mecanica d suelos
en ingenieria,la mecanica d suelos s la aplicacion d ls leyes d la fisica y ls 100cias naturales a ls problemas q involucran ls cargas impuestas a la capa superficial d la corteza terrestre.
roca y suelo
la roca s considerada como 1 agregado natural d particulas minerales unidas mediante grandes fuerzas coesivas. y s yama roca a todo material q suponga 1a alta resistencia,y suelo,contrariamente,a todo elemento natural compuesto d corpusculos minerales separables x medios mecanicos d poca intensidad,como son la agitacion en agua y la presion d ls de2 d la mano.
con l paso del tiempo y debido a fenomenos d meteorizacion,la roca va perdiendo progresivamente su resistencia mecanica y s transforma en suelo.
la torre d pisa,ejemplo d 1 problema originado x deformaciones importantes.
corteza terrestre
la corteza terrestre s la capa rocosa externa d la tierra. ls elementos + abundantes d esta capa son l silicio,l oxigeno,l aluminio y l magnesio.
tipos d corteza terrestre
existen 2 tipos d corteza terrestre: la corteza oceanica y la corteza continental.
corteza oceanica
la corteza oceanica cubre aproximadamente l 75% d la superficie planetaria.
corteza continental
la corteza continental s d naturaleza - omogenea,ya q esta formada x rocas con diversos origenes.
manto terrestre
l manto terrestre s la capa d la tierra q s encuentra entre la corteza y l nucleo (supone aproximadamente l 87% del volumen del planeta).
caracteristicas
l manto s diferencia principalmente d la corteza x sus caracteristicas quimicas y su comportamiento mecanico.
composicion
la principal alteracion mecanica en l moo s evidencia en la velocidad d ls ondas sismicas,q aumenta sustancialmente,dada la mayor densidad d ls materiales del manto (ya q la velocidad d propagacion d 1a vibracion s proporcional a la densidad del material).esa mayor densidad resulta,ad+ del efecto del aumento d la presion,d ls diferencias en su composicion quimica,q s en realidad l principal elemento diferenciador entre corteza y manto: ls materiales del manto son muy ricos en minerales maficos d ierro y magnesio,especialmente olivino y piroxeno.debido al aumento d la proporcion relativa d esos minerales,ls rocas del manto —peridotita,dunita y eclogita— comparadas con ls rocas d la corteza,s caracterizan x 1 porcentaje d ierro y magnesio muxo mayor,en detrimento del silicio y del aluminio.
l cuadro siguiente da 1a composicion aproximada d ls materiales del manto en porcentaje d su masa total (% ponderal).notese q la composicion del manto puede no ser uniforme,siendo d esperar 1 aumento gradual d la proporcion fe/mg con la profundidad;s estima q varie d 0,25 en l manto superior a 0,6 en l manto inferior.
caracteristicas fisicas
ad+ d ls diferencias d composicion,l manto tb presenta unas caracteristicas fisicas muy diferentes d ls d la corteza (y del nucleo).en ls puntos siguientes s ace 1a caracterizacion d ls principales parametros fisicos del manto.
estado del material
l material del q s compone l manto puede presentarse en estado solido o como 1a pasta viscosa,como resultado d ls elevadas presiones.sin embargo,al contrario d lo q s pueda imaginar,la tendencia en areas d alta presion s q ls rocas s mantengan solidas,pues asi ocupan - espacio fisico q ls liqui2 resultantes d la fusion.ad+ d eso,la constitucion d ls materiales d cada capa del manto determina l estado fisico local.asi,l interior d la tierra,incluyendo l nucleo interno,tiende a ser solido xq,a pesar d ls altisimas temperaturas,esta sujeto a presiones tan elevadas q ls atomos,al ser compacta2,obligan a q ls fuerzas d repulsion entre ls atomos sean vencidas x la presion externa.en resultado,a pesar d la temperatura,la sustancia s mantiene solida.
temperatura
ls temperaturas del manto varian entre ls 100°c (373 k) en la zona d contacto con la corteza,asta ls 3.500 °c (3.873 k) en la zona d contacto con l nucleo,aproximadamente.este aumento d temperatura refleja a la vez la mayor dificultad d ls capas profundas en perder calor x conduccion a la superficie y la mayor capacidad endogena d producir calor en profundidad (x l aumento d la desintegracion radioactiva y x friccion con ls materiales flui2 en movimiento en l nucleo externo).
viscosidad
la viscosidad en l manto superior (la astenosfera) varia entre 1021 y 1024pa/s,dependiendo d la profundidad.1 x lo tanto,l manto superior s desplaza muy lentamente,comportan2e simultaneamente como 1 solido y como 1 liquido d alta viscosidad.eyo explica l lentisimo movimiento d ls placas tectonicas y ls movimientos isostaticos d undimiento y realzamiento (rebound) d ls placas tectonicas cuando s altera su peso (x ejemplo,con la formacion d masas d ielo y su posterior desielo).
densidad
la densidad en esta region aumenta linealmente d 3,4 a 4,6 (en l manto superior) y d 4,6 a 5,5 (en l manto inferior).en l manto superior,la presencia d la astenosfera marca zonas d fusion parcial.aparentemente,en l manto inferior no ocurre ningun cambio d fase importante,a pesar d q s dan pequeños gradientes en la velocidad d propagacion d ls ondas sismicas a ls 1.230 km y 1.540 km d profundidad.d esta forma,s cree q l aumento en la velocidad d ls ondas sismicas debe ocurrir principalmente como resultado d la compactacion d 1 material d composicion uniforme.
s an propuesto varios modelos q sugieren q l manto inferior contiene + ierro q l manto superior.en este caso,la razon fe/mg variaria d 0,25 en l manto superior a 0,6 en l manto inferior.l aumento en la masa atomica media aumentaria la densidad asta ls valores observa2,sin necesidad d recurrir a estructuras moleculares complejas.
estos modelos an generado muxas discusiones,pues si l manto inferior s + denso q l superior seria dificil la existencia d movimientos d conveccion.x otro lado,existiendo 1a conveccion generalizada en l manto seria dificil mantener la eterogeneidad d la composicion quimica durante grandes intervalos d tiempo.sin embargo,estas aparentes incoerencias s pueden limar si consideramos la existencia d celdas d conveccion independientes en l manto.
subdivisiones del manto
si bien no existen diferencias marcadas ni discontinuidades obvias en l interior del manto,xo si gradientes q reflejan l aumento d la presion y d la temperatura,s comun dividir l manto en 2 capas:
- l manto superior (d la moo a ls 650 km d profundidad);y
- l manto inferior (d ls 650 km d profundidad al limite externo del nucleo).
manto superior
l manto superior (o manto externo) s inicia en la moo,q esta a 1a profundidad media d 6 km bajo la corteza oceanica y a 1a profundidad media d 35,5 km bajo la corteza continental,aunque puede alcanzar en esta ultima profundidades superiores a 400 km en ls zonas d subduccion.
ls velocidades d ls ondas sismicas medidas en esta capa son tipicamente d 8,0 a 8,2 km/s,q son mayores q ls registradas en la corteza inferior (6,5 a 7,8 km/s).ls datos geofisicos demuestran q entre 50 y 200 km (o + en ls zonas d subduccion) d profundidad ocurre 1a disminucion en la velocidad d ls ondas p (longitudinales) y 1a fuerte atenuacion d ls ondas s (transversales),d ai q esta region sea conocida como zona d baja velocidad.
evidencias basadas en datos geofisicos,geologicos y petrologicos,y la comparacion con cuerpos extraterres3,indican q la composicion del manto superior s peridotitica.ls peridotitas son 1a familia d rocas ultrabasicas,mayoritariamente compuestas x olivino magnesico (aprox.1 80%) y piroxeno (aprox.1 20%).aunque son raras en la superficie,ls peridotitas afloran en algunas islas oceanicas,en capas levantadas x la orogenesis y en raras kimberlitas.
experiencias d fusion d peridotitas muestran q su fusion parcial puede originar ls basaltos oceanicos en ls condiciones d presion y temperatura existentes en l manto superior.este proceso ocurre probablemente en la zona d baja velocidad,lo q explica la reduccion d ls velocidades sismicas x la fusion parcial d ls materiales.
ls estudios efectua2 en ofiolitas y en la litosfera oceanica demuestran q la formacion d la corteza oceanica (con sus escasos 5 km d espesor medio) s efectua a partir d la porcion + superficial del manto superior.l grado d fusion parcial debe alcanzar 1 25%,lo q empobrece a esta zona en componentes d temperatura d fusion baja.existen pruebas indirectas d q l manto s vuelve - empobrecido en silicatos con l aumento d la profundidad.
ls peridotitas del tipo granate-lerzolita (60% olivino,30% orto y clinopiroxenos,y 10% espinelas,granates y plagioclasas),representan probablemente ls peridotitas del manto primitivo,q al sufrir fusion parcial,originan magmas basalticos,dejando como residuos arzburgitas (80% olivino,20% ortopiroxenos) y dunitas (olivino).teniendo en cuenta ls relaciones d presion y temperatura,la conclusion s q en profundidades menores la mineralogia esta dominada x l complejo plagioclasa-lerzolita (q s encuentra frecuentemente en en ofiolitas) y q,con l aumento d la presion,pasara a dominar l complejo espinela-lerzolita (q forma a veces nodulos en basaltos alcalinos).en presiones mayores,la mineralogia + estable s la del complejo granate-lerzolita (q forma nodulos en kimberlitas).
manto interno
l manto interno (o manto inferior ) s inicia cerca d ls 650 km d profundidad y s extiende asta a la discontinuidad d gutemberg,situada a 2.700 - 2.890 km d profundidad,en la transicion al nucleo.l manto inferior esta separado d la astenosfera x la discontinuidad d repetti,siendo pues 1a zona esencialmente solida y d muy baja plasticidad.
la densidad en esta region aumenta linealmente d 4,6 a 5,5.aparentemente,en l manto inferior no ocurre ningun cambio d fase importante,a pesar d q s dan pequeños gradientes en la velocidad d propagacion d ls ondas sismicas a ls 1.230 km y 1.540 km d profundidad.d esta forma,s cree q l aumento en la velocidad d ls ondas sismicas debe ocurrir principalmente como resultado d la compactacion d 1 material d composicion uniforme.s an propuesto varios modelos q sugieren q l manto inferior contiene + ierro q l manto superior.
la temperatura varia d 1.000º c a 3.000° c,aumentando con la profundidad y con l calor producido x la desintegracion radioactiva y x conduccion a partir del nucleo externo (donde la produccion d calor x friccion q experimentan ls flujos q generan l geomagnetismo s grande) .
corte esquematico d la tierra,del nucleo a la exosfera.
nucleo d la tierra
l nucleo d la tierra s su esfera central,la + interna d ls q constituyen la estructura d la tierra.esta formado principalmente x ierro (fe) y niquel (ni).tiene 1 radio d 3.486 km,mayor q l planeta marte.la presion en su interior s miyones d veces la presion en la superficie y la temperatura puede superar ls 6.700 °c.1 consta d nucleo externo liquido aunque no to2 ls geofisicos estan d acuerdo con esto,y nucleo interno solido.anteriormente era conocido con l nombre d nife debido a su riqueza en niquel y ierro
formacion
durante su formacion ace 1s 6.000 miyones d años,la tierra paso x 1a etapa d fusion lo q permitio q,debido a la gravedad ls materiales + densos s undieran acia l centro,mientras q ls + ligeros flotaron acia la corteza,1 proceso denominado diferenciacion planetaria.a causa d esto,l nucleo terrestre esta compuesto en su mayor parte d ierro (70%),junto con niquel,iridio y varios elementos pesa2;otros elementos quimicos densos,como l plomo o l uranio,o son muy raros en la tierra o son propensos a combinacion quimica con elementos + ligeros,y x tanto permanecen en la superficie.ls metales q conforman l nucleo d la tierra sufrieron 1a aleacion cuando l planeta aun ardia,formando con esto 1a estructura increiblemente densa y dura,debido a esto l planeta tierra s l + denso del sistema solar.
origen del calor interno d la tierra
la temperatura d la tierra aumenta con la profundidad,fenomeno conocido como gradiente geotermico y su centro puede superar ls 6.700 °c,+ caliente q la superficie del sol;s supone q ls 3 factores q an contribuido al calor interno d la tierra son ls siguientes:1
- l calor liberado x la colision d particulas durante la formacion d la tierra.
- l calor emitido cuando l ierro cristalizo xa formar l nucleo interno solido.
- l calor emitido x la desintegracion radiactiva d ls elementos,en especial ls isotoposradiactivos d uranio (u),torio (t) y potasio (k).
solo l tercer factor permanece activo,y s muxo - intenso q en pasado;la tierra irradia al espacio + calor del q s genera en su interior,x lo q s enfria lenta xo continuamente
caracteristicas
la densidad media d la tierra s d 5.515 kg/m3,la mayor del sistema solar.2 dado q la densidad media d ls materiales d la superficie oscila entre 2.600 y 3.500 kg/m3,deben existir materiales + densos en l nucleo d nuestro planeta.la sismologia aporta otras evidencias d la alta densidad del nucleo.s calcula q la densidad media del nucleo s d 1.100 kg/m3.1
ls meteoritos aportan datos sobre la composicion del nucleo,ya q s cree q son restos del material a partir del cual s formo la tierra.ay meteoritos rocosos forma2 x rocas similares a ls peridotitas y meteoritos metalicos compuestos x ierro y niquel;ls 1ºs s consideran similares a ls rocas q forman l manto terrestre,mientras q ls segun2 s supone q son representativos d la composicion del nucleo.segun ls ultimos datos,l nucleo s compone d ierro con 5-10% d niquel y menores cantidades d elementos + ligeros,tal vez azufre y oxigeno.
subdivisiones del nucleo
ls datos sismicos muestran q l nucleo esta dividido en 2 partes,1 nucleo externo liquido d aproximadamente 2.270 km d grosor y 1 nucleo interno solido con 1 radio d 1s 1.220 km;ambos estan separa2 x la discontinuidad d lemann.
nucleo externo
s cree q l nucleo externo s liquido y esta compuesto d ierro mezclado con niquel y pocos rastros d elementos + ligeros.la mayoria d ls 100tificos cree q la conveccion del nucleo externo,combinada con la rotacion d dixo nucleo causada x la rotacion d la tierra (efecto d coriolis),causan l campo magnetico terrestre a traves d 1 proceso explicado x la ipotesis d la dinamo.
nucleo interno
l nucleo interno solido fue descubierto en 1936 x inge lemann y s cree q esta compuesto principalmente x ierro asta 1 70%,d niquel 20% entre otros metales pesa2 como iridio,plomo y titanio;