1.Desde el punto de vista ingenieríl, suelo es definido como un agregado natural no cementado de granos minerales y materia orgánica en descomposición, con líquido y gas en los espacios vacíos entre las partículas que lo constituyen. El ingeniero, compara al suelo como un material de construcción que tienen una importante influencia en el diseño y construcción de una obra de ingeniería (Das, 1999).

El suelo al igual que otros materiales posee propiedades ingenieriles, que están gobernadas por el tamaño de sus partículas y la forma en que estas interaccionan entre si. Los suelos por lo general, son materiales heterogéneos y anisotrópicos, por lo que no están compuestos de un mismo material en toda su masa, además son materiales no conservativos, es decir que la masa de suelo al deformarse no recupera su forma original.

2.

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fisico-químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

* Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 mm) * Su morfología laminar (filosilicatos) * Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.

Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del área superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y son capaces en algunos casos de hinchar, con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas.

Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado, con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales.

Superficie específica

La superficie específica o área superficial de una arcilla se define como el área de la superficie externa más el área de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partículas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.

Las arcillas poseen una elevada superficie específica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad.

A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas:

Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g

Capacidad de Intercambio catiónico

Es una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:

* Sustituciones isomórficas dentro de la estructura. * Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas. * Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.

El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partícula; además es independiente de las condiciones de pH y actividad iónica del medio. Los dos últimos tipos de origen varían en función del pH y de la actividad iónica. Corresponden a bordes cristalinos, químicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lámina.

A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catiónico (en meq/100 g):

Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40 Illita: 10-50 Clorita: 10-50 Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200 Sepiolita-paligorskita: 20-35

Capacidad de absorción

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita).

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

Hidratación e hinchamiento

La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio presente, el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina.

La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.

Plasticidad

Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento.

Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al. , 1975).

La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material.

3.

4. Para muchos depósitos naturales de suelo arcilloso, el esfuerzo de compresión inconfinada se reduce grandemente cuando el suelo a ensayar es remoldeado aunque no se presente un cambio en el contenido de humedad del suelo, como muestra la Figura 6.66. Esta propiedad del suelo arcilloso es conocida como sensibilidad. El grado de sensibilidad se expresa como el cociente del esfuerzo de compresión inconfinada en un estado inalterado y remoldeado, que será:

Tabla 6.8. Sensitibidad de la arcilla. (Das, 1997)

5.

Tixotropía

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas

tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico.

6. En terrenos de estructura alterable como arcillas, o limos, la cuenta de golpes indica solamente la resistencia al esfuerzo cortante en el momento en que se hizo el ensayo. Con todas sus incertidumbres, el ensayo de penetrabilidad da, sin embargo, de forma rápida y económica, una idea de las condiciones de un terreno para cimentación.

7. Arcilla: Las partículas de arcilla miden menos de 0.002 mm. La arcilla es el tipo más pequeño de las partículas del suelo. Se siente pegajosa cuando está húmeda, absorbe bien el agua y también es rica en nutrientes. El suelo que está lleno de partículas de arcilla no drena el agua bien y obstruye el flujo de aire.

Cieno: Las partículas de cieno miden de 0.06 mm a 0.002 mm. Son más grandes que las partículas de arcilla, pero más pequeñas que las partículas de arena. El cieno tiene una textura suave y forma una costra cuando se moja. Esta costra hace difícil que el agua y el aire lleguen al suelo.

Arena: Las partículas de arena miden de 2.0 mm a 0.06 mm. La arena es el tipo de partícula más grande del suelo y debido a su tamaño permite un drenaje rápido y mucho flujo de aire. Los nutrientes se pueden agotar rápidamente de las partículas de arena. La arena puede sentirse granular o gruesa.

8. No se relacionan la forma de la particula se refiere a como esta constituido apartir del enlace físico-quimico, y el tamaño se refiere a la parte física nada mas.

9.

TEXTURA: Independientemente de .i forma, tamaño o grado de redondez, las partículas pueden

diferenciarse por la textura, segin la cual se clasifican en : 

Rugosas Lisas Es triadas Picadas Pulidas En algunos suelos, la textura puede apreciarse frotando los granos entre los dedos y se obtienen así ciertos datos, tales como la capacidad portante aproximada del suelo, el contenido de humedad y la - posibilidad de obtener un buen suelo-cemento, etc.

En lo que respecta al color, éste resulta de gran utilidad para los geólogos de las minas, y ofrece - cierta información a los ingenieros de suelos. La clasificación de los suelos por color tiene el inconveniente de que el mismo cambia con el contenido de humedad y con la composición química. En las muestras que se extraen del subsuelo, el color debe definirse para

el contenido natural de humedad, y antes de manipularlas, pues en muestras alteradas la variación del color es muy grande.

En muestras inalteradas, el color da una información aproximada acerca del tipo de - suelo y sus componentes. Por ejemplo, el color rojizo indica la presencia de óxidos de hierro no hidratados (hematita) y corresponde a suelos bien drenados. Los colores negro y marrón oscuro denotan la existencia de materias orgánicas y los amarillos o marrones amarillentos, un elevado porcentaje de hierro hidratado, lo cual evidencia un mal drenaje del suelo. También el azul grisáceo y el gris amarillento corresponden a suelos con poco drenaje, mientras que el color blanco se debe a la presencia de sílice y cal, o bien de algunos componentes de aluminio.

10.

11.

Siempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica de la distribución granulométrica debe estimarse preferible a la numérica en tablas.

La gráfica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaño de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple representación natural, pues en la primera sedispone de mayor amplitud en los tamaños finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un módulo práctico de escala.La forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño, estará representado por una línea vertical (pues el 100% de sus partículas), en peso, es de menor tamaño que cualquiera que el que el suelo posea), una curva muy tendida indica una gran variedad de tamaños (suelo bien graduado).

Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Hazen propuso el Coeficiente de Uniformidad (Cu).

En donde:

D60: Tamaño tal, que el 60%, en peso, del suelo, sea igual o menorD10: Llamado por Hazen Diámetro Efectivo; es el tamaño tal que sea igual o mayor que el 10%, en peso, del suelo.

En realidad, la relación D60/D10 es un coeficiente de no uniformidad pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta, suelos con Cu < 3 se consideran muy uniformes; aún las arenas naturales muy uniformes rara vez presentan Cu < 2.

Como dato complementario, necesario para definir la graduación se define el Coeficiente de Curvatura del suelo con la expresión:

D30 se define análogamente que los valores D60 y D10 anteriores. Esta relación tiene un valor entre 1 y 3 en suelos bien graduados, con amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.

12.

13.

ARENA: Una arena consta en primer lugar de un esqueleto, o sea la porción de arena detrítica,y de vacíos, que son poros o espacios huecos del esqueleto. Los vacíos, por supuesto,pueden hallarse parcial o totalmente rellenos. 

El estudio de una arena, por consiguiente, gira alrededor de ese esqueleto, su caráctery constitución, alrededor de la naturaleza y volumen de los vacíos del relleno de éstos. El esqueleto está formado por materiales del tamaño de arena, de 1/16 a 2 mm dediámetro. Normalmente, éstos se hallan empaquetados juntos, de tal manera que cadagrano está en contacto con su vecino, de manera que todo el esqueleto es unaestructura mecánicamente estable en un campo gravitacional. En tal arena, cuyoselementos del esqueleto son razonablemente uniformes en tamaño y estánempaquetados estrechamente, hay aproximadamente 0.85 contactos por cada granoen el plano de cualquier corte transversal dado. La distribución de tamaño de los elementos de la porción esqueleto puede definirse porlas medidas estadísticas de tamaño y uniformidad de tamaño. Estas característicasguardan relación con el régimen hidráulico específico que rigió la acumulación de arena(con excepción de las acumulaciones eólicas). La siguiente tabla muestra un ejemplo de la distribución de tamaño característica paralos limos, arcillas y arenas.

LIMO:Los limos cuando están saturados con agua, tienden a ser "vivos" y, por consiguiente,las limolitas pueden registrar rastros de flujo intraestratal y "boudinage" de sedimentosblandos. Las partículas de limo son más angulosas que redondas como los granos de arena. Por su composición, el limo y la limolita son de carácter intermedio entre las areniscasy las lutitas. Son más ricos en sílice, más pobres en alúmina, óxido de potasio y aguaque las lutitas, pero generalmente no tan ricos en sílice como las arenas más maduras

14.

LIMO Es el material de diámetro comprendido entre 1/16 y 1/256 mm o el sedimento en queel 50% de las partículas está incluido en esta amplitud. Limolita es el limo endurecido. Si la roca tiene fisilidad paralela a la superficie deestratificación puede denominarse lutita limosa o limolita lutítica. Aunque muchas delas lutitas, sino la mayoría, contiene 50% o más de limo, no son limolitas.

ARCILLA Las arcillas han sido definidas como tierras plásticas naturales (aunque algunas no sontan plásticas), integradas por silicatos de aluminio hidratados (los "miembrosarcillosos") y de grano fino (sedimento de granos con diámetro menor de 0.002 o1/256 mm). La definición en el tamaño de grano no es muy adecuada porque,conforme a ella, la mayoría de las arcillas comerciales no lo son. La definición basada en su composición mineral se equivoca en que sus mineralesconstituyen sólo una pequeña parte del total de material (un tercio o menos).Twenhofel (1937) dice que las partículas pequeñas deberían ser predominantementeminerales de arcilla y la arcilla tener un exceso de partículas (más del 50%) deltamaño de la arcilla. Por eso, los minerales de arcilla deben constituir por lo menos uncuarto del total.

15.  

la plasticidad es atribuible al contenido de partículas escamosas de tamaño coloidal presentes en los suelos. Las partículas escamosas además son responsables de la alta compresibilidad y la baja permeabilidad de los suelos.

En relación con la plasticidad de los suelos, durante un proceso de deformación, el

volumen de una arcilla permanece constante. Por el contrario el volumen de una arena

cambia continuamente durante el mismo. Si se intenta deformar una masa de arena

húmeda rápidamente, esta se desagrega (la arena es friable). En virtud de esto, puede

definirse la plasticidad como la propiedad de un material que permite resistir

deformaciones rápidas, sin cambiar de volumen y sin agrietarse ni desagregarse.

Las investigaciones de Goldschmidt abordaron a la hipótesis que considera que las

partículas escamosas actúan como condensadores, qué orientan las moléculas de agua

distintamente en forma bipolar. El campo eléctrico que rodea cada partícula influencia

muchas moléculas de agua. Las propiedades del bajo campo eléctrico del agua cambian

en semejante magnitud que puede llamarse apropiadamente, como sugirió Terzaghi,

"solidificación del agua".

16.

El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el Limite Liquido y el Limite Plástico: 

El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y representa el porcentaje de humedad que deben tener las arcillas para conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar los parámetros de asentamiento de un suelo y su expansividad potencial.

17. Arena fina y gruesa.

18. un índice de plasticidad alto, como por ejemplo del 20%, indica que para que un suelo pase del estado semisólido al líquido, se le debe agregar gran cantidad de agua.

Características del Suelo Derivadas del Límite Líquido

1. Elevado LL – Alto contenido de arcilla; Bajo LL – Alto contenido de arena

2. Elevado LL – Baja capacidad portante; Bajo LL – Elevada capacidad portante

3. Suelo típico rico en arcilla --> LL = 40-60%; no obstante puede ser > 100% (más de la

mitad de la masa es agua)

4. LL y (tan ) están inversamente relacionadas.

a. = 30° --> LL = 40%

b.  =  6° --> LL = 80%

5. Arcillas duras son aquellas con bajo LL (y elevado IP)

6. Arcillas blandas son aquellas con elevado LL (y bajo IP)

La relación entre el Límite Líquido y el Índice de Plasticidad ofrece importante

información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad

de la arcilla.

19. La presión neutra se transmite a través del agua, requiere, por lo tanto, que haya continuidad de la misma. El suelo debe estar saturado.

20. La presión efectiva se transmite a través de los contactos entre partículas. La magnitud de la presión en estos contactos depende de la relación entre el área total en un corte cualquiera y el área que aquéllos ocupan. Puede haber rotura de bordes, lo que origina una redistribución de las presiones y un asentamiento

21. • Se supone al suelo homogéneo, cohesivo y saturado. • La compresión del suelo in situ es unidimensional • La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros • El flujo es unidimensional • El Coeficiente de Consolidación Cv y Permeabilidad K , permanecen constantes a lo largo del proceso.

22. Factor el tiempo: es una variable que interviene en los demás factores que contribuyen a las variaciones del comportamiento del suelo (en especial las presiones, la humedad y las condiciones del medio). Para apreciar las variaciones los efectos complejos de una variación de presiones, el agua debe ser expulsada o absorbida por el elemento del suelo. Debido a la permeabilidad relativamente baja de los suelos de grano fino, se requiere un cierto tiempo para que esta agua escape o penetre en tales suelos. Por otro lado el tiempo es un factor evidente en las reacciones químicas, como las que se producen en los procesos de meteorización. El tiempo meteorológico, o atmosférico, se define como el estado de la atmósfera en un determinado momento. Se toma en cuenta la humedad (absoluta y relativa), la temperatura y la presión, en un determinado lugar y momento. Como cada uno de los instantes es más o menos prolongados en el tiempo, y en extensión, se le denomina tipo de tiempo.

23.

24. Comprensibilidad: asentamiento a largo plazo , refleja el cambio de volumen en el suelo como resultado de cambios en el esfuerzo efectivo del suelo. Son altos y pueden causar fisuramiento en construcciones si no se controlan. Se da en suelos finos saturados

25. Un estrato de suelo puede quedar preconsolidado debido a diferentes causas entre las cuales se pueden nombrar: la erosión y el deshielo que disminuyen el peso sobre el estrato, y la desecación y descenso de la napa freática que generan altas presiones efectivas.

Un suelo se dice que es normalmente consolidado cuando durante su pasado geológico nunca fue sometido a presiones efectivas superiores a la que actualmente experimenta

26.

donde:

H es la altura de suelo consolidable.

27.

h = máxima distancia que recorre el agua en el ensayo.

28.

frágil

Cuando las rocas se encuentran en condiciones de presiones de confinamiento y

temperaturas bajas las mismas se comportan frágilmente. El comportamiento frágil se

manifiesta con la formación de fracturas. Existen dos tipos principales de fracturas:

fallas y diaclasas

En un régimen de extension limitado y en condiciones de deformación frágil se

desarrollan sistemas de fallas nomales escalonadas, más o menos paralelas, que

forman zonas hundidas, denominadas Grabens o fosas tectónicas, que pueden

alternarse con zonas elevadas, denominadas Horst o pilares tectónicos.1

Ductil

El comportamiento dúctil se manifiesta con la formación de pliegues y un tipo de rocas

denominadas milonitas

Cuando las fallas alcanzan una profundidad en la que se sobrepasa el dominio de deformación frágil se transforman en bandas de cizalla, su equivalente en el dominio dúctil. El fallamiento (o formación de fallas) es uno de los procesos geológicos importantes durante laformación de montañas. Asimismo, los bordes de las placas tectónicas están formados por fallas de hasta miles de kilómetros de longitud.

29. los valores obtenidos de la resistencia al cortante, dependen de muchos factores, especialmente de la calidad de las muestras, su tamaño y el método de análisis.

entre éstas, se encuentra la técnica del muestreo, orientación de la muestra, tamaño de muestra, rata de corte, ablandamiento después de remover la carga y la falla progresiva. Adicionalmente a los factores mencionados, la resistencia al cortante de un suelo depende también, del grado de saturación, que puede variar con el tiempo en campo.

30. triaxial

Corte directo

5.1     El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo.

5.2     El principio básico es fácilmente comprensible.

5.3    La preparación de la muestra no es complicada.

5.4    El principio puede aplicarse a suelos granulares y otros materiales que

contienen grandes partículas que serían muy caras de ensayar por otros medios.

5.5    Puede medirse el ángulo de fricción entre suelo y roca, o entresuelo y otros

materiales.

5.6    El ensayo Triaxial es, relativamente, mucho más difícil de ejecutar e

interpretar, especialmente si se toman medidas de presión de poros.

5.7   El tamaño de las muestras hace que efectuar ensayos consolidados no

drenados y consolidados drenados no requiere demasiado tiempo, pues el tiempo

de drenaje es bastante corto aún para materiales con bajo coeficiente de

permeabilidad, debido a que el camino de drenaje es muy pequeño.

5.8   Se ha introducido cajas con muestra cuadrada de forma que la reducción de

área durante el ensayo pueda fácilmente tenerse en cuenta si se desea. El uso de

cajas cuadradas es relativamente reciente, y la mayoría de las máquinas antiguas

todavía en servicio, utilizan cajas circulares.

5.9  La máquina de corte directo es mucho más adaptable a los equipos

electrónicos de medición, de forma que no se requiera la presencia continua de un

operario para efectuar ensayos consolidados- drenados, que puedan durar varios

días.

5.10 Se ha encontrado que los parámetros de suelo  y c obtenidos por el método

de corte directo son casi tan confiable como los valores triaxiales (probablemente

esto se debe más a problemas del operador que al hecho de que los equipos tengan

igual capacidad de comportamiento). Lo anterior no quiere indicar que el ensayo

Triaxial sea indeseable; sino que, si se desean únicamente los parámetros de suelo,

los valores que brinda el ensayo de corte directo se han encontrado usualmente

bastante aceptables