Fundamentos de geotecnia: rocas, tipos de suelo y mecánica de suelos

Fundamentos de Geotecnia

La geotecnia es la rama de la ingeniería civil que aplica principios de geología, mecánica de suelos e ingeniería para estudiar el comportamiento de los materiales naturales del terreno, como el suelo y las rocas.

Definición y Formación del Suelo

• ¿Qué es el suelo? Es un agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes.
• Origen: El suelo procede de la fragmentación de grandes masas de roca.
• Procesos de formación: Los principales procesos son la meteorización física y la meteorización química.

Meteorización Física

Incluye fenómenos como la variación por temperatura, desintegración de bloques, disyunción esferoidal y desintegración granular. Asimismo, las raíces y organismos vivos contribuyen a fracturar y desintegrar las rocas.

Meteorización Química

• Oxidación: Proceso donde el oxígeno atmosférico disuelto en agua reacciona con rocas y minerales formando óxidos.
• Carbonatación: Reacción del dióxido de carbono con el agua, formando ácido carbónico que destruye rocas calizas.
• Dilución: Proceso mediante el cual el agua disuelve sales minerales de las rocas.
• Hidratación: Proceso donde el vapor de agua entra en contacto con las rocas y minerales generando cambios químicos.

Clasificación de Rocas

Las rocas se dividen en tres tipos principales:

• Ígneas: Formadas por el enfriamiento del magma. Ejemplos de grano grueso: granito, diorita y gabro. Ejemplos de grano fino: riolita y basalto.
• Sedimentarias: Fragmentos de roca meteorizados que son transportados y depositados en capas, luego compactados y cementados (ej. areniscas, conglomerados, calizas y dolomías).
• Metamórficas: Originadas por altas presiones y temperaturas sobre rocas sedimentarias o ígneas (ej. antracita, cuarcita y gneis).

Tipos de Suelos

• Residuales (autóctonos): Suelos que no han experimentado transporte y se forman in situ por alteración física y química.
• Transportados (alóctonos): Formados con materiales provenientes de otros lugares por agentes como agua, viento o gravedad.
• Coluviales: Trozos de roca que caen por gravedad y se depositan desordenadamente.
• Aluviales: Materiales arrastrados y depositados por los ríos de forma estratificada.
• Orgánicos: Formados in situ por el crecimiento y descomposición de plantas.
• Geológicos secundarios: Originados por erupciones volcánicas o con alto contenido de sales.

Propiedades y Comportamiento del Suelo

Los suelos son heterogéneos, anisotrópicos (sus propiedades no son iguales en todas las direcciones), no conservativos y susceptibles a alteraciones.

Factores de Comportamiento

Influyen la naturaleza y composición mineralógica, la textura y la estructura.

• Arcillas expansivas: Absorben agua, aumentan de volumen y se retraen al secarse, causando asentamientos.
• Sulfatos: Pueden aumentar la porosidad y formar oquedades, ocasionando el colapso de estructuras.
• Textura: Distribución del tamaño de las partículas. A mayor tamaño, mayor resistencia.
• Estructura: Disposición relativa de las partículas. Las partículas angulosas tienen mayor resistencia que las redondeadas.

Mecánica de Suelos y Fases

La mecánica de suelos estudia el comportamiento del suelo bajo carga. El suelo se compone de tres fases: sólida, líquida y gaseosa.

• Vs, Vw, Va: Volúmenes de sólidos, agua y aire.
• Vv: Volumen de vacíos.
• Ws, Ww: Pesos de sólidos y agua.
• Humedad: Relación entre peso del agua y peso de los sólidos.
• Índice de vacíos: Relación entre volumen de vacíos y volumen de sólidos.
• Porosidad: Relación entre volumen de vacíos y volumen total.

Aplicaciones en Ingeniería

El suelo es la base de todas las estructuras. Se utilizan fundaciones superficiales (zapatas), suelos de relleno, suelos compactados y se clasifican según su origen (granular, arcilloso, orgánico o estratificado).