República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Universidad del Zulia
Núcleo Costa Oriental del Lago
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil

Mecanica de los Suelos
Informe sobre los Temas Nº 1, 2 y 3

Cabimas, Noviembre de 2011
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN
DESARROLLO:
* Tema Nº 1. Mecanica de los Suelos. Origen y formación.
* Tema Nº 2. Rocas (Igneas metamórficas y sedimentarias
2.1 Definición de Roca
2.2 Tipos de Roca
2.2.1 Roca Ígnea
2.2.2 Roca Sedimentaria
2.2.3 Roca metamórfica
* Tema Nº 3. Propiedades índices de los suelos. Relaciones volumétricas y gravimétricas.

CONCLUSION
ANEXOS
BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIÓN

En ingeniería, la mecanica de los suelos es la aplicación de las leyes de la mecanica y la hidraulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas, producidas por la desintegración mecanica o la descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no materia organica. Esta ciencia fue fundada por Karl Von Terzaghi en 1925.
El objetivo principal de la Mecanica de Suelos es estudiar el comportamiento del suelo para ser usado como material de construcción o como base de sustentación de las obras de ingeniería.
La importancia de los estudios de la mecanica de suelos radica en el hecho de que si sesobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizas no tomados en consideración en el diseño, produciendo a su vez deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

DESARROLLO

* Tema Nº 1. Mecanica de los Suelos. Origen y formación.
La mecanica es una rama de la física que estudia la respuesta de los cuerpos ante las cargas. En ingeniería, la mecanica de suelos abarca no sólo el efecto de las cargas sobre el suelo, sino también del flujo de agua a través del suelo; ademas de la clasificación de los materiales.
La palabra suelo representa todo tipo de material terroso, el agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecanico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo.
El suelo es la capa mas superficial de la corteza terrestre, que resulta de la descomposición de las rocas por los cambios bruscos de temperatura y por la acción del agua, del viento y de los seres vivos. El proceso mediante el cual los fragmentos de roca se hacen cada vez mas pequeños, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce con el nombre de meteorización.
Por descomposición química se entiende la acción de agentes que atacan las rocas modificando su constitución mineralógica o química. El principal agente es, desdeluego, el agua y los mecanismos de ataque mas importantes son la oxidación, la hidratación y la carbonatación. Los efectos químicos de la vegetación juegan un papel no despreciable. Estos mecanismos generalmente producen arcilla como último producto de descomposición.
Los productos rocosos de la meteorización se mezclan con el aire, agua y restos organicos provenientes de plantas y animales para formar suelos. Luego el suelo puede ser considerado como el producto de la interacción entre la litosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. Este proceso tarda muchos años, razón por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables.
Los suelos deben, pues, su origen a una tal variedad de causas que excede todo poder de descripción detallada. El resultado de ese concurso de causas, es una inmensa diversidad de tipos de suelo resultantes. También debe notarse que su formación ha ocurrido a través de las Eras Geológicas, tal como sigue ocurriendo hoy; en consecuencia, el hombre es completamente ajeno a la génesis del suelo: solo le toca manejarlo, tal como la naturaleza se lo presenta.

* Tema Nº 2. Rocas (Ígneas, metamórficas y sedimentarias
2.1 Definición de roca
Se conoce como roca a aquel material que esta formado por un conjunto, ya sea consolidado o no, de minerales definidos y que son los que de manera natural estan hechos el manto y la corteza terrestre y también los equivalentes de otros planetas semejantes a la tierra.
Las rocas pueden estar compuestas por variasespecies de minerales (rocas compuestas) o bien por una sola (rocas monomineralicas). Mayormente, la roca es un material durísimo, aunque también se pueden encontrar algunas blandas como ser las rocas arcillosas y la arena.

2.2 Tipos de rocas

2.2.1 Rocas ígneas
El término “ígneo” indica que este tipo de rocas se forman con la intervención del fuego, a grandes profundidades de la corteza terrestre. El planeta Tierra se divide en 3 capas denominadas núcleo, manto y corteza. En la zona mas externa del manto y en la zona inferior de la corteza existen masas de rocas fundidas que reciben el nombre de magma. El enfriamiento lento de este fluido en su ascenso hacia la superficie provoca su cristalización. Cuando el magma se enfría se producen las rocas ígneas.

* Según el modo de presentarse las rocas ígneas en la superficie y en la corteza terrestre se distingues dos grandes tipos:
a) Rocas extrusivas, efusivas o volcanicas
b) Rocas Intrusivas

a) Las rocas extrusivas, efusivas o volcanicas: originadas por el rapido enfriamiento de los magmas que llegan a la superficie terrestre en los procesos volcanicos; se distinguen:
* Lavas: masas magmaticas parcialmente desgasificadas, que dan lugar a las coladas, domos, pitones, lavas almohadilladas.
* Piroclasticos: fragmentos que caen en estado sólido en las zonas próximas a los volcanes y que incluyen cenizas, lapillo y bombas volcanicas.

b) Las rocas intrusivas: originadas a partir del magma que se ha enfriado solidificadoen el interior de la corteza, llegan a la superficie terrestre mediante procesos orogénicos (deformaciones tectonicas) o mediante proceso externos de erosión o denudación. Se distinguen dos tipos:
* Rocas plutonicas: cuya forma de afloramiento característico es el plutón, cuerpo intrusito de grandes dimensiones, de geometría muy diversa y que ocupa los núcleos de los orogenos; entre otras, incluye las rocas graníticas.
* Rocas hipoabisales, subvolcanicas o filonianas: Que se  presentan en forma de filones o diques rellenando grietas.

* Clasificación de las rocas ígneas según su contenido en sílice (SiO2):
* Acidas: como el granito y la riolita, con un contenido en sílice superior al 66%.
* Intermedias: como la diorita y la andesita, cuyo contenido en sílice oscila entre el 66% y el 52%.
* Basicas: como el basalto o el gabro, con un contenido en sílice que oscila entre el 52% y el 45%.
* Ultra basicas: como la peridotita, con un contenido en sílice inferior al 45%

* Tamaño absoluto de los granos minerales (o granulidad)
* Faneritica: es las que los cristales minerales son perceptibles a simple vista.
* Porfiritica: combinación de minerales visibles y no visibles.
* Afanitica: en la que los granos minerales no son perceptibles a simple vista.
* Vitrea: en la que no aparecen granos minerales cristalizados, sino materia amorfa; en otras palabras, que tiene aspecto de vidrio generalmente oscuro.
* Piroclastricas: aquellas que contiene poro

*Las rocas ígneas son geológicamente importantes porque:
* En algunas circunstancias especiales, contienen importantes depósitos minerales, como tungsteno, estaño y uranio, comúnmente asociados a granitos, cromo y platino, comúnmente asociados a gabros.
* Sus minerales, y química global dan información sobre la composición del manto terrestre, del cual procede el magma que origina las rocas ígneas, y de la temperatura y condiciones de presión reinantes cuando se formó la roca, o de la roca pre-existente que se fundió.
* Sus características se corresponden usualmente con características de un ambiente tectónico específico, permitiendo reconstituciones eventos tectónicos.
* Sus edades absolutas pueden obtenerse por varios sistemas de datado radiométrico, y así puede ser comparadas con estratos geológicos adyacentes, permitiendo una secuencia de tiempo de los eventos.

2.2.2 Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias son todas las rocas que se encuentran en la superficie de la tierra o cerca de la corteza terrestre. Existen procesos externos los cuales actúan sobre las rocas y las meteorizan, transportan y depositan en lugares dependiendo del medio en el que se transportan. De igual manera pueden intervenir en esta formación de rocas algunos organismos ya sean animales o vegetales a dicha intervención se le conoce como fósiles. Las rocas sedimentarias pueden existir hasta una profundidad de los diez metros bajo la corteza terrestre. Estas rocas las encontramos sueltas o consolidadas esdecir que han sido unidas a otras por procesos posteriores a la sedimentación a dicho proceso se le conoce como diagénesis que quiere decir nueva formación.
Pueden formarse a las orillas de los ríos, en el fondo de barrancos, valles, lagos, mares, y en las desembocaduras de los ríos. Se hallan dispuestas formando capas o estratos.

* La división fundamental de las rocas sedimentarlas se hace teniendo en cuenta la forma predominante de producirse el depósito o sedimento:
* Detríticas: en que la sedimentación se produce por disminución de energía del agente transportante. El sedimento se denomina detrítico o clastico.
* Químicas: en que la sedimentación se produce o bien por concentración, como es el caso de la evaporación del disolvente o de una sobresaturación de la disolución, o bien por precipitación, lo cual ocurre cuando se produce una reacción química con formación de sustancias insolubles. En este caso el depósito se denomina químico.
* Organicas: cuando en la sedimentación se acumulan restos vegetales o animales, produciéndose un depósito organico.

* Agentes que actúan en el proceso de sedimentación
Como bien sabemos sobre las rocas actúan dos tipos de agentes: los externos y los internos. En el proceso de sedimentación tiene mayor participación los agentes externos que los internos. Los agentes externos son aquellos que dependen de la atmósfera como por ejemplo: el clima ya que no en todos los lugares se tiene el mismo clima, pudiera ser que el resultado donde se daesta alteración sea el mismo sitio donde se realiza la meteorización o bien se da el caso en el que son transportados mediante los mismos agentes ya sea el agua, el viento o el hielo esto depende de la capacidad de carga que tenga el agente y del tamaño que presentan los fragmentos así como de igual manera de la topografía del lugar es decir la pendiente del terreno. A los fragmentos que son transportados se les conoce como clastos o detritos, cuando finalmente llegan al lugar donde se depositan esto puede ser por una disminución en la intensidad del agente o por que la pendiente ya no es lo bastante inclinada. Entonces podemos decir que existe una relación entre el tamaño de los fragmentos y la distancia que se recorrió, es decir que entre menor tamaño tengan los fragmentos estos alcanzaran una distancia mayor y viceversa.
En cuanto a los agentes externos que hablamos en el parrafo anterior podemos decir que existen tres grandes ramas: las precipitaciones ya sean solidas como el granizo, plasticas como la nieve o liquidas como lo es la lluvia estas desgastan a los fragmentos por el impacto y en el transporte. La temperatura, esta es de acuerdo a la amplitud térmica de las diferentes regiones climaticas en las cuales se generan tensiones internas las que llevan a la roca a la desagregación. Y por último el viento que actúa desagregando, transportando y desgastando las partículas finas.

2.2.3 Roca metamórfica
Las rocas metamórficas son las que se forman a partir de otras rocas mediante un procesollamado metamorfismo. El metamorfismo nunca implica la fusión de la roca madre y se da indistintamente en rocas ígneas, rocas sedimentarias u otras rocas metamórficas, cuando éstas quedan sometidas a altas presiones (de alrededor de 1.500 bar (unidad de presión), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido activo (que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta).
Las rocas metamórficas se clasifican según sus propiedades físico-químicas. Los factores que definen las rocas metamórficas son dos: los minerales que las forman y las texturas que presentan dichas rocas. Las texturas son de dos tipos, foliadas y no foliada.
Textura foliada: Algunas de ellas son la pizarra (al romperse se obtienen laminas), el esquisto (se rompe con facilidad) y el gneis (formado por minerales claros y oscuros).
Textura no foliada: Algunas de ellas son el marmol (aspecto cristalino y se forman por metamorfismo de calizas y dolomías), la cuarcita (es blanca pero puede cambiar por las impurezas), la serpentinita (que al transformarse origina el asbesto) y la cancagua.

Minerales metamórficos
Este tipo de minerales son los que se forman sometidos a altas temperaturas asociados a procesos de metamorfismo. Entre los minerales que se forman por este proceso encontramos cianita, estaurolita, silimanita, andalucita y también granates.
Otros minerales, tales como olivino, piroxeno, anfíbol, cuarzo, feldespato y mica, pueden ser identificados como rocas metamórficas, pero que no sonnecesariamente resultado del metamorfismo. Estos minerales se forman durante la cristalización de rocas ígneas. Estos minerales tiene un punto de fusión muy elevado, por tanto son estables a altas temperaturas y presiones. Durante estos procesos metamórficos, estas rocas pueden ver alterada su composición química. No obstante, todos los minerales son estables a altas temperaturas hasta ciertos límites. La presencia de según que tipo de minerales en las rocas indica la temperatura y presión a la que fue formada.

Tema Nº 3. Propiedades índices de los suelos. Relaciones volumétricas y gravimétricas.

En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase solida esta formada por las partículas minerales del suelo; la liquida por el agua (libre, específicamente), aunque en los suelos pueden existir otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, entre otros).
Las fases liquidan y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los Sólidos.
Algunos suelos contienen, ademas, materia organica en diversas formas y cantidades; en las turbas, estas materias predominan y consisten en residuos vegetales parcialmente descompuestos.
Aunque el contenido de materia organica y las capas absorbidas son muy importantes no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenesrelativos de las tres fases principales; su influencia se toma en cuenta mas facilmente en etapas posteriores del estudio de ciertas propiedades de los suelos.
Las propiedades índices de los suelos permiten la diferenciación de los suelos de una misma categoría, condiciones de estado del suelo y comportamiento físico.
En los laboratorios de Mecanica de los Suelos puede determinarse facilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno y el peso especifico relativo de los suelos. En la siguiente figura se representa un esquema de una muestra de suelo, en el que aparecen las fases principales, así como los conceptos de uso mas común, con los símbolos con que se indicaran en lo que sigue

Esquema de una muestra de suelo, para indicación de los símbolos usados.
El significado de los símbolos es el siguiente:
Vt = Volumen total de la muestra de suelo (volumen de masa)
Vs = Volumen de la fase solida de la muestra (volumen de sólidos)
Vv = Volumen de los vacios de la muestra de suelo (volumen de vacios)
Vw = Volumen de la fase liquida contenida en la muestra (volumen de agua)
Va = Volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen de aire)
Wt = Peso total de la muestra de suelo (peso de la masa)
Ws = Peso total de la fase sólida de la muestra de suelo (peso de los sólidos)
Ww = Peso de la fase líquida de la muestra (peso del agua)
Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado como nulo en Mecanica de los Suelos.


Relación de Pesosy Volumenes.
En mecanica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspodientes, por medio del concepto de peso especifico, es decir, de la relación entre el peso de la sustancia y su volumen.
Se distinguen los siguientes pesos específicos
yo = Peso especifico del agua destilada, a 4 ºC de temperatura y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar. En sistemas derivados del métrico, es igual a 1 ó a una potencia entera de 10.
yw = Peso especifico del agua en las condiciones reales de trabajo; su valor difiere poco del yo y, en muchas cuestiones practicas, ambos son tomados como iguales.
ym = Peso especifico de la masa del suelo. Por definición se tiene:

ys = Peso especifico de la fase solida del suelo

El peso especifico relativo se define como la relación entre el peso especifico de una sustancia y el peso especifico del agua, a 4 ºC, destilada y sujeta a una atmosfera de presión.
En sistemas de unidades apropiados, su valor es idéntico al modulo del peso especifico correspondiente, según se desprende de lo anterior. Se distinguen los siguientes pesos específicos relativos.

Sm = Peso especifico relativo de la masa del suelo. Por definición

Ss = Peso especifico relativo de la fase sólida del suelo (de sólidos), para el cual se tiene:

Relaciones fundamentales

Las relciones que se dan a continuación son importantísimas, para el manejo comprensible de las propiedades mecanicas de los suelos y un completo dominio de su significado ysentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecanica de Suelos.

a) Se denomina Relacion de vacios, Oquedad o Indice de poros a la relación entre el volumen de los vacios y el de los solidos de un suelo

La relación puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) a infinito (valor correspondiente a un espacio vacio). En la practica no suelen hallarse valores menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente comprensibles.

b) Se llama porosidad de un suelo a la relación entre su volumen de vacios y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje
Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase solida) a 100 (espacio vacio). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%

c) Se denomina grado de saturación de un suelo a la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacios. Suele expresarse también como un porcentaje

Varia de 0 (suelo seco) a 100% (suelo totalmente saturado)

d) Se conoce como contenido de agua o humedad de un suelo, la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su fase solida. Suele expresarse como un porcentaje

Varia teóricamente de 0 a infinito. En la naturaleza la humedad de los suelos varia entre limites muy amplios.
e) El grado de saturación de aire es una magnitud de escasa importancia practica, respecto a las anteriores relaciones. Se define