Ud i Origen y Formacion de Los Suelos 2011-i

MECÁNICA DE SUELOS I APUNTES DEL CURSO

W. David Supo P.

Juliaca - Perú 2011

Unidad 1 Generalidades, Origen y formación de los suelos.

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W. David Supo P.

apuntes del curso de MECÁNICA DE SUELOS I

Contenido

1.

GENERALIDADES DE LA MECÁNICA DE SUELOS .............................................. ............. 3

1.1.

HISTORIA..................................................... ......................... ............................ ........................... ............................ ...................... 3

1.2.

CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE SUELOS.......................... 1 2

1.2.1. KARL VON TERZAGHI ............................. ....................................................... ........................... ............................ .................... 14 1.3.

DEFINICIONES....................................................................................................................... 17

1.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA ..................................................... ......................... ............................ ............................ ............... 17 1.3.2. GEOLOGÍA ............................................................................................................................ 19 1.3.3. MECÁNICA DE SUELOS ...................................................... .......................... ............................ ............................ .................... 19 1.3.4. ROCA ..................................................................................................................................... 21 1.3.5. SUELO .................................................................................................................................... 21 1.4.

SISTEMA DE UNIDADES ...................................................................................................... 22

1.4.1. METROLOGÍA DEL SI ............................................................................................................... 22 1.4.2. UNIDADES BÁSICAS ........................................................................................................... 22 1.4.3. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS: PREFIJOS ..................................................................... ............................................ ......................... 23 1.4.4. UNIDADES DERIVADAS ..................................................... ......................... ............................ ............................ .................... 23 1.4.5. EQUIVALENCIAS DE UNIDADES MÉTRICAS USUALES ............................................................. 24 2.

2.1.

ORIGEN Y FORMACIÓN F ORMACIÓN DE LOS SUELOS..................................................... ......................... ............................ .................... 25

LA TIERRA ........................... ............................ ............................ ........................... ................ 25

2.1.1. DATOS GENERALES DE LA TIERRA .......................................................................................... 25 2.1.2. ESTRUCTURA DE LA TIERRA .................................................................................................... 26 2.1.3. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................. 28 2.2.

FORMACIÓN DE SUELOS............................. ............................ ............................ ............... 28

2.2.1. EROSIÓN FÍSICA DE LAS ROCAS ............................. ....................................................... ........................... ............................ .. 32 2.2.2. EROSIÓN QUÍMICA ............................................................................................................. 42 3.

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 44

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1. GENERALIDADES DE LA MECÁNICA DE SUELOS 1.1.

HISTORIA El Ing. Carlos Crespo Villalaz en su texto de la ref. (Crespo Villalaz 2004), escribe los siguientes ―A ntecedentes ntecedentes Históricos‖ de la Mecánica de Suelos: ―Con

una mirada retrospectiva hacia los escritos sobre construcciones erigidas por los romanos,

chinos, egipcios y mayas, se tiene la clara evidencia de la atención que ya, desde tiempos antiguos, nuestros antepasados ponían en las obras de tierra y sobre la tierra. Así, se tienen noticias de cómo en la dinastía Chou de China (3000 años antes de Cristo) se daban instrucciones claras sobre la construcción de caminos y puentes. La Gran Muralla China, las pirámides de Egipto, las pirámides de Chichén Itzá y otras notables y enormes obras, que hoy contemplamos con admiración, son mudos testigos de los conocimientos que ya se tenían en la antigüedad al respecto.   Asimismo, en Egipto, aproximadamente 2000 años antes de Cristo, ya se usaba la piedra en la construcción de cilindros para las estructuras pesadas erigidas sobre suelos suaves. La superficie exterior de los cilindros era alisada para que presentara poca resistencia a la penetración, lo que indica que para entonces ya se tenían nociones acerca de la fricción o rozamiento, y que tanto los romanos como los egipcios ponían mucha atención a ciertas propiedades de los suelos en la estabilidad de las cimentaciones. Sin embargo, a la caída del Imperio Romano y debido a la desorganización social se descuidaron los aspectos técnicos sobre los suelos, llegando a su punto más bajo en el periodo medieval (400 a 1400 años antes de Cristo), lo que provocó que caminos, puentes y diversas obras de tierra quedaran en el abandono, para posteriormente ser destruidas poco a poco por las guerras y por la implacable acción de los agentes de la intemperie.   Asociadas a la construcción de puentes y caminos en los siglos pasados, se encuentran obras construidas sobre suelos compresibles que han tenido hundimientos fuertes bajo las pesadas cargas de catedrales, torres y campanarios. Algunos ejemplos de ello son: El Domo de Könígsberg, en Prusia, cimentado sobre una capa de suelo orgánico en el año 1330, capa que descansa —según Tiedemann — sobre otra de 18 m de limo arcilloso, cuya consolidación gradual y continua no ha podido terminar, teniendo ya más de 5 m de asentamiento. La Torre de Pisa, cuya construcción fue iniciada en 1174, empezó a ladearse al construirse la tercera galería de las ocho que tiene la estructura. Los trabajos se interrumpieron para modificar planos y luego continuaron, para ser terminada la torre —de 55 m de alto — en el año 1350, En 1910 ya la torre tenía en su parte más alta un desplome de 5.0 m. Una investigación del subsuelo indicó que la torre fue cimentada por medio de una corona de concreto sobre una capa de arena de 11.00 m de espesor, la cual descansa sobre una capa de arcilla de 8.00 m de grueso, que se ha ido consolidando gradualmente debido a las presiones trasmitidas por la estructura. Hoy en día es más conocida como la "Torre Inclinada de Pisa". En Venecia. Italia, el "Rialto", un puente de arco simple, se terminó de construir en 1591 y es, junto con otras estructuras del lugar, ejemplo de dificultad en las operaciones de cimentación debido al

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suelo suave y pantanoso, que es afectado grandemente por la acción de pilotaje de las estructuras  vecinas. Otra obra asociada a la ingeniería de las cimentaciones del siglo XVII es el famoso mausoleo TajMahal, en las afueras de la ciudad de Agrá, India. Su construcción empezó en el año 1632 y fue terminada en 1650. Fue erigido por órdenes del Shah Jahan, emperador de Delhi, en honor de su esposa favorita, Mumtazi-Mahal. Este mausoleo necesitó cuidados especiales en su cimentación debido a su proximidad al río, por lo que emplearon cilindros de mampostería hundidos en el suelo a intervalos cercanos para que el mausoleo descansara en una firme cama. Corno ya se mencionó, después de la caída del Imperio Romano se presentó una época de poco interés en el conocimiento de los problemas de los suelos, y no fue sino hasta los siglos XVII y XVIII cuando revivió el interés y se dio nuevo impulso a la solución de los problemas en las cimentaciones. Una de las primeras ramas en ganar interés fue la relativa al empuje de tierras. De hecho, el pionero en formular una guía en esta área fue el ingeniero militar francés Marquis Sebastián le Prestre de Vauban (1633-1707), y posteriormente Charles Agustín Coulomb (1736-1806), también notable y sobresaliente ingeniero militar francés, a quien se le acredita la primera contribución básica y científica en el cálculo de la estabilidad de muros de retención de tierras. Otra importante contribución en el estudio de la presión de las tierras la aportó William John Macguorn Rankine (1820-1872), ingeniero y físico escocés, más conocido por sus investigaciones en física molecular y uno de los fundadores de la ciencia de la termodinámica. Coulomb y Rankine son los dos ingenieros que más contribuyeron al estudio de los empujes de tierra, destacando también en esta especialidad Jean Víctor Poncelet (1788-1867), ingeniero y matemático francés y uno de los creadores de la geometría proyectiva, y quien además contribuyó con un método gráfico para resolver las presiones de tierra. Sobresale, asimismo. Karl Culmann (1821-1881), ingeniero alemán cuyo método de estática gráfica ha sido usado extensamente en problemas de ingeniería y aplicado a la solución de muros de retención de tierras. Otro ingeniero que contribuyó grandemente a la solución de problemas de distribución de presiones en los suelos fue Joseph Valentín Boussinesq (1842-1929). Otto Mohr (1835-1918) propuso en 1882 un método para analizar esfuerzos en un punto. Su "círculo de Mohr", como se conoce comúnmente al método, es muy usado en resistencia de materiales y en suelos. Los años comprendidos entre 1900-1925 constituyen la época en que se engendró la Mecánica de Suelos, siendo los pioneros los ingenieros de la Comisión Sueca de Geotecnia de los ferrocarriles suecos, encabezada por el profesor Wolmar Fellenius, a quien el gobierno sueco le encomendó estudiar las causas de las fallas o deslizamientos de tierra ocurridos en diferentes puntos de la red ferrocarrilera de la nación, así como buscar y presentar soluciones a los problemas detectados. La investigación realizada por los ingenieros dirigidos por Fellenius culminó en 1922 con la presentación de un informe sobre las fallas y de un procedimiento llamado "Método Sueco" para analizar la estabilidad o inestabilidad de taludes. La proposición de este método, llamado por algunos "Método de Rebanadas", fue hecha por dos de los ingenieros de la "Comisión Sueca", Los ingenieros en cuestión fueron K. Petterson y S. Hultin, quienes ya habían aplicado dicho método en algunas fallas en el puerto sueco de Göteborg, en el año 1916.

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En los Estados Unidos de América, el "U.S. Bureau of Public Roads" así como la "American Society of  Civil Engineering" llevaron a cabo, juntamente con profesores de diversas universidades de dicho país, arduas investigaciones relacionadas con la construcción de carreteras durante los años de 1920 a 1925. A partir de 1925 se inicia el desarrollo más significativo en esta rama de la ingeniería con la presentación del profesor Karl Von Terzaghi (1882-1963) de su libro Erdbaumechanik (Mecánica de suelos), en donde presenta una nueva filosofía relativa al suelo como material, y muestra cómo tratar las propiedades mecánicas de los suelos y su comportamiento bajo diversas cargas y condiciones de humedad.   A partir de la publicación del eminente profesor K.V. Terzaghi, de origen sueco y nacionalizado estadounidense, han aparecido numerosos trabajos e importantes investigaciones relacionados con los suelos. Así, figuran entre los más sobresalientes en el ramo: Arthur Casagrande con su Clasificación de los Suelos, A.W. Bishop con Estabilidad de Taludes y Presión Neutra. L. Bjerrum con Esfuerzos de Corte, T.W. Lambe y su Estudio del Comportamiento de los Suelos de Granos Finos. G.G. Meyerhof con Capacidad de Carga de los Suelos. R. Peck. Autor de Presiones en Arcillas. E.F. Richard con su obra Comportamiento de las Cimentaciones bajo la Acción de Cargas Dinámicas. P. W. Rowe con Presiones Laterales de las Tierras, H.B. Seed y su Estudio y Efecto de los Movimientos Telúricos, A. W. Skempton con Presiones de Poro y Esfuerzos Efectivos en Capacidad de Carga de las Cimentaciones, D.W. Taylor y sus libros Estabilidad de Taludes y Consolidación, y A. S. Vesic con Capacidad de Carga en Cimentaciones Profundas. La aparición de la Mecánica de Suelos como tal en 1925 y las investigaciones posteriores hasta nuestros días ayudaron fuertemente al mejoramiento de los métodos empíricos existentes en el pasado. Sin embargo, la metodología actual, aunque abarca muchos aspectos técnicos de ciencias como la Mecánica y la Hidráulica, aún no establece una condición única para la solución de problemas diversos en las cimentaciones, pero sí proporciona las herramientas básicas para que el ingeniero de buen criterio y adecuado juicio pueda realizar su trabajo de manera eficiente al valorar técnicamente los resultados de los análisis y pruebas de los materiales que deberán emplearse. ―

El Dr. Nabor Carrillo, en su calidad de ex rector de la Universidad Nacional   Autónoma de México, en 1968 escribe el prefacio del libro (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005) y en él nos hace conocer interesantes pasajes de la vida de Karl Terzaghi y otros investigadores mexicanos de renombre: ―..

Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y

sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, son difíciles de entender y de medir. A pesar de esto, ames del siglo xx no se hizo un esfuerzo serio para atacar científicamente el estudio de la Mecánica de los Suelos. Sería injusto, sin embargo, desconocer la actuación aislada de hombres de gran sensibilidad e inspiración que merecen el título de precursores de la Mecánica de Suelos. Un ejemplo brillante es   Alexandre Collin, quien en 1846 publicó sus   Recherches Expérimentales sur les Glissements Spontanés des Terrains Argileux  que parece ser la primera obra sobre este asunto con filosofía

moderna y con notable perspicacia experimental. El esfuerzo aislado de Collin, sin embargo, no encontró el clima adecuado y su labor fue apreciada y redescubierta hasta hace pocos años. 5

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La llamada precisamente "Mecánica de Suelos" es un fruto característico de la ingeniería de nuestro tiempo: fue a principios de este siglo, en 1913, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó por primera vez, en forma sistemática y organizada, realizar estudios que corrigieran vicios seculares en el tratamiento de los suelos. 1 Poco después, un hombre extraordinario de nuestro tiempo, un hombre de auténtico genio, hizo investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una Universidad en el Cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecánica de Suelos. Este hombre, es el profesor Karl Terzaghi, que actualmente, a los 80 años de edad, sigue profesionalmente activo. Terzaghi publicó en 1925 su Erdbaumechanik (Mecánica de Suelos) en Viena. Entonces nació el término ahora mundialmente usado. De entonces para acá ha habido una evolución muy grande y también momentos de gran incertidumbre y desconcierto. Científicos y técnicos han tratado a la Mecánica de Suelos a veces con desdén. "No es una rama científica, está llena de oscuridades y de dificultades, de imágenes puramente empíricas", dicen. Sin embargo, pese a las hostilidades y a las incomprensiones, la Mecánica de Suelos ha adquirido relevancia y, para usar un término propio de ella, se ha "consolidado", en universidades, en centros de estudio e investigación y en oficinas de consulta. Para los jóvenes conviene hacer una advertencia con relación a las agresiones a la Mecánica de Suelos que pueden, tal vez oír o leer. He sabido que algunos estudiantes se preguntan si vale la pena estudiar un asunto que es tan complejo, tan oscuro, tan difícil y, que para muchos ingenieros no tiene "importancia práctica". Estudié Mecánica de Suelos como alumno del propio profesor Terzaghi y de su discípulo más notable, el profesor Arturo Casagrande, actualmente en la Universidad de Harvard. Cuando estudié este tema lo hice con el deseo de atender problemas de la ciudad de México y otros que interesaban a la antigua Comisión Nacional de Irrigación, actualmente Secretaría de Recursos Hidráulicos. Después de años de estudio, de investigación y de ejercicio práctico como consultor en México y en el extranjero, y después de separarme (espero que transitoriamente) de esta actividad, quiero decir que nunca me he arrepentido de haber invertido dos años cruciales de mi vida en la Universidad de Harvard para doctorarme en Mecánica de Suelos. El campo es extraordinariamente atractivo. Desde muchos puntos de vista. Empecemos por lo obvio: por la "importancia práctica". Hace un año, el profesor Terzaghi publicó un trabajo en la Universidad de Harvard 2 en el que habla del pasado y presente de la Mecánica de Suelos. En sus observaciones hace un relato notable de cómo fue cambiando de criterio y de punto de vista a medida que aprendía más y más. Y entre las cosas importantes que señala en su trabajo, hay una que es significativa por sí sola. Dice el profesor

1

En enero de 1913, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles nombró un "Comité Especial para hacer un

código sobre la práctica actual en relación a la capacidad de carga de los suelos". En diciembre de 1913, la "Comisión Geométrica de los FF.CG. Suecos" inició el estadio del factor de seguridad de taludes en el sur de Suecia. (N. de los A.) 2

Past and Future of Applied Soil Mechanics-Soil. Mechanics Series No. 62 6

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Terzaghi que durante siglos, desde que empezó la ingeniería en la India hasta fines del siglo XIX, se pudieron construir con éxito presas de tierra a lo sumo de 20 m de altura. Las que se hicieron con una altura mayor fracasaron tantas veces que a principios de este siglo se llegó a la conclusión de que no era aconsejable construir cortinas de tierra de más de 20 m de altura. 3 La realidad es que, posteriormente, y con las técnicas aprendidas en la Mecánica de Suelos, con el conocimiento de los fenómenos de las redes de flujo, de las presiones internas de poro y el mejor entendimiento sobre la resistencia al corte de los suelos, se ha logrado, en años recientes, construir cortinas muy elevadas. 4 Este es un hecho. Se puede hablar de otras muchas aplicaciones felices de la Mecánica de Suelos. Estructuras que, sin los conocimientos actuales hubieran sido imposibles de construir. La importancia práctica del tema no es discutible. Pero hay otros aspectos que no suelen discutirse. La Mecánica de Suelos es una disciplina que tiene un lugar dentro de la ciencia moderna. Es noble y digno que los jóvenes se entreguen a su estudio con el mayor empeño, con la confianza y la seguridad de que, si así lo hacen, habrán de obtener beneficios indudables en su formación. En efecto, la Mecánica de Suelos tiene, dentro de su enorme amplitud, lugar y espacio para muy diferentes temperamentos. Quienes como yo tienen inclinación por los asuntos analíticos, pueden encontrar un reto fascinante en la investigación de diversos problemas de la Mecánica de Suelos. Ciertamente no puede decirse —quizá no se podrá decir nunca — que la Mecánica de Suelos constituye una rama de las matemáticas aplicadas; pero es indudable que hay campo para investigar en ella. Muchos problemas analíticos están pendientes de solución. Las Teorías de Elasticidad y Plasticidad han demostrado en la práctica tener trascendencia para aclarar infinidad de casos concretos. En el texto que ahora presento hay ejemplos precisos que confirman lo que acabo de decir.   A quienes no tienen particularmente inclinación analítica y, en cambio, sienten pasión por la observación y curiosidad de explorar personalmente con experimentos directos las intimidades de la naturaleza, la Mecánica de Suelos ofrece las mejores perspectivas. Quizá los más importantes autores de la Mecánica de Suelos son de este tipo. El propio profesor Terzaghi es así. En alguna carta me decía que una medida de la Mecánica de los Suelos es que caben quienes "gustan de soñar con soluciones perfectas en materiales ideales", y quienes "se interesan mucho más en investigar las incertidumbres y complejidades de los materiales reales". Terzaghi ha dicho, además, "quien sólo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica puede ser un peligro público". Pero hay más. Si bien es un hecho que el estudio de esta nueva rama hace de cualquier ingeniero un ingeniero mejor, también es ver dad que no solamente sirve para elevar el nivel del ingeniero técnicamente, sino para prepararlo para otras muchas posibles actividades.

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 Afirmación hecha en 1901 por el Consejo de Consultores de las Obras de Abastecimiento de Agua, de Nueva  York. (N. de los A.)

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Para justificar esta afirmación pueden mencionarse las cortinas de las presas Anderson Ranch (E.U.A.) con 140 m de altura y Mud Mountain (E.U.A.) con 130 m, que son, en el momento, las mayores concluidas en el mundo. En México pueden mencionarse El Humaya, con 100 m, El Palmito, con 95 m y la M. Ávila Camacho, con 85 m, como los máximos logros hasta el presente. La cortina del proyecto hidroeléctrico "El Infiernillo", una vez terminada, tendrá una altura de 144.60 m. (N. de los A.) 7

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El estudio de los suelos enseña humildad intelectual. El constante contacto con la realidad, que no existe en otras ramas de la ingeniería, hace que se desarrolle la autocrítica, que se revisen todo el tiempo las hipótesis y que se cure el vicio del dogmatismo que suelen padecer muchos técnicos. Una  vez que han resuelto, con ayuda de tablas o con ayuda de fórmulas, algún problema, se olvidan de él, tranquilizan su conciencia y no dudan que la estructura está sana. El que trabaja con suelos no puede tener esta filosofía conformista. Cada nuevo caso es un prob lema de investigación. Esto es uno de sus grandes encantos. No es un campo dogmático de la profesión de ingeniería, sino que es un reto intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y del sentido de observación que da frutos útiles para otras muchas posibles aplicaciones. Me han pedido los autores que cite algunas experiencias personales y lo hago creyendo que puede ser de utilidad para los jóvenes que lean estas líneas. Cuando tuvimos necesidad en la Universidad de México de desarrollar el campo de la energía nuclear, nos encontramos con que no había, por falta de antecedentes, por falta de laboratorios, personas que pudieran realizar la promoción de los estudios experimentales de la energía nuclear en México. El profesor William Buechner, actualmente jefe de la División de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, era consultor nuestro y sentía preocupación porque nuestros jóvenes físicos eran fundamentalmente teóricos, muy apreciables, pero sin el penetrante sentido de observación que requiere quien trabaja en un laboratorio nuclear. Después de entrevistar a una serie de candidatos, propuse al profesor Buechner que ensayáramos a un alumno de Mecánica de Suelos. Años después Buechner me dijo que casi por cortesía aceptó el ensayo, porque le parecía absurdo, a primera vista, que una persona entrenada en Mecánica de Suelos (ignoro si él estaba prejuiciado también por las voces a las que antes aludí), tuviera la preparación, los conocimientos o la filosofía, para actuar en el campo de la investigación nuclear.  Aceptó, sin embargo. Logré convencer al joven candidato de las posibilidades y los atractivos que tendría trabajar en esa disciplina científica y mi alumno fue al Instituto Tecnológico de Massachusetts a recibir instrucción especializada en energía nuclear, instrucción que fue para él totalmente nueva. No tenía los menores antecedentes. No había estudiado absolutamente nada de física atómica. Un año después, este joven realizaba ya investigación nuclear y contribuía a mejorar el laboratorio del profesor Buechner. Recientemente, recibió un Premio de Ciencias en México. En la actualidad es reconocido como uno de los más distinguidos investigadores en la investigación de los núcleos. En los laboratorios de Van der Graaff, Marcos Mazari ha logrado hacerse de renombre. Esto que fue sorpresa para muchos, para mí no lo fue; porque creo que la Mecánica de Suelos da una formación que permite insólitas transformaciones. 5 Otro ejemplo. El de mi propio caso en la Universidad Nacional. Cuando tuve el honor de ser designado Rector lamenté no tener preparación en Ciencias Sociales, Ciencias Políticas, Economía, Sociología, qué se yo. Pensé que la Mecánica de Suelos no era tal vez el mejor de los entrenamientos para enfrentarse al problema de servir como rector a una Universidad tan grande, tan importante y tan compleja. Sin embargo, pronto descubrí lo muy valioso que fueron para mí los años que invertí 

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El propio Dr. Carrillo, único científico mexicano que ha observado explosiones atómicas experimentales, ha sido Consultor del Gobierno Mexicano desde 1946 en asuntos de energía nuclear. Actualmente es Vocal de la CNEN. (N. de los A.) 8

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en la Mecánica de Suelos. Es siempre útil el ejercicio, repito, de la humildad intelectual, la imaginación, la prudencia y el sentido de observación. Son armas que sirven para tratar con suelos y con hombres. México, particularmente en su capital, es un lugar ideal para estudiar Mecánica de Suelos. El profesor Terzaghi en alguna ocasión dijo que la ciudad de México es el paraíso de la Mecánica de Suelos. La naturaleza del subsuelo en nuestra capital ha sido causa de dolores de cabeza de los ingenieros y constructores de todos los tiempos. Desde los aztecas hubo fracasos debido a la baja resistencia del subsuelo mexicano; y los españoles tuvieron grandes dificultades para construir los monumentos coloniales que nos legaron. Pero si los ingenieros de los pueblos más adelantados del mundo no se ocuparon científicamente de los suelos hasta hace 50 años, los mexicanos no lo hicimos hasta hace 25. Cuando hace 30 años los estudiantes que llegábamos a la Facultad (en aquella época, Escuela Nacional de Ingeniería), aprendimos los procedimientos de construcción, en un curso "práctico" nos instruían sobre los métodos para determinar la resistencia de un terreno. Se hablaba de colocar una mesa con 4 patas sobre el terreno, cargar la mesa y medir los asentamientos de la misma. De la relación entre estos asentamientos y las cargas aplicadas se obtenían datos que, se suponía, determinaban la resistencia del terreno y fijaban las normas sobre las cuales debía hacerse el cálculo para una estructura que se iba a construir ahí. Otro sistema, famoso entre los estudiantes, era el llamado sistema del barretón: se tomaba un barretón, se levantaba un par de metros y se dejaba caer verticalmente; el barretón penetraba algunos centímetros en la corteza del suelo; la distancia penetrada, multiplicada por la "resistencia", se igualaba con el peso del barretón multiplicado por la altura de caída, y en esta forma se pretendía determinar la capacidad de carga del suelo para resistir el peso de un edificio cuyas dimensiones nadie tomaba en cuenta de antemano. Había una cifra cabalística: la que llamaban fatiga de resistencia del terreno y ésta era la misma para un edificio que tuviera 10 X 10 m de área, o que tuviera 100 X 100 m. Esto, que en la actualidad suena increíble a los propios estudiantes, se nos enseñaba hace apenas 30 años. No había ninguna información ni ninguna referencia a las propiedades de los mantos profundos del subsuelo. Las características de la piel se suponían suficientes para garantizar la estabilidad general de una construcción. Pero, por supuesto, en todas las épocas y en todas partes ha habido hombres dotados que han poseído ese raro sentido llamado "común". En este siglo, en Mé xico, dos hombres sobresalen como antecedentes en Mecánica de Suelos: Roberto Gayol y José A. Cuevas. A mediados de la década de los 30, José A. Cuevas creó gran inquietud sobre los problemas derivados de la falsa interpretación de la resistencia de los suelos. Y fue él, indudablemente, la figura más vigorosa que podemos encontrar como precursor del desarrollo de la Mecánica de Suelos en México. Cuevas estaba en aquellos días construyendo la cimentación para el edificio de la Lotería Nacional. En 1936, fui con Cuevas a la Universidad de Harvard, donde con motivo de las fiestas del tercer centenario de su fundación, la Universidad acogía al Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos.  Asistieron Terzaghi, Casagrande, Gilboy, L. White, Rutledge, Morán y muchos otros grandes hombres en este campo. El Congreso fue para los jóvenes que estuvimos en calidad de observadores, una auténtica revelación. El discurso inaugural de Terzaghi es un documento histórico: una obra maestra que todo ingeniero, especializado o no en suelos, debe leer. 9

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El Ing. Cuevas, fue también uno de los campeones contra el uso exagerado de pozos en la ciudad de México. Cuando en 1936 la ciudad comenzó a asentarse rápidamente, a hundirse en forma cada vez más alarmante, él advirtió, con gran instinto, los peligros que había en abusar de la extracción de agua y alterar el equilibrio del líquido que tanta importancia tiene en la ciudad de México para el equilibrio del suelo mismo.  Años más tarde me tocó hacer uno de los primeros trabajos analíticos sobre la relación que hay entre las presiones del agua en los acuíferos y los asentamientos de la ciudad. Y hubo (apenas hace unos 15 años) quienes protestaron y dijeron que un pozo bien construido, cementado adecuadamente alrededor del tubo, no tenía por qué producir asentamientos, dado que la arcilla es muy impermeable. Se consideraba que los pozos bien hechos eran ab solutamente inocuos. Se hablaba, apenas hace 12 años, de que las causas principales del asentamiento de la ciudad de México, eran el incremento en la carga impuesta sobre la superficie con el crecimiento del área construida, la impermeabilización de la corteza derivada de los propios edificios y de los pavimentos en las calles y los drenajes que extraían el agua de las capas superiores del suelo. Se suponía que el problema era debido a causas externas: falta de agua externa que nutriera al suelo, aumento de carga externa y alteración en las capas superficiales; no se pensaba que el origen del asentamiento estuviera en las capas profundas en donde se había creado un desequilibrio en las presiones del agua, que ya no eran hidrostáticas. Fue en un caso particular, muy interesante de mencionar en el que se tuvo una evidencia clara de que el fenómeno no se debía, como se afirmaba a causas externas. (Que, por supuesto, influyen. Un edificio alto, mal construido, mal cimentado, puede producir y ha producido asentamientos considerables pero que sólo afectan al área vecina al edificio. Su radio de acci ón es del orden de magnitud de las dimensiones del área cargada.) En 1950 el Gobierno proyectaba realizar obras que devolvieran al Palacio de las Bellas Artes a su nivel original. Una empresa extranjera hizo un proyecto para re cimentar al palacio por medio de pilotes y, por medio de gatos, subirlo al nivel de la calle. Los primeros datos que se tenían parecían muy alarmantes; se mencionaban asentamientos de Bellas Artes del orden de 30 cm por año; pero se estaba hablando de los asentamientos absolutos del Palacio, con relación a bancos de nivel que no se asentaban. Cuando se hizo el análisis de los asentamientos de Bellas Artes con respecto al nivel de la calle, se descubrió algo notable: el Parque de la Alameda, que está a corta distancia del Palacio, se hundía más aprisa que éste, con relación a los bancos de nivel absoluto; es decir, Bellas Artes en realidad estaba hundiéndose más lentamente que la calle; sus movimientos relativos eran de recuperación, en vez de asentamiento. Bellas Artes es uno de los edificios más pesados que, por haberse cimentado sin los conocimientos suficientes del subsuelo, se asentó más de 2 m; Bellas Artes está rodeado de una gran área impermeabilizada. En Bellas Artes se conjugan los factores que se decía provocan el hundimiento, en tanto que en la Alameda no hay carga, la lluvia puede penetrar libremente y no hay drenaje; sin embargo, la Alameda se hunde más aprisa que Bellas Artes, lo cual revela que el fenómeno se debe a causas profundas que ahora hemos identificado: a las fuerzas de filtración provocadas en el subsuelo por el desequilibrio de las presiones del agua. Por el exagerado bombeo en el pasado. Evidentemente, el subsuelo de la Alameda, virgen, respondía más a las nuevas fuerzas internas que el subsuelo del palacio ya muy consolidado. Por fortuna el problema del hundimiento de la ciudad se ha aclarado y se han tomado medidas que han hecho que la situación mejore día a día. En pocos años, el progreso que se ha logrado en la 10

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ingeniería, como consecuencia de un mayor conocimiento de la Mecánica de Suelos, es extraordinario. De la época en que se hablaba de determinar la resistencia de un terreno por medio de una mesa, al momento en que dos ingenieros mexicanos son capaces de producir un libro de los alcances y de la importancia del que ahora nace, hay una distancia enorme. He hablado de aspectos prácticos, culturales e intelectuales de la Mecánica de Suelos. Voy a terminar con una reflexión final de otra naturaleza. Hace un año recorrí países de Asia, Europa y América. No me sorprendió encontrar en muchas partes incomprensión o desconcierto con relación a la Mecánica de Suelos. Falta de información. Pero sí me sorprendió, gratamente, encontrar en Hong Kong, en Pekín, en Estambul, en Esto- colmo, en Londres, y en Sao Paulo y Buenos Aires,   verdaderos apóstoles de la Mecánica de Suelos. En cadena se me abrían las puertas de una fraternidad de amigos. Y descubrí en todos esos ingenieros, además, una mística común. Vi que todos realizan una tarea desinteresada de promoción de la Mecánica de Suelos. Se nota en todos los rumbos del planeta la influencia de un gran hombre que es, sin duda, el corazón de la Mecánica de Suelos. Arthur Casagrande, cuya influencia en es te primer texto mexicano es evidente. Primero como discípulo predilecto y devoto del maestro Terzaghi; después como profundo investigador y consultor, y, finalmente, como profesor extraordinario, como maestro auténtico y generoso cuyo sentido de responsabilidad hacia sus discípulos desborda los cauces establecidos, Casagrande ha dado alma a esta nueva rama de la ciencia. Si a la Mecánica de Suelos se deben presas de tierra de alturas sin precedente, a ella se debe también que en Harvard haya surgido un profesor de ciencia que tiene estatura humana extraordinaria. La personalidad de Casagrande es un estímulo y una garantía para quienes abrazan la especialidad que trata con el material que conjuga a dos de los cuatro elementos de la naturaleza que fascinaron a los hombres de antes y siguen fascinando a los hombres de hoy. La tierra y el agua. NABOR CARRILLO‖

Imagen 1. Bjerrum-Terzaghi-Casagrande (Agosto 1957) 11

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apuntes del curso de MECÁNICA DE SUELOS I

1.2.

CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE SUELOS La Mecánica del Suelo es una ciencia relativamente joven; su nombre actual existe desde 1925, año en el que el profesor checo Karl Terzaghi publicó en Viena su tratado ―Erdbaumechanik‖. Es evidente que

mucho antes de Terzaghi, los

constructores, ingenieros y arquitectos se habían preocupado por el suelo. Hay estudios del mismo, considerado desde el punto de vista constructivo, que se remontan a épocas muy anteriores; los habitantes prehistóricos construyeron ciudades lacustres sobre lagos, en lo que ahora es Suiza e Italia. Erigieron habitáculos sobre pilotes, los palafitos: esto implica cierta experiencia en el comportamiento del suelo. Los pueblos de la Antigüedad, persas, griegos y romanos, construyeron puentes, templos monumentales, grandes obras hidráulicas como los acueductos, etc. En la Mesopotamia, el pueblo sumerio (3500 a.C.) utiliza el adobe y ladrillo en sus construcciones y construye caminos con la superficie estabilizada con asfalto. (Gallegos 1999) 

En la dinastía Chou, 1000 A. C. se dan recomendaciones para construir los caminos y puentes. El siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias sobre ingeniería de suelos y el siglo

ХVIII

marca el comienzo de la

Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño estructural. 

En la Edad Media, la construcción de las catedrales, con su gran peso, implica que ya tenían conocimientos importantes sobre el comportamiento de los suelos. Pero es a partir del siglo XVIII cuando los estudios de las tierras tienen un desarrollo más técnico, se precisan las nociones de equilibrio, empuje de tierras sobre muros, etc.



Vauban, 1687, ingeniero militar francés da reglas y fórmulas empíricas para construcción de muros de contención.



Bullet, 1691, (francés), presenta la primera teoría sobre empuje de tierras y a ella contribuyen los franceses Couplet (1726). Coulomb (1773), Rondelet (1802), Navier (1839), Poncelet (1840) y Collin (1846). Más adelante el escocés Rankine (1857) y el suizo Culman (1866).

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Mecánica de Suelos I



En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la cohesión y fricción del suelo. En 1857, Rankine (escocés), presenta su teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de Darcy" (Francia) y la 'Ley de Stokes'" (Inglaterra), relacionadas con la permeabilidad del suelo y la velocidad de caída de partículas sólidas en fluidos.



Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de contención. En 1871, Mohr (Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una representación gráfica) en un punto del suelo dado.



1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la carga de la columna y recomienda valores de carga en arcillas.



En 1885 Boussinesq (Francia) presenta su teoría de distribución de esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno.



En 1890. Hazen (USA) mide propiedades de arenas y cascajo para filtros.



En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometría para mezclas en vía.



En 1906, Müler, experimenta modelos de muros de contención en  Alemania.



En 1908, Warston (USA), investiga las cargas en tuberías enterradas.



En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos finos.



En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos para conocer la resistencia al corte de los suelos y otras propiedades.   Además, desarrolla el método sueco del círculo para calcular la falla en suelos cohesivos.



En 1925, Terzagui, presenta en Viena el tratado ERDBAUMECHANIK que hace de la Mecánica de Suelos una rama autónoma de la Ingeniería. El científico de Praga, Karl Terzagui, es considerado el padre de la Mecánica de Suelos Moderna.

13

W. David Supo P.

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1.2.1. KARL VON TERZAGHI

Imagen 2. Karl von Terzaghi (1883 -1963): El fundador de la mecánica de suelos. Karl von Terzaghi (Praga, 2 de octubre de 1883

—

Winchester, Massachusetts,

Estados Unidos, 25 de octubre de 1963) fue un ingeniero austríaco reconocido actualmente como el padre de la Mecánica de los suelos y de la Ingeniería Geotécnica. Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método racional que resolviera los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y fundaciones. La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925 con la publicación de 14

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Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de los suelos como nueva rama de la ciencia en la ingeniería. De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició el primer programa Norte Americano sobre mecánica de los suelos y con eso hizo que esta ciencia se convirtiera en una materia importante en la Ingeniería Civil. En 1938 pasó para la Universidad de Harvard donde desarrolló y enseñó su curso sobre geología aplicada a la ingeniería, jubilándose como profesor en 1953 con 70 años de edad. Se nacionalizó como ciudadano de los Estado Unidos de América en 1943. Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito conjuntamente a Ralph B. Peck, es de consulta obligatoria para los profesionales de la ingeniería geotécnica. Es considerado uno de los mejores ingenieros civiles del siglo XX. Dentro de su producción bibliográfica destacan las siguientes: Terzaghi, K., Erdbaumechanik. auf 



bodenphysikalischer Grundlage, Leipzig und Wien, Franz Deuticke (1925) Terzaghi, K., Theoretical Soil Mechanics,



 John Wiley and Sons, New York (1943) ISBN 0471853054. Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G.,



Soil Mechanics in Engineering Practice, 3rd Ed. Wiley-Interscience (1996) ISBN 0471086584. Terzaghi, K., "Large Retaining Wall



Tests", Engineering News Record Feb.1, March 8, April 19 (1934). Terzaghi, K., From theory te lo practice



in soil mechanics; Selections from the  

writings

of

Karl

Terzaghi,

with

bibliography and contributions on his life and achievents John Wiley and Sons (1967).

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apuntes del curso de MECÁNICA DE SUELOS I



Terzaghi, Karl, and Ralph B. Peck. Soil Mechanics in Engineering Practice. New York: Wiley (1967).



Terzaghi, K., Proctor, R. V. and White, T. L., "Rock

Tunneling

with

Steel

Supports,"

Commercial Shearing and Stamping Co. (1946). 

Terzaghi, K., American Society of Civil Engineers, "Terzaghi Lectures, 1974-1982,"   American Society of Civil Engineers (1986) ISBN 087262532X.

Reseña histórica de Karl von Terzaghi presentada en (Kurrer 2008) traducida e ilustrada por el autor del presente apunte: 

Nacido en Praga (1883)



Estudió ingeniería mecánica en Graz TH

Imagen 3. Ing. Karl Terzaghi, a los 23 años de edad (1907) 

Posteriormente,

trabajó

para varias empresas de construcción en   Austria, Rusia, y en otros lugares; intrigado por casos de daño, decidió cuando aún era joven explorar los límites entre la geología y la ingeniería civil 

1916-25:

Profesor

en

Constantinopla 

libro

1925: publicación de su Erdbaumechanik

auf 

bodenphysikalischer Grundlage (mecánica de suelos sobre la base de la física de suelos) (Terzaghi, 1925) 

1925-29: Profesor en el MIT, en Boston. EE.UU. 16

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Mecánica de Suelos I



En la primavera de 1936 junto a Fróhlich publica el libro titulado Theorie

der

Setzung

von

Tonschichten (teoría de la solución de estratos de arcilla) (Terzaghi y Fröhlich, 1936) (Fig. 11-16) 

1929 a 1938: Profesor en Viena TH



1939:

profesor

de

ingeniería

geológica y mecánica del suelo en la Universidad

de

Harvard,

Cambridge. EE.UU.

1.3.

DEFINICIONES

1.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios fundamentales de la mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los problemas de diseño de cimentaciones. (Das 2001) La Ingeniería Geotécnica (IG) constituye una de las principales ramas de la Ingeniería Civil y como tal, presenta facetas que han sufrido el mismo derrotero que esta última a través del tiempo y a lo largo de la evolución de la civilización. Hasta principios de la década de 1960, los especialistas en ingeniería geotécnica estaban agrupados en la ISSMFE (―International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering‖). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM (―International Society for Rock Mechanics‖) en 1962 y la IAEG (―International  Association of Engineering Geology‖) en 1970.

(Rocca 2009)

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Imagen 4. ISSMGE International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. (www.issmge.org)

Imagen 5. International Society for Rock Mechanics (www.isrm.net)

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1.3.2. GEOLOGÍA La geología es la ciencia de la tierra (especialmente de los procesos de su interior y las transformaciones que afectan a los minerales y las rocas en su superficie). Es la ciencia de la historia de la tierra; los procesos de su formación, su desarrollo, los cambios, hasta la situación actual. La geología nació por una parte; del deseo del ser humano para entender su entorno - su mundo. Por otro lado era la necesidad de mejorar su entorno; la búsqueda de recursos naturales - mineralógicos, geológicos - era mucho más eficiente con un buen conocimiento de los procesos de la tierra. En los últimos años la definición de geología se extendió también a los otros cuerpos del sistema solar. La geología forma también parte de la planetología. Los planetas muestran un ambiente diferente a la tierra, pero la pauta general de los procesos interiores y exteriores es la misma o comparable. (Wolfgang Griem Susanne Griem Klee 1998-2007)

Imagen 6. Geología

Fuente: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

1.3.3. MECÁNICA DE SUELOS La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. (Das 2001) Terzaghi en su libro Theoretical Soil Mechanics, define:

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“La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de

la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente que tengan o no contenido de materia

orgánica.”

Según (Jimenez S., J. A. - De Justo A., J. L. 1975), la mecánica de suelos es: ―Ciencia que se ocupa de las modificaciones que en los estados de equilibrio y de

tensiones de la corteza terrestre producen las construcciones humanas.‖ La mecánica de suelos incluye: según (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005) a.

Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetas a cargas; basadas en simplificaciones necesarias, dado el estado actual de la teoría.

b.

Investigación de las propiedades físicas de los suelos.

c.

Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas prácticos.

La mecánica de suelos es la aplicación de la mecánica a los problemas geotécnicos. Ella estudia las propiedades, comportamiento y utilización del suelo como material estructural, de tal modo que las deformaciones y resistencia del suelo ofrezcan seguridad, durabilidad y estabilidad de las estructuras. La estructura del suelo puede ser natural (la del suelo "in situ"), como un talud, canal en tierra o artificial (suelo como material de construcción), como un terraplén o un relleno. En resumen: la Mecánica del Suelo estudia problemas de equilibrio y deformación de masas de tierra. Masas de tierra conformadas por varias capas de suelos de naturaleza y espesores diferentes. Suelos que en sí ya no son homogéneos ni monofásicos, sino que en cada uno de los diferentes tipos de suelo, nos encontramos con la fase sólida de las partículas de suelo propiamente dicho, y con otras fases como aire, agua o hielo, e incluso gas. Existen conexiones con otras ciencias y disciplinas, como la química, la geología, la hidráulica, etc. Las masas de tierras pueden estar sometidas a esfuerzos interiores y exteriores también de

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Mecánica de Suelos I

naturaleza e intensidad diferentes, como pueden ser acciones hidráulicas,  vibratorias, sísmicas, gravitatorias, etc. (Gona lez C. 2001)

1.3.4. ROCA   Agregado natural de partículas minerales (más bien cristales) unidas por fuerzas cohesivas potentes y permanentes. Se suele considerar roca si su resistencia a la compresión simple, sin drenaje, qu (o Ru ). (―u" del inglés undrained), es mayor que 5 kg/cm2. (Gona lez C. 2001) En general las rocas duras y compactas constituyen un terreno de cimentación excelente, siempre que la solera de excavación esté libre de material alterado y las posibles diaclasas se rellenen con hormigón. Las rocas se clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias y metamórficas. Ejemplo de ígneas: granitos, pórfidos, sienita, diorita, gabro, diabasa, ofita, gneis, basaltos, pumicita, etc. Ejemplo de sedimentarias silíceas: sílex, jaspe, areniscas, etc. Ejemplo de sedimentarias arcillosas: arcillitas, margas, etc. Ejemplo de sedimentarias cálcicas: calizas, dolomías, etc. Ejemplo de metamórficas: gneis, micacitas, pizarras, esquistos, cuarcitas, serpentinas, mármoles, etc. (Gona lez C. 2001)

1.3.5. SUELO En el sentido general de la ingeniería, suelo se define como el agregado no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta (partículas sólidas) junto con el líquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las partículas sólidas. El suelo se usa como material de construcción en diversos proyectos de ingeniería civil y sirve para soportar las cimentaciones estructurales. Por esto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como origen, distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad, resistencia cortante, capacidad de carga, y otras más. (Das 2001) Los materiales que constituyen la corteza terrestre son clasificados por el ingeniero civil, en forma arbitraria, en dos categorías: suelo y roca. Se llama suelo a todo agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como agitación en agua. Por el contrario, roca es un agregado de minerales unidos por fuerzas cohesivas poderosas y permanentes. Como los términos ―poderosas‖ y ―permanentes‖ están sujetos a interpretaciones diversas, el

límite entre suelo y roca resulta necesariamente arbitrario, y existen muchos 21

W. David Supo P.

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agregados naturales de partículas minerales que son difíciles de clasificar. (Terzaghi, K. - Peck, R. B. 1978). Citamos también la definición de suelo del Ing. Carlos Crespo V. presentada en (Crespo Villalaz 2004): "Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan". (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005) Nos dicen:

1.4.

SISTEMA DE UNIDADES De (Gieck, K. - Gieck, R. 2003), Se ha tomado fragmentos de la sección A: Unidades, Metrología del SI – I Aplicaciones Básicas.

1.4.1. Metrología del SI En la actualidad se ha adoptado casi en todo el mundo el Sistema Internacional de Unidades, que se simboliza por SI y es el resultado moderno de la evolución del sistema físico llamado MKS. El nombre oficial del SI es Système International d'Unités, y las normas respectivas las establece y actualiza el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), con sede en Sèvres, París, Francia.

1.4.2. UNIDADES BÁSICAS El SI tiene siete unidades básicas que corresponden a las cantidades físicas fundamentales del sistema, y son como sigue: 22

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El símbolo de cada unidad se halla estandarizado y es el mismo en todos los países; no deben usarse otros símbolos fuera de normalización.

1.4.3. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS: PREFIJOS Para ampliar o reducir el tamaño de una unidad SI se utilizan los múltiplos y submúltiplos de la misma, que se obtienen aplicando como factores, potencias del número 10. Para los múltiplos se tiene una sucesión que aumenta en 10 3 cada vez, y para los submúltiplos la reducción progresiva es en 10 -3. A fin de indicar lo anterior se utilizan prefijos que se aplican al nombre de la unidad SI. Tales prefijos son:

1.4.4. UNIDADES DERIVADAS Para la mecánica se tienen las siguientes unidades derivadas de las básicas y que tienen nombre especial:

Fuerza (y peso): newton (N): Fuerza que al ser aplicada a una masa de 1 kg le imparte

una

aceleración,

en

su

misma

dirección

y

sentido,

igual

a 1 m/s2. 23

W. David Supo P.

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Presión y esfuerzo: pascal (Pa): Intensidad superficial de fuerza aplicada equivalente a 1 N/m2.

Frecuencia o periodicidad: hertz (Hz): Variación periódica equivalente a un ciclo por segundo (c/s).

 Trabajo y energía:  joule (J): Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando su punto de aplicación se desplaza una distancia de 1 m en la dirección y sentido de la fuerza.

Potencia y flujo de energía:   watt (W): Potencia o flujo de energía que se desarrolla a razón de 1 J/s. La unidad de energía joule (J) se aplica también a los fenómenos térmicos y de cualquier otra clase. Lo mismo corresponde al watt (W). Las unidades derivadas térmicas se determinan considerando el joule y el kelvin (K) o el grado Celsius (°C).  Asimismo, las unidades derivadas eléctricas [volt (V), henry (H), etc.] y magnéticas [weber (Wb), tesla (T), etc.) se establecen a partir del ampere, el joule, el metro y el segundo.

1.4.5. Equivalencias De Unidades Métricas Usuales

24

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2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS 2.1.

LA TIERRA

La Tierra es el tercer planeta desde el Sol, el quinto más grande de todos los planetas del Sistema Solar y el más denso de todos, respecto a su tamaño. Se desplaza en una trayectoria apenas elíptica alrededor del Sol a una distancia de unos 150 millones de kilómetros. El volumen de la Tierra es más de un millón de veces menor que el del Sol, mientras la masa terrestre es 81 veces mayor que la de su satélite, la Luna. Es un planeta rocoso geológicamente activo que está compuesto principalmente de roca derretida en constante movimiento en su interior, cuya actividad genera a su vez un fuerte campo magnético. Sobre ese ardiente líquido flota roca solidificada o corteza terrestre, sobre la cual están los océanos y la tierra firme. (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

2.1.1. Datos Generales de la Tierra 

Radio ecuatorial: 6,378 km



Radio polo/polo: 6,357 km

La tierra no es un globo. A causa de la rotación de la tierra el radio ecuatorial es 21 km más largo como el radio polo N - polo S. La forma de la tierra entonces es un elipsoide de rotación. 

Volumen: 1,083 X 1012 km3



Masa: 6 X 1021 ton



Peso específico promedio: 5.517 g/cm3 25

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La tierra tiene una densidad o peso específico relativamente alta, (una roca común como cuarzo tiene solamente 2,65 g/cm3). La causa es la acumulación de minerales pesados en el núcleo y el manto a causa de la diferenciación. Es decir los minerales pesados durante y después de la formación de la tierra se movieron hacia abajo, los livianos se quedaron en la corteza. 

Edad: 4.65 mil millones de años



Rocas más antiguas: 3.75 mil millones de años

La tierra se formó 4,650 millones años atrás. Las rocas más antiguas de la tierra que se conoce marcan un edad de 3,750 millones de años. 

Océanos/Continentes

La tierra firme solo cubre 29% de la tierra, el resto son los océanos. Fuente de la información: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007).

2.1.2. Estructura de la Tierra ―En un esquema simplista, el globo terrestre está constituido, primeramente, por un

núcleo formado predominantemente por compuesto de hierro y níquel. Se considera, al presente, que la densidad media de este núcleo es considerablemente superior a la de capas más superficiales; también puede deducirse, del estudio de transmisión de ondas sísmicas a su través, que el núcleo carece de rigidez y esta característica ha inducido a la mayoría de los investigadores a juzgarlo fluido; existe la opinión, empero no suficientemente comprobada, de que una zona en torno al centro del Planeta (sobre unos 1300 km contra 3,400 km de radio de todo el núcleo) posee alta rigidez, por lo que deben ser considerada sólida, en vez de fluida. Un manto fluido (magma) rodea al núcleo.

Envolviendo manto se

al

mencionado

encuentra

la

corteza terrestre, capa de

densidad

decreciente hacia la superficie, sobre

formada

todo

por 26

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Mecánica de Suelos I

silicatos. Esta capa, de espesor medio 30-40 km en las plataformas continentales, está constituida por grandes masas heterogéneas con depresiones ocupadas por los mares y océanos. Toda esta corteza se encuentra aproximadamente en estado de balance isostático, flotando sobre el magma terrestre, más denso. La separación entre la parte fluida y la corteza que la envuelve suele considerarse abrupta, antes que gradual (discontinuidad de Mohorovicic). Suprayaciendo a la corteza terrestre propiamente dicha, existe una pequeña capa, formada por la disgregación y descomposición de sus últimos niveles; esta pequeña pátina del Planeta, es el suelo, del cual se trata en la Mecánica de Suelos.‖ (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005)

Imagen 7. Estructura de la Tierra

Fuente: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

Imagen 8. Composición de la corteza terrestre

27

W. David Supo P.

apuntes del curso de MECÁNICA DE SUELOS I

Fuente: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

2.1.3. Métodos de investigación ¿Cómo se puede encontrar informaciones del interior de la tierra? (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

A.

Perforaciones: Por medio de sondajes se puede investigar solamente los

primeros 12 kms. La perforación más profunda del mundo se realizó en la exUnión Soviética con una profundidad de 12km. La ventaja de los sondajes es la posibilidad de tomar muestras a distintas profundidades.

B)

Métodos geofísicos: B.1) Sismología: Por medio de ondas sísmicas se puede detectar discontinuidades, cambios petrográficos, diferenciar entre rocas sólidas y rocas fundidas. Este método es el más importante en la investigación de la geología del interior de la tierra.

B.2) Gravimetría: La Gravimetría detecta anomalías de la gravedad, los que permiten un cálculo de la densidad y/o del espesor de la corteza terrestre.

B.3) Volcanología: Algunos (pocos) volcanes tienen su cámara de magma en altas profundidades (manto superior). El análisis de estas rocas  volcánicas da informaciones de estas profundidades.

2.2.

FORMACIÓN DE SUELOS De (Crespo Villalaz 2004) citamos nuevamente la definición de suelo e incluimos fragmentos de su primer capítulo: ―Mecánica de Suelos‖: "Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan. 28

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Se analizará, por partes, esta definición de suelo y se verá cuántas conclusiones se pueden obtener de ella. La primera parte de la definición dice: Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre... Y el lector se puede preguntar: ¿qué tan delgada es esa capa?, ¿a cuántos milímetros, centímetros o metros corresponde?, ¿acaso a algunos kilómetros? Y la respuesta es que la potencia de la capa mencionada no es fácil de precisar; sin embargo, se podría decir que puede ser todo aquel espesor del globo terráqueo que se encuentra afectado por las diferentes actividades de los seres humanos. Se adelantará ahora un poco más en la definición y se anotará: Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas… En esta segunda parte de la definición se puede observar que los suelos que provienen de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas presentan características diferentes si la alteración es física o química. Y así, cuando el efecto alterativo de las rocas se lleva a cabo por un medio físico se produce un suelo con la misma composición de ellas. Cuando es de efecto químico el proceso por medio del cual se produce el suelo, la constitución mineralógica de él es diferente a los que poseía la roca madre. Entre los agentes físicos que producen cambios en las rocas figuran el sol, el agua, el viento y los glaciares. 

  Al actuar sobre las rocas, el sol calienta más su exterior que su interior, provocando diferencias de expansión que generan esfuerzos muy fuertes, los cuales dan como resultado un rompimiento de la capa superficial y el desprendimiento de la misma. Este proceso es conocido como exfoliación y cambia de carácter en diferentes localidades, a distintas alturas sobre el nivel del mar y en las diversas épocas de cada año, y con cada tipo de roca. Los cambios de temperatura producen más efecto en las rocas duras como las ígneas (granito, andesita, riolita) que en las rocas blandas como las sedimentarías (caliza, travertinos, dolomita), especialmente cuando aquéllas son de grano grueso y se componen de diversos minerales, cuyos coeficientes de dilatación difieren mucho unos de otros.



El agua en movimiento es un importante elemento de erosión, al arrastrar los fragmentos angulosos de las rocas y provocar la fricción de unos con otros, haciéndolos redondeados como los cantos rodados de los ríos. El agua también deja sentir sus efectos cuando, en forma de lluvia, cae en las superficies pétreas, llena sus cavidades, abre grietas y tiende a llenar los espacios huecos de las 29

W. David Supo P.

apuntes del curso de MECÁNICA DE SUELOS I

rocas; si entonces se congela, ejerce fuerte poder de fracturación en la roca que la encierra, y se produce la desintegración en un corto periodo de tiempo. El impacto directo del agua sobre las rocas, como el que provoca el oleaje, también es causa de erosión de las mismas. 

El viento también contribuye a la erosión del suelo, cuando arrastra arenas, como el caso de los médanos y los loess (suelos eólicos).

Los taludes de suelos arenosos también son afectados por la acción del viento, que, al golpearlos continuamente, desprende las partículas y luego las acarrea. Los glaciares que son depósitos de hielos en las altas montañas, ejercen una gran acción abrasiva y de transporte de los materiales de la superficie de la Tierra, siendo diferentes los efectos sobre la topografía si es glaciar de montaña, que desciende lentamente por el barranco que rellena, o glaciar continental, que rebasa las montañas y colma los valles.  A pesar de que los agentes físicos son de mucha importancia en la formación de los suelos, ellos no son capaces de reducir los fragmentos rocosos a tamaños individuales a menos de 0.01 mm. La desintegración a tamaños menores a 0.01 mm sólo puede efectuarse por procesos químicos. Si el material arrastrado por los glaciares está cementado con suelos producto de la descomposición química de las rocas, y sobre todo si han sido comprimidos por la acción del hielo en los siguientes periodos de glaciación, el suelo glacial resultante se llama hardpan y es muy resistente. De los agentes químicos podemos mencionar como principales la oxidación, la carbonatación y la hidratación. 

La oxidación es la reacción química que puede ocurrir en las rocas al recibir el agua de lluvia, ya que el oxígeno del aire, en presencia de humedad, reacciona químicamente produciéndose el fenómeno de oxidación, principalmente si las rocas contienen hierro, como se puede observar por el color pardo rojizo de algunas afloraciones.

•

La carbonatación es el ataque que el ácido carbónico [anhídrido carbónico (CO2) y agua (H20)] efectúa sobre las rocas que contienen fierro, calcio, magnesio, sodio o potasio. Así, las rocas ígneas, que en su mayoría contienen dichos elementos, pueden ser descompuestas de esa manera. Como ejemplo de este ataque se puede mencionar la carbonatación de la ortoclasa (feldespato potásico perteneciente a las rocas ígneas extrusivas y generalmente de color 30

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Mecánica de Suelos I

rosado) con la producción de la arcilla denominada caolinita. Las calizas son muy atacables por el ácido carbónico, formándoles cavernas por disolución. •

La hidratación es la acción y efecto de combinar un cuerpo con agua para formar hidratos, o sea compuestos químicos que contienen agua en combinación. El agua se absorbe y se combina químicamente formando nuevos minerales.

La acción de los agentes de intemperismo antes mencionados se conoce más comúnmente en el medio ingenieril como meteorización y alteración que dan origen a los suelos inorgánicos. La meteorización se refiere únicamente a los cambios superficiales que sufren las rocas debido a la acción de los agentes atmosféricos, y la alteración designa los cambios internos de las rocas que se presentan en forma de hidratación y motivan que se formen nuevos minerales dentro de la masa pétrea, conservando su individualidad y su identificación geológica. Se completará ahora nuestra definición de suelo y se analizará su última parte: Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y lo alteración, física y lo química de las rocas y de los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan. Como se puede observar, la última parte de la definición nos indica que los restos de la vegetación y otros restos orgánicos, al ser descompuestos por la acción de los microorganismos para su propia nutrición, dejan como residuo partículas finas de tamaño coloidal denominadas humus. El humus se mezcla en diferentes proporciones con las partículas minerales, formándose de esa manera los suelos orgánicos.‖

De (Jimenez S., J. A. - De Justo A., J. L. 1975), extraemos fragmentos del contenido referente a erosión física y química de las rocas, primer capítulo ―Suelo y Roca, origen del suelo, procesos de cementación‖ ,

las imágenes fueron

obtenidas por el autor del presente apunte de páginas web relacionadas a la asignatura. …   Así

pues, los suelos, salvo raras excepciones, proceden de las rocas de la

corteza terrestre a través de un proceso de erosión. Esta puede ser de dos tipos: la primera, la erosión física que produce un fraccionamiento de la roca sin cambio de su composición. La segunda la erosión 31

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química, da lugar a un suelo cuya constitución mineralógica es distinta de la que tenía la roca madre. Ambos tipos de erosión cooperan entre sí, cada uno facilitando la acción del otro. La erosión se caracteriza por causar un esponjamiento, un aumento de volumen de la capa superior de la corteza terrestre que tiende a disminuir la gran diferencia entre los dos estados de agrupación de la materia que en esa zona se encuentran, las rocas y la atmosfera como una manifestación de la tendencia niveladora de la Naturaleza.

Imagen 9. Proceso de formación de los suelos,

1-Roca madre; 2-Acción mecánica (cambios de temperatura, hielo, etc.); 3 Acción química del agua y de sus sales minerales; 4-Acción de los seres vivos; 5 Acción conjunta de todos las materias orgánicas e inorgánicas.

2.2.1. EROSIÓN FÍSICA DE LAS ROCAS La erosión física es producida por numerosos agentes, que se pueden integrar en dos grupos: a) Erosión in situ: Los cambios de temperatura El crecimiento de cristales La actividad orgánica Las tensiones de la corteza terrestre La gravedad 





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

b) Transporte y erosión La gravedad El agua El hielo El viento 

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 

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La erosión física de las rocas sólo puede dar lugar a arenas o limos, pues la aparición de arcillas requiere transformaciones químicas.  A.  Los cambios de temperatura. La Insolación.

Experimentos realizados han demostrado que las tensiones producidas por expansiones y contracciones diferenciales debido a las variaciones de temperatura son insuficientes para fracturar las rocas sanas y masivas siempre que estén perfectamente secas (Blackwelder, 1993; Griggs, 1936). Pero estos mismos experimentos muestran que, en presencia de agua, alternancias repetidas de calentamiento y enfriamiento pueden finalmente conducir a la rotura.

Imagen 10. Exfoliación del granito dando lugar a esferas de roca cuyo espesor va disminuyendo por termoclastia.

Basta quizá con un grado de ataque químico muy pequeño. Las fisuras iniciadas se propagan merced a la variación diaria de temperatura, hasta producir la rotura por un fenómeno de fatiga.

 B.  El crecimiento de cristales (gelifracción)

La acción de las heladas es otra de las causas más intensas de erosión física. Todas las rocas tienen un grado de porosidad. El agua absorbida se transforma en cristales de hielo como resultado de la disminución de la

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temperatura. El consiguiente aumento de volumen 6 pulveriza la roca. Sin embargo, es preciso para ello que el agua no encuentre espacio libre para la expansión. La helada produce la rotura de una roca cuando su grado de saturación anterior a la aparición de h ielo era superior a un cierto ―grado de saturación crítico‖.

Imagen 11: Gran bloque de granito fracturado, probablemente por gelifracción, en Escocia.

Fuente:   http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ffionphort_cracked_granite_boulder.jpg 

En el terreno, el grado de saturación de las rocas es con frecuencia superior a este valor crítico. Naturalmente, a igualdad de otros factores, una roca es tanto más heladiza cuando más porosa es. Sin embargo influye también el tamaño de los poros. Cuanto más pequeños son estos, mayor es el grado de saturación que alcanza la roca seca al aire al sumergirla en agua debido a la capilaridad.

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El agua, al congelarse, aumenta su volumen en un 9%. Si se encuentra en el interior de las rocas, ejerce una

gran presión sobre las paredes internas que acaba, tras las repeticiones, por fragmentarlas. (na) 34

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C.  La actividad orgánica

Sabido es que las raíces de

algunas

pueden

plantas

romper

y

desplazar bloques de roca

de

magnitud

considerable. También son

conocidas

actividades

de

las los

gusanos de tierra y los roedores.

Imagen 12. Nidos hechos en el suelo por termitas (generan una alteración considerable de los minerales del suelo y del subsuelo

 Fuente:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/Termiteros_Gran_

Sabana.jpg/250px-Termiteros_Gran_Sabana.jpg 

 D.  Las tensiones de la corteza terrestre

En la corteza terrestre existen fuertes erosiones que dan origen, entre otros fenómenos, a los plegamientos y a los terremotos. 35

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Estas tensiones pueden exceder la resistencia al esfuerzo cortante de la roca que las soporta, produciéndose la rotura a través de determinadas superficies. Estas superficies se conocen con el nombre de fallas cuando ha habido desplazamiento relativo paralelo a ellas, y de diaclasas de esfuerzo cortante, cuando no lo ha habido.

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Imagen 13: Falla de San Andrés

 

Fuente:

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:84-LlPzcVdzQGM:http://farm4.static.flickr.com

 /3025/2948948505_f70d7c40a9_o.jpg 

 E.  La gravedad

En un macizo rocoso sin soporte lateral existen tracciones horizontales en la parte alta del macizo que pueden provocar la aparición de diaclasas  verticales. Estas tracciones son producidas por las fuerzas de gravedad.

Imagen 14: Sistema de dos familias de diaclasas conjugadas.

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Fuente:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/65/Diaclasas_en_dolom

%C3%ADas_Cuenca.jpg/290px-Diaclasas_en_dolom%C3%ADas_Cuenca.jpg 

 F. Transporte y erosión

 A medida que las rocas van sufriendo los efectos de la erosión van perdiendo resistencia. Entonces se producen desprendimientos y deslizamientos. Las masas de material descienden ladera abajo. En su camino se producen choques que colaboran a su desmenuzamiento. Por otra parte, el agua es uno de los agentes de erosión más activos. Inicia ya su acción destructora al caer sobre la superficie terrestre en forma de lluvia, y la perfecciona notablemente, al transformarse en torrente, río o mar, al transportar los trozos de roca y golpearlos entre sí y contra el lecho.

Imagen 15: Erosión de suelos

F   uente: http://es.wikipedia.org/wiki/Erosión

El viento por sí solo es capaz de remover únicamente depósitos incoherentes secos. Pero, armado con los granos de arena que así adquiere, el viento se transforma en un poderoso agente abrasivo.

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Por ello, en las regiones húmedas, el viento es sólo importante cerca de las playas, pues en otros puntos el suelo está protegido por la capa de hierba y árboles y por la acción ligante de la humedad. Pero, en los desiertos, la acción del viento es ilimitada.

Imagen 16: Parque Nacional Los Médanos de Coro en Venezuela

 

Fuente:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Falcon_medanos.jpg/

 300px-Falcon_medanos.jpg 

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En regiones semiáridas, ciertos terrenos antiguamente ocupados por bosques han sido transformados en tierras de cultivo. El aflojamiento producido por el arado y la ausencia de la trabazón que suponían la capa de hierba y las raíces de los árboles ha hecho que el viento se lleve la capa de tierra productiva. Por último, en los glaciares, la erosión física es especialmente intensa en la superficie de fricción con el valle en la que la presión es muy grande. Los materiales resultantes son muy finos.

Conforme disminuye el tamaño de los granos, va amortiguándose la intensidad relativa de las fuerzas de erosión física. Los choques van siendo menos violentos y, además, las aguas arrasan

las partículas a zonas

inferiores del cauce de los ríos, donde la corriente es más tranquila. Los granos son ya homogéneos, compuestos de un solo mineral, y su pequeño tamaño hace que las diferencias de temperatura en su volumen sean insignificantes. Se llega a un equilibrio. En general, la Naturaleza, por medio de la erosión física, llega a producir los limos y las arenas como máximo grado de finura.

Imagen 17: Bolivia, glaciar de Sorata

 

Fuente:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3a/Laguna_Glaciar_

 Bolivia.png/250px-Laguna_Glaciar_Bolivia.png 

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2.2.2. EROSIÓN QUÍMICA La erosión química tiene lugar en presencia de agua, a la que a veces se llama el disolvente universal. Las reacciones químicas asociadas con la erosión suelen ir acompañadas de aumento de volumen y desprendimiento de calor. Se estima que la transformación del granito en suelo supone un aumento de volumen del 88% aproximadamente (Szhultz y Cleaves, 1962) citado en (Jimenez S., J. A. - De Justo A., J. L. 1975). Las principales reacciones son las siguientes: 







Hidratación Hidrólisis Disolución Oxidación

 A.  Hidratación

Es la adición de agua a un compuesto químico para formar otro compuesto químico. Algunos ejemplos de importancia en nuestro estudio son: a) La transformación de la anhidrita en yeso SO4Ca + 2H2O  SO4Ca 2H2O 

 A temperaturas normales y en presencia de agua, la reacción se verifica en el sentido de izquierda a derecha. El yeso resultante tiene un volumen igual a 1.61 veces el de la anhidrita. b) La transformación de óxidos en hidróxidos. Una de las más importantes reacciones es el paso de la hematites, de color rojo, a limonita, de color amarillo o pardo: Fe2O3 + nH2O



Fe2O3 nH2O 

El aumento de volumen que acompaña la hidratación es un factor importante en la desintegración de las rocas.  B.  Hidrólisis

 Es la rotura en la estructura de algunos minerales por la acción de los iones de H+ y OH- de agua, fundamentalmente en la meteorización del  feldespato, que se transforma en arcillas y del granito que puede llegar a la caolinización (transformarse en arcillas, especialmente en caolín). (nda)

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La presencia de anhídrido carbónico disuelto, aún en pequeñas cantidades, y de varios ácidos y productos orgánicos acelera notablemente esta reacción, pues el grado de acidez aumenta la actividad del agua. Su acción erosiva aumenta también con la temperatura.  A partir de materiales muy distintos, como son los variadísimos silicatos que se encuentran en las rocas ígneas y sedimentarias, se llega por medio de reacciones de hidrólisis a un producto final: la arcilla. Esta tiene propiedades diversas, pero más que la roca de que procede influyen en sus diferencias de composición y comportamiento las condiciones climáticas en que la erosión ha tenido lugar.

C.  Disolución

 Aunque la disolución se considera como un fenómeno físico, sin embargo, en el caso de la erosión suele ir acompañada de reacciones químicas, por lo cual queda justificada su inclusión en este grupo. La roca caliza es poco soluble en agua pura (0.065 g/l, expresado en CO 3Ca, a 20 ºC), pero cuando está presente el anhídrido carbónico el carbonato cálcico es disuelto lentamente en forma de bicarbonato cálcico [solubilidad 166 g/l, expresado en (CO3H)2Ca, a 20 ºC]: CO3Ca + CO2 + H2O  (CO3H)2Ca Esta es la causa de la gran cantidad de grietas, cavernas y conductos de todo tipo que a veces debilitan y hacen extraordinariamente permeables las formaciones calcáreas.

 D. Oxidación

Una evidencia de este proceso está en los colores rojizos o amarillentos de muchos suelos, debidos a la presencia de óxido férrico (Fe 2O3) en forma de hematites o de hidróxido férrico en forma de limonita respectivamente. Los óxidos ferrosos liberados por las reacciones de hidrólisis se oxidan, transformándose en férricos. Cuando el oxígeno va disuelto en agua suele formarse limonita.

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