organismos, plantas, etc. Por estos fenmenos las rocas llegan a formar arenas o, cuando mucho, limos y solo en casos especiales arcillas.

Descomposicin qumica.- Por descomposicin qumica se entiende la accin de agentes que atacan las rocas modificando su constitucin mineralgica, o qumica. El principal agente es, desde luego, el agua y lo mecanismos de ataque ms importantes son la oxidacin, la hidratacin y la carbonatacin. Los efectos qumicos de la vegetacin juegan un papel no despreciable. Estos mecanismos generalmente producen arcilla como ltimo producto de descomposicin. Todos los efectos anteriores suelen acentuarse con los cambios de temperatura, por lo cual es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zona hmedas y clidas, mientras que son tpicas de zonas mas fras formaciones arenosas o limosas, ms gruesas. En los desiertos clidos, la falta de agua hace que los fenmenos de descomposicin no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en esas zonas; all los efectos de ciclos de tensiones y compresiones sobre las rocas, producidos por elevaciones y descensos peridicos y continuados de temperatura, son los mecanismos de ataque determinantes.

No debe creerse, sin embargo, que las reglas anteriores sean inmutables; la naturaleza suele actuar con una complejidad que desafa cualquier regulacin. Por ejemplo, en pases fros o secos pueden existir formaciones arcillosas de importancia, cuando el aporte de corrientes de agua quede en condiciones favorables para construir un depsito.Los suelos deben pues, su origen a una tal variedad de causas que exude todo poder de descripcin detallada. El resultado de ese concurso de causas, es una inmensa diversidad de tipos de suelo resultantes. Tambin debe notarse que su formacin ha ocurrido a travs de de las Eras Geolgicas, tal como sigue ocurriendo hoy; en consecuencia, el hombre es completamente ajeno a la gnesis del suelo: solo le toca manejarlo; tal como la naturaleza se lo presenta.Suelos residuales y transportadosLos productos del ataque de los agentes de intemperismo pueden quedar en lugar, directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando origen as a suelos llamados residuales. Pero esos productos pueden ser removidos del lugar de formacin, por los mismos agentes geolgicos y re depositados en otra zona, as se generan suelos que sobre yacen sobre otros estratos sin relacin directa con ellos; a estos suelos se les denomina transportados.Existen en la naturaleza numerosos agentes de transporte, de los cuales pueden citarse como principales los glaciares, el viento, los ros y corrientes de agua superficial, los mares y las fuerzas de gravedad; estos factores actan a menudo combinndose.

Suelos transportados

La combinacin de los escurrimiento de aguas en las laderas de colinas y montes y de las fuerzas del campo gravitaciones, forma los depsitos de talud, en las faldas de las elevaciones; estos depsitos suelen ser heterogneos, sueltos y predominantemente formados por minerales gruesos.

Suelos residuales

Los ros acarrean materiales de muy diversas graduaciones, depositndolos a lo largo de su perfil, segn vari la velocidad de su curso. Los vientos pueden arrastrar partculas cuyo tamao puede variar desde el del limo hasta el de las arenas gruesas.

1.2 - IMPORTANCIA DE LA MECANICA DE SUELOSAntes del desarrollo de la mecnica aplicada, posible a su vez gracias a las grandes contribuciones cientficas de los tericos, todos los principales problemas de la ingeniera civil eran resueltos en forma intuitiva o por tanteos. Ello aparejaba serios riesgos en lo referente tanto a seguridad como economa.El advenimiento a la tcnica de los principios de la mecnica hizo posible predecir el comportamiento de una estructura, basndose en las propiedades de los materiales constitutivos de ella. En este aspecto dos materiales fueron particularmente objeto de seria atencin: el acero y el concreto, para los cuales pronto se desarrollaron normas de fabricacin que, garantizando ciertas cualidades, permitieron el conocimiento, siquiera aproximado de su comportamiento.Salo ensayos notables, aunque inconexos, el suelo solo en poca reciente fue objeto de estudio sistemtico como material de construccin. Aunque pudiera parecer paradjica esta situacin no siempre ha perjudicado a la actual ingeniera.

Parece intil discutir el papel fundamental del suelo en la tecnologa ingenieril y, no obstante, puede afirmarse que su decisiva influencia quiz no ha sido comprendida en todo su valor en algunas esferas de la tcnica, que no la aquilatan suficientemente, aunque pueda decirse con particular satisfaccin que tal actitud se desvanece rpidamente.

Para definir la Mecnica de suelos, no se ocurre nada mejor que recurrir al mismo Terzaghi, quien escribi: La mecnica de suelos es la aplicacin de las leyes de la Mecnica y la Hidrulica a los problemas de ingeniera que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partculas solidas, producidas por la desintegracin mecnica o descomposicin qumica de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgnica.La mecnica de suelos incluye: a) Teoras sobre el comportamiento de los suelos sujeto a cargas, basado en simplificaciones necesarias dado el actual estado de la tcnica; b) Investigacin de las propiedades fsicas de los suelos reales, y c) Aplicacin del conocimiento terico y emprico a los problemas prcticos.Es muy importante conocer el comportamiento del suelo en base a la Mecnica de suelos, ya que los suelos pueden ser impredecibles por los procesos naturales y que estn fuera del control del ingeniero, a diferencia de los procesos industriales que producen los restantes materiales de construccin.

En la Mecnica de suelos, la teora va despus y no antes de la investigacin de las propiedades reales del suelo por medio de exhaustica investigacin de laboratorio y que, por lo menos, es aceptada o rechazada en funcin de los resultados observados en las obras de ingeniera en que se aplique.A medida que, durante el desarrollo de la Mecnica de suelos, fue aumentando el conocimiento emprico sobre los suelos, se fue haciendo evidente que los resultados de las pruebas de laboratorio podan dar conclusiones errneas a no ser que las muestras obtenidas del terreno fueran prcticamente inalteradas, es decir, que las propiedades del suelo, en toda su complejidad, se mantuviesen en el espcimen extrado.Tambin, dada la infinita variedad de los suelos con que el ingeniero se ve obligado a tratar, cualquier intento de sistematizar su estudio debe ir acompaado de la necesidad de establecer sistemas apropiados de clasificacin. Obviamente la mecnica de suelos desarrollo varios; primeramente, a causa de su propia ignorancia y la complejidad de la tarea , fundndose en criterios generales fcilmente discernibles para todo suelo; nacieron sistemas de clasificacin de suelos por color, olor, textura y los principales en este campo, por distribucin de tamaos o conformacin granulomtrica; despus, a medida que las propiedades de los suelos fueron conocidas, se desarrollaron otros relacionados con esas propiedades mecnicas, que obviamente resultaran preferibles para el tcnico actual, por ser tales propiedades las que condicionan su actitud.

Todos los clculos de diseo de estructuras de tierra o sobre tierra se basan en una idealizacin de los suelos en la que estos aparecen formados por unas pocas capas homogneas; a realidad es bien distinta y en ocasiones se har preciso modificar los criterios aplicados, a medida que, durante la construccin, se vayan descubriendo caractersticas reales.La Mecnica de suelos ha hecho cambiar el modo de pensar de los ingenieros con respecto al suelo en pocos aos; ha obtenido xitos espectaculares profetizando fallas futuras o explicando otras ya producidas; ha explicado la razn de ser de muchos mtodos empricos sancionados por el uso y ha sustituido otros de estos por tcnicas racionales.

1.3 - ESTRUCTURACION DE LOS SUELOSSe estudiaran ahora las disposiciones que adoptaran las partculas minerales para dar lugar al conjunto llamado suelo. Un suelo nunca es un mero agregado desprovisto de organizacin; antes al contrario, sus partculas se disponen siempre en forma organizada, siguiendo algunas leyes fijas y segn la accin de fuerzas naturales susceptibles al anlisis.En los suelos formados por partculas relativamente grandes (gravas y arenas) las fuerzas que intervienen para formar la estructura son bastante bien conocidas y sus efectos son relativamente simples de calificar; por ello, prcticamente no hay discusin respecto al mecanismo de estructuracin que, por otra parte, es verificable a simple vista. Por el contrario, en suelos formados por partculas muy pequeas (limos y arcillas), las fuerzas que intervienen en los procesos de contructuracion son de carcter mucho ms complejo y las estructuras resultantes son solo parcialmente verificables por mtodos indirecto, relativamente complicados y aun en plena etapa de desarrollo. Todo ello hace que los mecanismos de contructuracion y aun las mismas estructuras resultantes sean, de estos suelos materia de hiptesis.Estructura simpleEs aquella producida cuando las fuerzas debidas al campo gravitacional terrestre son claramente predominantes en la disposicin de las partculas; es, por lo tanto, tpica de los suelos de grano grueso (gravas y arenas limpias) de masa comparativamente importante. Las partculas se disponen apoyndose directamente unas en otras y cada partcula posee varios puntos de apoyo.Desde punto de vista ingenieril, el comportamiento mecnico e hidrulico de un suelo de estructura simple, queda definido principalmente por dos caractersticas: la complacidad del manto y la orientacin de sus partculas.El termino complacidad se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partculas del suelo, dejando ms o menos vacios entre ellas. En un suelo muy compactado, las partculas solidas que lo constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de deformacin bajo carga del conjunto ser pequea. En suelos poco compactados el grado de acomodo es menor; en ellos el volumen de vacios y, por ende la capacidad de deformacin, sern mayores. Una base de comparacin para tener una idea de la compacidad alcanzable por una estructura simple, se tiene estudiando la disposicin de un conjunto de esferas iguales.La orientacin de las partculas de arena sedimentarias en agua, es tanto ms pronunciada cuanto ms se aparta de su forma esfrica: esta orientacin produce, como efecto principal, una muy distinta permeabilidad del suelo, segn que el flujo del agua sea normal o paralelo a la direccin de orientacin; el efecto aumenta notablemente si el suelo contiene un porcentaje apreciable de partculas laminares.

structura panaloideEsta estructura se considera tpica en granos de pequeo tamao (0.002 mm de dimetro o algo menores) que se depositan en un medio continuo, normalmente agua y, en ocasiones aire. En estas partculas, la gravitacin ejerce un efecto que hace que tiendan a sedimentarse, pero dada su pequea masa, otras fuerzas naturales pueden hacerse de magnitud comparable; concretamente, si la partcula, antes de llegar al fondo del depsito, toca a otra partcula ya depositada, la fuerza de adherencia desarrollada entre ambas, puede neutralizar al peso, haciendo que la partcula quede detenida antes de completar su carrera; otra partcula puede ahora aadirse y el conjunto de ellas puede llegar a formar una celda, con cantidad importante de vacios, a modo de panal. Las fuerzas de adherencia, causantes de estas estructuras son fuerzas superficiales, ya mencionadas anteriormente.

Estructura floculentaCuando en el proceso de sedimentacin, dos partculas de dimetros menores de 0.02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; as, otras partculas pueden unirse al grupo, formando un grumo, con estructura similar a un panal. Cuando estos grumos llegan al fondo forman a su vez panales, cuyas bvedas no estn ya formadas por partculas individuales, sino por los grumos mencionados. El mecanismo anterior produce una estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacios, llama floculenta y, a su vez, panaloide de orden superior.Las partculas menores de 0.0002 mm = 0.2 micra se consideran ya coloides; estas partculas pueden permanecer en suspensin indefinidamente, pues en ellas el peso ejerce poca influencia en comparacin con las fuerzas elctricas desarrolladas entre las partculas cargadas negativamente, con las fuerzas moleculares ejercidas por la propia agua; cuando dos de estas partculas tienden a acercarse, sus cargas ejercen una repulsin que las aleja de nuevo; las vibraciones moleculares del agua impiden que las partculas se precipiten; el resultado es un movimiento caracterstico en rpido zigzag, conocido como browniano.En las aguas de mar, las sales contenidas actan como electrolito, haciendo posible la generacin del mecanismo antes descrito; en otras aguas naturales la disociacin normal de algunas molculas (H*, OH*) que siempre produce, la presencia de sales, etc., logra el mismo efecto.Los floculos se unen entre s para formar panales, que se depositan conjuntamente, formando al tocar fondo nuevos panales y dando lugar a una forma extraordinariamente difusa de estructura floculenta, en la que el volumen solido puede no representar ms de un 5-10%

Estructuras compuestasSe considera que las estructuras anteriores rara vez se presentan puras en la naturaleza, pues la sedimentacin comprende partculas de todos los tamaos y tipos, para las que rigen las leyes de la naturaleza de modo diferente. En estas formaciones se define un esqueleto constituido por los granos gruesos y por masas coldales de floculos que proporcionan nexo entre ellos.ImagenLa estructura que aparece en la imagen se ha formado en condiciones que permiten la sedimentacin de partculas gruesas y finas simultneamente; esto ocurre frecuentemente en agua de mar o lagos, con contenido de sales apreciable, donde el efecto floculante de las sales coexiste con el arrastre de vientos, corrientes de agua, etc.El proceso de acumulacin de sedimentos arriba de un cierto nivel, hace que las capas inferiores se consoliden bajo el peso de las supra yacientes; las partculas ms gruesas se aproximan ocasionando que la arcilla floculada entre ellas disminuya de volumen; la comprensin resultante de la arcilla es mayor en las zonas donde se encuentre mas confinada, esto es, en las regiones de aproximacin entre los granos ms gruesos, siempre y cuando no haya flujo lateral de la masa en esas regiones.

Estructura en castillo de naipesSegn estudios la forma laminar tpica de los minerales de arcilla es fundamental en la estructuracin resultante para los suelos finos.Las investigaciones realizadas en partculas de caolinitas, ilitas y montmorilonitas demuestran que la longitud de ellas es del mismo orden de magnitud que su ancho y que es espesor varia de 1/100 de estas dimensiones, en las montmorilonitas, a 1/10 en las caolinitas, ocupando las ilitas una posicin intermedia. Con estos datos es posible estimar que la superficie especifica de estas partculas (metros cuadrados de rea superficial por gramo de peso) es del orden de 10 en las caolinitas, 80 en las ilitas y 800 en las montmorilonitas; estas cifras cobran toda importancia al considerar la accin de las fuerzas superficiales como factor que interviene en la estructuracin, no siendo difcil concebir que tal factor llegue a ser predominante.

Estructura dispersaAlgunas investigaciones modernas han indicado que una hiptesis estructural del tipo de castillo de naipes, en la cual las partculas tienen contactos mutuos, si bien puede aceptarse como real en muchos casos, quiz no es la ms estable en la que pudiera pensarse. Cualquier perturbacin que pueda existir, como deformacin por esfuerzo cortante, tiende en general a disminuir los ngulos entre las diferentes lminas de material. Con forme sucede esto sucede actan entre las partculas presiones osmticas inversamente proporcionales al esparcimiento entre ellas.

1.4 - TIPOS DE ARCILLASLa Arcilla es el trmino que designa un mineral o una roca compuesta esencialmente por estos minerales. Los minerales arcillosos, son filisilicatos hidratados que se presentan en cristales muy pequeos (algunos en lminas hexagonales o a veces en fibras). Los minerales de arcilla poseen dos componentes estructurales bsicos: uno es el tetraedro de Silicio - Oxgeno y el otro es el octaedro, en el cual un tomo de aluminio, magnesio y/o hierro es rodeado por seis aniones (2 4 oxgenos y 4 2 hidrxidos).Son grupos minerales definidos, como caolinita, illita y montmorilonitas, donde participan estructuras octadricas y tetradricas. La arcilla, como el humus, posee propiedades coloidales. Las arcillas, en el sentido mineralgico, son cristales microscpicos cuyos tomos estn dispuestos en planos.

Los minerales arcillosos pueden proceder de la alteracin de la roca magmtica o metamrfica, y despus del transporte, dar arcillas detrticas (es el caso ms frecuente). Pueden formarse en una cuenca de sedimentacin en cuyo caso son minerales arcillosos autignicos o neoformados. En otros casos pueden proceder de una reorganizacin mineralgica durante la diagnesis (minerales arcillosos diagenticos). Las arcillas detrticas son corrientemente denominadas arcillas primarias o heredadas, y las otras arcillas secundarias.CaolinitaLa caolinita puede ser producida por la meteorizacin de los minerales arcillosos ms activos, as como tambin formada directamente como subproducto de la meteorizacin de la roca. La caolinita tiende a ser encontrada en regiones de fuerte precipitacin fluvial como el sudeste de Estados Unidos, China, en partes de Europa, Sudamrica y otras areas ms.

IllitaLa illita es un trmino genrico para designar un grupo de arcillas descubiertas en Illinois. Las ilitas estn estructuradas anlogamente a las montmorilonitas, pero su constitucin interna manifiesta tendencias a formar grupos de materia, que reduce el rea expuesta al agua por unidad de volumen; por ello su expansivita es menor que la de las montmorilonitas y, en general, las arcillas iliticas, se comportan mecnicamente en forma ms favorable para el ingeniero. Las arcillas iliticas se encuentran por lo comn en areas de precipitacin pluvial moderada como en la parte central de Estados Unidos, Inglaterra y Europa.

MontmorilonitasMontmorilonita fue el nombre dado a un mineral arcilloso encontrado en Montmorillon Francia. La unin entre las retculas del mineral es dbil, por lo que las molculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas elctricas generadas por su naturaleza dipolar. Lo anterior produce un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce, macro fsicamente, en una expansin. Las arcillas montmoriloniticas, especialmente en presencia de agua presenta fuerte tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonitico, originadas por la descomposicin qumica de las cenizas volcnicas y presentan la expansivita tpica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente crticas en su comportamiento. La meteorizacin de minerales arcillosos montmoriloniticos producen a menudo arcillas caoliniticas y en areas en las que la meteorizacin ha progresado ambos minerales estn normalmente presentes. La Montmorilonita se en encuentra en las regiones mas ridas del mundo, como en el oeste de Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda y frica meridional.