CAPITULO I. SUELOS
1. FORMACIN Y CARACTERSTICAS DE LOS SUELOS1.1 SIGNIFICADO DE
SUELODesde el punto de vista de la ingeniera, suelo es el sustrato
fsico sobre el que se realizan las obras, del que importan las
propiedades fsico-qumicas, especialmente las propiedades mecnicas.
Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del trmino roca al
considerarse especficamente bajo este trmino un sustrato formado
por elementos que pueden ser separados sin un aporte
significativamente alto de energa.
Se considera el suelo como un sistema multifase formado
por:Slidos, que constituyen el esqueleto de la estructura del
suelo. Fase lquida (generalmente agua) Fase gaseosa (generalmente
aire) que ocupan los intersticios entre los slidos.
Las partculas del suelo se clasifican como arena, limo y
arcilla. Las partculas de arena tienen dimetros entre 2 y 0,05mm,
las de limo entre 0,05 y 0,002mm, y las de arcilla son menores de
0,002mm. En general, las partculas de arena pueden verse con
facilidad y son rugosas al tacto. Las partculas de limo apenas se
ven sin la ayuda de un microscopio y parecen harina cuando se
tocan. Las partculas de arcilla son invisibles si no se utilizan
instrumentos y forman una masa viscosa cuando se mojan.
1.2 ORIGEN DE LOS SUELOSLa Geologa es la ciencia que se interesa
por el origen del planeta Tierra, su historia, su forma, la materia
que lo configura y los procesos que actan o han actuado sobre l. Es
una de las muchas materias relacionadas como ciencias de la Tierra,
o geociencia, y los gelogos son cientficos de la Tierra preocupados
por las rocas y por los materiales derivados que forman la parte
externa de la Tierra. Para comprender estos cuerpos, se sirven de
conocimientos de otros campos, por ejemplo de la fsica, qumica y
biologa. De esta forma, temas geolgicos como la geoqumica, la
geofsica, la geocronologa (que usa mtodos de datacin) y la
paleontologa, ahora disciplinas importantes por derecho propio,
incorporan otras ciencias, y esto permite a los gelogos comprender
mejor el funcionamiento de los procesos terrestres a lo largo del
tiempo.
Las enormes fuerzas naturales que operan incesantemente sobre la
superficie de la tierra son los agentes principales en la formacin
de los suelos. El efecto de estas fuerzas naturales permite una
accin acumulativa de la desintegracin mecnica y qumica que forman
los suelos a partir de las rocas. La naturaleza del proceso de
formacin del suelo tiene un marcado efecto sobre la materia final.
Desde el punto de vista del proceso general responsable de su
formacin, los suelos pueden dividirse en dos grupos: suelos
residuales y suelos transportados.
El trmino desintegracin mecnica se refiere a la intemperizacin
de las rocas por agentes fsicos, tales como cambios peridicos de
temperatura, accin de la congelacin del agua en las juntas y
grietas de las rocas, efectos de organismos, plantas, etc. Estos
agentes fsicos permiten la formacin de las arenas, las gravas y en
algunos casos limos y arcillas[footnoteRef:1]. [1: JUREZ Badillo y
RICO Rodrguez. Mecnica de suelos. Fundamentos de la mecnica de
suelos. Pgina 34.]
As mismo la descomposicin qumica se entiende como la accin de
los agentes que atacan las rocas modificando su constitucin
mineralgica o qumica. El principal agente es el agua y los
mecanismos de ataque ms importante son la oxidacin, hidratacin y la
carbonatacin[footnoteRef:2]. [2: Ibid.]
1.3 SUELOS RESIDUALESLos suelos residuales son los que se forman
en el sitio por procesos de meteorizacin fsica y qumica y se
desarrollan principalmente, en condiciones tropicales hmedas, de
meteorizacin qumica intensa (Reading, 1999). Algunos autores los
denominan suelos tropicales; sin embargo, debe tenerse en cuenta
que los suelos residuales tambin se encuentran en zonas no
tropicales, aunque en menor proporcin[footnoteRef:3]. [3: SUAREZ,
Jaime. Deslizamientos: anlisis geotcnico. Capitulo 10]
En la formacin de un suelo residual, el material de roca ha sido
intemperizado en el sitio, siendo la intemperizacin qumica un
factor dominante. El crecimiento de las plantas produce cidos
orgnicos que se filtran a travs del suelo. La humedad en la zona de
crecimiento disuelve pequeas cantidades de material que las plantas
toman para alimentarse. El efecto acumulativo a travs de los aos
causa fallas en las partculas minerales.
El agua con oxgeno y bixido de carbono al filtrarse a travs del
suelo disuelve los materiales ms solubles y los lleva lejos, como
resultado de este proceso y debido a la variada estructura mineral
de roca y a otros factores, las capas superiores del suelo son
usualmente de granos finos y relativamente impermeables a flujo del
agua. Bajo este material de grano fino se encuentra una zona de
roca originaria parcialmente desintegrada que puede desmenuzarse
fcilmente y desmoronarse rpidamente bajo la accin de una carga,
desgaste o intemperizacin posterior. (Figura No 1)
Las caractersticas de los suelos residuales son muy diferentes a
las de los suelos transportados. Por ejemplo, el concepto
convencional de grano de suelo o tamao de partcula es inaplicable a
muchos suelos residuales, debido a que las partculas de suelo
residual, con frecuencia, consisten en agregados (clusters) o
cristales de mineral meteorizado que se rompen y se vuelven
progresivamente finos, si el suelo es manipulado.
1.3.1 MeteorizacinLos procesos de meteorizacin fsica y qumica
comnmente actan en forma conjunta, de tal forma que el proceso
qumico ocurre especialmente en las fracturas abiertas por el
proceso de meteorizacin fsica. Igualmente, se pueden desarrollar
fracturas en respuesta a los cambios volumtricos y la debilitacin
como resultado de la meteorizacin qumica. Aunque las propiedades de
los materiales, producto de la meteorizacin, hacen que el material
se comporte como un suelo, sus propiedades son diferentes a las de
un suelo transportado de composicin similar.
El comportamiento de un suelo residual est influido fuertemente
por las estructuras heredadas y por la fbrica de la roca madre. La
litologa tiene una influencia determinante sobre la meteorizacin.
La resistencia a la descomposicin qumica vara de una roca a otra,
siendo las cuarcitas las ms resistentes, y dentro de las ms
conocidas por su descomposicin rpida, se encuentran las calizas,
las lutitas y los granitos.
1.3.1.1 Meteorizacin fsica o mecnicaEs un proceso de
fragmentacin, que consiste en que se abren las discontinuidades y
se desintegra la roca, formndose nuevas discontinuidades por
fracturacin; y las partculas se parten, aumentando la relacin de
vacos y la permeabilidad y disminuyendo la cohesin.
Significa desintegracin de una roca en partculas menores sin
alteracin qumica. Hay dos tipos principales de esta intemperizacin
mecnica. El primero de ellos es desintegracin en bloque, resulta de
la formacin de grietas, que rompen la masa de roca en gran nmero de
bloques o fragmentos individuales. El segundo tipo, llamado
desintegracin granular, resulta de una prdida de cohesin entre las
partculas individuales de los minerales, que hace que la roca se
convierta en una masa granular incoherente.
Algunas causas para la intemperizacin o meteorizacin fsica son:
Variacin de la temperatura. Los cambios de temperatura determinan
modificaciones en el volumen de las masas de roca. Al calentarse la
parte exterior de una masa de roca, se dilata y se producen
esfuerzos de tensin y cortantes entre las partes externa e
interna.
Accin de plantas y animales. Las races de los rboles al
expandirse provocan presin en el interior de la roca. Expansin
trmica de los minerales. Congelacin. Cuando los cambios de
temperatura son tales que hay hielo y deshielo alternativamente,
ocasionan efectos desintegradores debidos a la fuerza de dilatacin
del agua confinada en la roca. La absorcin de la mayor parte de las
rocas gneas es tan lenta, que este proceso suele producir ms
frecuentemente una desintegracin en bloque, que una desintegracin
granular. Desgaste, impacto y trituracin. Las rocas pueden romperse
tambin mecnicamente por diversos procesos, en los que interviene el
movimiento, especialmente de una masa de roca sobre otra o contra
otra. Exfoliacin esferoidal. Es el proceso de intemperismo mecnico
en el que por accin de las fuerzas fsicas internas, se separan de
una roca grandes fragmentos curvados a manera de costras, dando
lugar a la formacin de colinas abovedadas llamados tambin domos de
exfoliacin y otras estructuras menores como peascos redondeados y
bloques intemperizados. Mezclado mecnico. Es el que realizan las
hormigas, roedores y gusanos sobre todo de la clase platelmintos,
removiendo materiales que sacan a la superficie y como su actividad
es constante hacen con que las partculas removidas sean ms
susceptibles de sufrir intemperismo. Agentes fsicos. Entre estos se
pueden citar el agua que corre por la superficie del hielo de un
glaciar o por el curso de un ro de montaa, el viento y las olas del
ocano, que tambin pueden contribuir a la reduccin del material
rocoso a fragmentos cada vez menores.
Las condiciones que favorecen a la intemperizacin mecnica son
los grandes cambios de temperatura, la aridez y las pendientes
fuertes. Los grandes cambios de temperatura se registran en las
latitudes ms altas y en las zonas desrticas. Estos procesos dan
origen a los suelos de grano grueso generalmente dependiendo del
tipo de roca, actan en climas fros.
1.3.1.2 Meteorizacin qumicaLa meteorizacin o intemperizacin
qumica, es la alteracin de las rocas a causa de modificaciones
mineralgicas o qumicas, inducidas por agentes superficiales. Los
ingredientes activos, en lo que se refiere a la intemperizacin de
las rocas, son el oxgeno, el anhdrido carbnico, el vapor de agua y
los cidos. Estos se disuelven en el agua que cae como precipitacin
y pueden llegar al interior de la roca pues siempre penetra una
cierta cantidad de agua en la parte superficial de la tierra.
Estos son suelos de consistencia fina y disminuyen segn el
clima. Se obtiene suelo de grano fino (arcilla, limo). Actan en
climas hmedos y calientes produciendo suelos de baja
resistencia.
Sus agentes son los siguientes: Oxidacin. Implica la adicin de
iones de oxigeno, como ocurre en las rocas que contienen hierro,
manifestndose como cambios de coloracin y a veces hasta de
consistencia. Hidratacin. Significa la adicin de agua a los
minerales o absorcin, pero dentro de su propia estructura atmica o
molecular. Carbonatacin. Es la disolucin de algunos materiales por
medio de aguas con elevado contenido de CO2, (el potasio, el
calcio, el sodio y el magnesio, suelen unirse con el anhdrido
carbnico y el oxgeno para formar carbonatos). Efectos qumicos de la
vegetacin. Los cidos orgnicos que se forman donde hay vegetales en
descomposicin tienden a aumentar el poder de disolucin de las aguas
que los contienen.
1.3.2 Propiedades Mecnicas de los Suelos ResidualesLa validez de
los ensayos de Laboratorio en los suelos residuales, es
cuestionable, aunque no puede discutirse que son tiles para la toma
de decisiones de diseo. Las muestras totalmente inalteradas aunque
son difciles de obtener, son deseables y es recomendable que las
muestras sean lo ms grandes posible.
Las muestras de roca son difciles de muestrear y las muestras de
tamao para ensayos de laboratorio, generalmente, dan estimativos
muy pobres de la resistencia al cortante y de la permeabilidad.
Algunos suelos residuales derivados de los neises, con alto
contenido de mica, se expanden en el muestreo y esto produce
propiedades equivocadas en los ensayos (Bressani y Vaughan,
1989).
Las discontinuidades afectan, en forma significativa, la
permeabilidad y la resistencia al cortante de la masa de suelo, por
esta razn, en los ensayos de laboratorio de muestras relativamente
pequeas, se obtienen coeficientes de permeabilidad y resistencias
al cortante muy diferentes a la realidad.
El caso ms difcil de ensayar es el de los saprolitos. Estos
generalmente, son no saturados, muy dbilmente cementados y muy
heterogneos, con varios sistemas de juntas heredadas (Mitchell y
Sitar, 1982). A medida que se avanza en el perfil, las propiedades
de los suelos van cambiando en forma rpida y esto dificulta no
solamente los ensayos, sino los anlisis, debido a que la estructura
del material se vuelve muy importante a medida que se va
profundizando, pasando de un comportamiento de suelo a un
comportamiento de roca.
El ensayo de penetracin estndar (SPT), tanto para suelos
granulares como arcillosos, permanece como el ms comnmente empleado
para conocer la resistencia de todo tipo de suelos residuales.
En algunos casos como en coluviones los ensayos de laboratorio
son totalmente inapropiados y slo los ensayos de campo dan
resultados de alguna confiabilidad.
1.4 SUELOS TRANSPORTADOS Los suelos transportados son aquellos
formados por la meteorizacin de la roca en un lugar y posterior
transporte a otro lugar por agentes externos que podran ser: agua,
glaciares, viento y gravedad. Los depsitos transportados por el
viento, glaciares y agua estn ampliamente repartidos, aunque en el
sentido estricto de la palabra estos son depsitos transportados
hace tanto tiempo, que se ha producido algunos o bastantes
modificaciones en las condiciones presentes, el suelo endurecido
est sometido a meteorizacin produciendo un material que es ms
residual que transportado.
Los agentes de transporte se clasifican en tres grandes fuerzas:
el hielo de los glaciales, el agua y el viento. Estas fuerzas actan
de diferentes maneras y producen una gran variedad de depsitos de
suelos. Estos suelos pueden dividirse en depsitos glaciales,
depsitos sedimentarios y depsitos elicos.
1.4.1 Depsitos glaciales Son suelos transportados por el hielo y
el agua. Las enormes capas de hielo que en sucesivos perodos han
cubierto muchos lugares de la superficie terrestre han tenido un
considerable efecto en la formacin de los suelos. Las grandes capas
de hielo fueron gigantescas, de increble fuerza, que al deslizarse
por su propio peso rompieron el material d roca slida en grandes
extensiones y lo arrastraron. El escombro arrastrado por un glaciar
se deposita generalmente porque la masa de hielo que lo
transportaba se funde. En este proceso las rocas se molieron
produciendo partculas de diversos tamaos y formas.
Los depsitos glaciales estn formados por suelos heterogneos que
van desde grandes bloques, hasta materiales muy finamente
granulados a causa de las grandes presiones desarrolladas y de la
abrasin producida por el movimiento de las masas de hielo. El tamao
de los granos se encuentra de grueso a fino, su forma de
sub-redondeados a redondeados, generalmente son suelos de alta
permeabilidad y porosidad.
1.4.2 Depsitos sedimentariosEn este tipo de suelo, las partculas
se formaron en un lugar diferente, y fueron transportadas y se
depositaron en otro emplazamiento. Para explicar la formacin de los
suelos sedimentarios deben considerarse las tres fases del proceso:
la formacin del sedimento, el transporte y el depsito de los
sedimentos.
El principal modo de formacin de los sedimentos lo constituye la
meteorizacin fsica y qumica de las rocas de la superficie
terrestre. En general las partculas de limo, arena y grava se
forman por la meteorizacin fsica de la roca, mientras que las
partculas arcillosas son formadas por procesos de alteracin qumica
de las mismas. La formacin de partculas arcillosas a partir de las
rocas puede producirse, por combinacin de elementos en disolucin o
por la descomposicin qumica de otros minerales.
Los sedimentos pueden ser transportados por uno de los cinco
agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos.
La forma de transporte afecta los sedimentos principalmente de dos
formas: a) Modifica la forma, el tamao y la textura de las
partculas por abrasin, desgaste, impacto y disolucin,b) Produce una
clasificacin o graduacin de las partculas.
Despus de que las partculas se han formado y transportado se
depositan para formar el suelo sedimentario.
Existen tres causas de este depsito en el agua que son: a) La
reduccin de la velocidad. b) La disminucin de la solubilidadc) El
aumento de electrolitos. Cuando una corriente desemboca en un lago,
ocano, o en un gran volumen de agua, pierde la mayor parte de su
velocidad. Disminuye as la fuerza de la corriente y se produce una
sedimentacin. Cualquier cambio en la temperatura del agua o en su
naturaleza qumica puede provocar una reduccin en la solubilidad de
la corriente, producindose la precipitacin de alguno de los
elementos disueltos.
El agua es uno de los agentes ms activos en la formacin de los
suelos. Los suelos que han sido transportados por el agua o
depositados en ella se dividen en tres grupos principales: depsitos
aluviales, lacustres y marinos.
1.4.2.1 Depsitos aluvialesLas corrientes tienen considerable
fuerza de arrastre de materiales. La capacidad de la corriente para
transportar materiales y el tamao de los mismos depende de la
velocidad del agua.
Naturalmente, habr una considerable variacin en el tamao de las
partculas que puede acarrear la corriente en diferentes perodos de
flujo y distintos puntos a lo largo de su recorrido. Si una
corriente comienza en un rea montaosa, tendr una fuerte gradiente
y, por lo mismo, gran velocidad.
En perodos de crecientes pueden formarse depsitos angostos o
terrazas de grava y arena. Bajando hacia los valles, las corrientes
de agua se ensanchan y la velocidad del agua es menor; en esta
situacin pueden formarse depsitos llamados conos aluviales; stos
tambin consisten en gran parte de arena y grava fina. Finalmente,
cuando la corriente se acerca al mar se ensancha y forma planos
inundados; en este perodo es cuando se depositan la mayor parte de
los materiales que arrastra. Como la velocidad de la corriente
disminuye progresivamente, primero se asientan los materiales
gruesos y luego los finos. Estos depsitos estn formados comnmente
por capas estratificadas.
1.4.2.2 Depsitos lacustresLos depsitos lacustres son usualmente
cmulos de granos finos. Pueden ser de considerable extensin o de
rea limitada, dependiendo de su formacin original. Por ejemplo: Al
retroceder las grandes capas de hielo de la edad glacial se
formaron grandes lagos; el agua derretida arrastr materiales finos
que se sedimentaron en estos lagos formando enormes lechos de
arcilla y limo.
Los lagos ms pequeos se formaron en el recorrido de ros y
corrientes. En este caso, durante largos perodos de tiempo se
fueron llenando de sedimento hasta que desaparecieron. En regiones
hmedas estos depsitos consisten frecuentemente de capas o estratos
finos de arcilla; hacia la parte superior del depsito del suelo
puede contener materias orgnicas, y la ltima capa consiste de turba
u otro de suelo pantanoso altamente orgnico.
1.4.2.3 Depsitos marinosLos depsitos marinos se formaron con los
materiales llevados hacia el mar por las corrientes y con el
material de erosin por la accin de las olas y mareas en las playas.
Algunos de estos materiales son llevados hasta aguas profundas y
forman depsitos llamados sedimentos deltaicos. Los materiales
llevados hasta aguas profundas son depositados en capas algo
uniformes, sobre los planos submarinos, bordeando la lnea de costa.
Dependiendo de las condiciones de su colocacin, estos depsitos
pueden ser lechos profundos ya sea de arcilla o limo;
frecuentemente consisten en arcillas plsticas densas e
impermeables.
Mencin especial requieren los depsitos formados por criaturas
marinas. Pueden ser caparazones de animales muertos que se han
precipitado en estos lechos, formando generalmente depsitos de
materiales de grano fino que actan como arcillas. El otro tipo son
conchas calcreas de organismos que extraen carbonato de calcio del
agua del mar, estos dan una variedad de productos finales; el mejor
conocido de los cuales es el coral.
1.4. 3 Depsitos ElicosLas dunas de arena que se hallan en
regiones desrticas son depsitos elicos tpicos. El viento es un
agente selectivo en el transporte de partculas de tamaos muy finos
o pequeos. Su efecto es negligible sobre suelos cohesivos hmedos.
Vastos depsitos de limo arrastrados por el viento se formaron
cuando grandes vientos, entre las edades de hielo, soplaron a lo
largo de tierras estricas, levantando y transportando las partculas
ms finas y depositndolas a muchas millas de su origen. Estos suelos
elicos se conocen como margas.
Los depsitos de marga se caracterizan por sus partculas de tamao
uniforme, estructura muy suelta y pronunciada porosidad y clivaje
verticales; son generalmente de color amarillo - caf. Muchos
depsitos de margas son muy duros debido a que contienen agentes de
cementacin como el carbonato de calcio y el xido de hierro; cuando
estn saturados de agua frecuentemente se hacen suaves.
Debe hacerse mencin tambin de las cenizas volcnicas como suelos
transportados por el viento. En general son de peso muy ligero y
absorben agua fcilmente; cuando estn parcialmente descompuestas y
secas forman una roca blanda llamada tufa. La descomposicin
completa de las cenizas da como resultado la formacin de una
arcilla altamente plstica que es en extremo compresible.
1.5 PERFIL DEL SUELO Y VARIACIONES NATURALES1.5.1 Definicin de
perfil de sueloUn perfil de suelo es un corte vertical en el
terreno, que va desde la superficie del suelo hasta la roca madre,
a partir de la que se ha formado. En todo perfil, salvo casos
excepcionales, se pueden distinguir una serie de capas
horizontales, llamados horizontes; se distinguen entre s por sus
caractersticas (textura, estructura, contenido en carbonatos,
compacidad, color, etc.).
Conforme pasa el tiempo, los depsitos de suelos sufren un
proceso de maduracin. Cada depsito desarrolla entonces un perfil
caracterstico cerca de la superficie del suelo hasta dnde alcanza
la intemperizacin y la accin disolvente del agua que se mueve hacia
abajo. El perfil que se desarrolla no depende nicamente de la
naturaleza del depsito sino tambin de la temperatura, cantidad de
lluvias que caen y del tipo de vegetacin. Bajo ciertas condiciones
pueden desarrollarse perfiles complejos, particularmente con suelos
viejos en regiones hmedas; en regiones secas los perfiles pueden
ser obscuros.
1.5.2 Horizontes del sueloLos perfiles tpicos de los suelos
tienen por lo menos tres capas. La capa superior u horizonte A, es
una zona de acumulacin de materiales orgnicos en su porcin
superior; la parte inferior de la capa es de un color ms claro
debido a que los coloides del suelo y otros materiales solubles han
sido removidos por la accin del agua. El horizonte B representa la
capa en la que se han acumulado los materiales solubles arrastrados
por el agua desde el horizonte A. Esta capa frecuentemente contiene
una buena cantidad de arcilla que puede ser de metros de
espesor.
Como se ha indicado, el desarrollo del perfil de un suelo
depende del movimiento hacia abajo de la humedad. En regiones ridas
y semi-ridas el movimiento de la humedad puede ser inverso o sea de
abajo hacia arriba. El agua es llevada a la superficie por
evaporacin, junto con las sales.
1.6 CLASIFICACION DE LOS SUELOS DE ACUERDO CON EL TAMAO DE LOS
GRANOSLos suelos pueden dividirse en varios grupos de acuerdo al
tamao de sus partculas. La escala que viene a continuacin es
utilizada en la clasificacin unificada de los suelos, que se
explica en el captulo siguiente.
TAMAO DE LOS TAMICES
MATERIALPASARETENIDO
CANTO RODADOS3 PULGADAS
GRAVA3 PULGADASN. 4
ARENAN. 4N. 200
FINON. 200
MATERIA ORGANICANO TIENE LIMITE DE TAMAO
Tabla No 1. Clasificacin de los suelos por el tamao de las
partculas.
La clasificacin anterior de las partculas de los suelos es la ms
usada para la designacin individual de los distintos tamaos; pero
tambin se emplean las siguientes denominaciones:Material grueso. Es
el material retenido en el tamiz No. 10, cuyas partculas tienen un
dimetro mayor.Material fino o mortero. Es el material que pasa el
tamiz No. 10 y es retenido en el No. 40. Sus partculas varan de 2
mm. A 0.42 mm. de dimetro.Arena fina. Es el material que pasa por
el tamiz No. 40 y es retenido en No. 200. Sus partculas varan de
0.42 mm. a 0.074 mm. de dimetro.Finos. Son los materiales que pasan
el tamiz No. 200. Por sus dimensiones tienen caractersticas
especiales que no permiten clasificarlos por tamizado, sino por
sedimentacin. Mediante este proceso se les clasifica en: Limo,
partculas entre 0.05 y 0.005 mm., arcilla, partculas menores de
0.005 mm y suelos coloidales, partculas menores de 0.001 mm.Suelo
fino. Es el material que pasa por el tamiz No. 40 y el que se
emplea para la determinacin de las constantes fsicas.
1.7 PROPIEDADES DE LOS DIFERENTES GRUPOS DE SUELOS 1.7.1 Grava
(G)Son partculas minerales de formas que varan de angular a redondo
y de tamao entre 4 y 3 pulgadas.
Identificacin. Por inspeccin visual.Caractersticas de Ingeniera.
Prxima a un lecho de rocas, la grava bien compactada y escalonada
es el cimiento natural ms estable. Se clasifica de acuerdo con la
graduacin y tamao en gruesa o fina, de graduacin pobre o buena; y
por su forma, en angular, plana o redonda.
La grava es fcil de desaguar, fcil de compactar cuando est bien
escalonada, es poco afectada por la humedad y no est sujeta a la
accin de la escarcha. Cuando se usa para la superficie de
carreteras, debe usarse suficiente grava fina para consolidar en el
sitio las partculas ms grandes.
1.7.2 Arena (S)La arena consta de granos minerales que fluctan
entre 4 y 0.074 mm. de dimetro. Estas dimensiones incluyen
partculas que pasan el tamiz No. 4 y son retenidas en el No.
200.
Identificacin. Se identifica por la inspeccin visual, excepto
cuando las partculas son uniformemente pequeas, se requiere de
mucho cuidado para distinguir entre arena fina y limo. La arena
seca no tiene cohesin.Caractersticas de ingeniera. Se clasifica de
acuerdo con su gradacin, como gruesa mediana o fina, y de gradacin
pobre o buena; por su forma pueden ser angulares o redondas.
La arena de buena gradacin; es ideal para hormigones y es buen
material de fundacin. Es fcil de desaguar, es afectada ligeramente
por la humedad, ordinariamente no es afectada por la escarcha. Es
apta para rasantes estando bien apisonada.
1.7.3 Limo (M)Consta de minerales naturales sin plasticidad que
pasen el tamiz No. 200 y que poseen poca o ninguna cohesin cuando
estn secos. El trmino polvo de roca es comnmente usado para
describir limos inorgnicos de origen glacial.
Identificacin. Dos ensayos hechos simples en el terreno nos dan
una identificacin positiva.Ensayo de sacudimiento. En este ensayo
una pequea muestra de suelo hmedo se agita sobre la mano, hasta que
desaparezca el agua y quede la muestra rgida. Si el contenido del
agua es correcto, las porciones de material nuevamente se
cohesionan.Ensayo de rompimiento. Deje que la muestra se seque y
pruebe su cohesin rompindola con los dedos. Un limo tpico muestra
poca o ninguna cohesin cuando est seco y posee un contacto suave en
contraste con el de la arena. Frecuentemente los limos son
confundidos con la arcilla por su fineza y color.Caractersticas de
Ingeniera. Todos los tipos de limos son engaosos debido a su
inestabilidad; pequeos disturbios en la presencia de agua o
vibraciones tales como las producidas por el trnsito sobre una
rasante, hacen que se tornen blandos si estn hmedos. Si hay agua
subterrnea, el limo expuesto a la accin de la escarcha est sujeto a
una intensa acumulacin de hielo. Son muy difciles de compactar y de
desaguar. El drenaje no es efectivo para aumentar su
estabilidad.
1.7.4 Arcilla (C)Consta generalmente de partculas ms pequeas que
0.002 pulgadas (0.995 mm). Estas partculas son microscpicas. Con
cierto contenido de humedad despliegan una caracterstica adhesiva
de su propiedad fsica conocida como plasticidad. Dependiendo de la
proporcin de granos gruesos las arcillas varan desde arcilla magra
(de baja plasticidad) hasta arcillas grasas (de alta
plasticidad).
Identificacin. Su comportamiento plstico y su dureza cuando est
seca nos permiten identificarla.Caractersticas de Ingeniera: La
consistencia de la arcilla no perturbada es diferente en sus
caractersticas que cuando est siendo trabajada para ensayos de
identificacin. La dureza de la arcilla puede variar desde rgida a
mediana, blanda o extremadamente blanda, dependiendo del contenido
de humedad. Son propiedades inherentes de la arcilla: su baja
resistencia a la deformacin, alta compresibilidad y gran extensin o
contraccin por cambios del contenido de humedad. Las arcillas
hmedas son imposibles de compactar. La arcilla absorbe el agua
superficial o subterrnea y la retiene en forma tenaz, haciendo que
el drenaje sea inefectivo.
1.7.5 Materia orgnica (MO)La materia orgnica que contienen los
suelos consiste en su mayora de vegetacin descompuesta como la
hulla. Suelos tales como los limos y arcillas orgnicas contienen
diferentes cantidades de material vegetal finamente dividido.
Identificacin. La materia orgnica en suelos de turba es
granulosa y fibrosa y su identificacin se hace por inspeccin
visual; en muchos casos el olor orgnico rancio del pantano es
bastante fuerte como para identificarlos fcilmente. En caso de duda
el olor puede ser intensificado calentando la muestra
ligeramente.Caractersticas de Ingeniera. Todos los suelos orgnicos
de turba y los inorgnicos plsticos no son buenos para rasantes
debido a su alta compresibilidad y baja resistencia a la
deformacin. En general, no se utilizan nunca como materiales para
obras de ingeniera.
1.8 PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS 1.8.1 EstabilidadSe dice
que un suelo es estable cuando bajo la accin de cargas se comporta
dentro de ciertos lmites como un material elstico y no sufre
grandes deformaciones. La estabilidad depende de dos factores que
son: la friccin interna y la cohesin.
1.8.1.1 Friccin interna o rozamientoEs la fuerza que opone al
deslizamiento de unas partculas sobre las otras; es directamente
proporcional a la presin externa y depende de la forma de las
partculas. Es muy importante que en los agregados para caminos
existan materiales angulosos, ya que estos suministran estabilidad
en tiempo seco cuando la cohesin que da la arcilla o la humedad
decrece considerablemente. Y en tiempo hmedo refuerzan la accin de
la cohesin siempre que la humedad est dentro de ciertos lmites
tolerables.El ngulo de friccin en suelos granulares secos coincide
con el ngulo de reposo. Todos los suelos poseen friccin. Sin
embargo a los suelos arcillosos con friccin muy baja o
despreciable, se les denomina suelos cohesivos: = 0[footnoteRef:4].
[4: SUAREZ, Jaime. Deslizamientos: anlisis geotcnico. Capitulo
03]
1.8.1.2 CohesinEs la fuerza que conserva unidas las partculas de
los suelos independientemente de la presin externa. La cohesin es
una medida de la cementacin o adherencia entre las partculas de
suelo. La cohesin en la mecnica de suelos, es utilizada para
representar la resistencia al cortante producida por la cementacin
entre las partculas, mientras que en la fsica, este trmino se
utiliza para representar la resistencia a la tensin[footnoteRef:5].
[5: SUAREZ, Jaime. Deslizamientos: anlisis geotcnico. Capitulo
03]
La cohesin verdadera es la atraccin molecular propia de la
partcula, y cohesin capilar o lubricante es debido a la pelcula
superficial del agua que rodea las partculas de los suelos. En los
suelos eminentemente granulares en los cuales no existe ningn tipo
de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesin
se supone igual a cero y a estos suelos se les denomina suelos
friccionantes o no cohesivos (C = 0)[footnoteRef:6]. [6: Ibid]
1.8.1.3 PermeabilidadEs la velocidad con que desciende el agua a
travs de los suelos por gravedad. Depende de la gradiente
hidrulica, del tamao y nmero de los poros, y de la temperatura. La
unidad de permeabilidad es el coeficiente K (coeficiente de Darcy)
que es la velocidad en centmetros por segundo bajo una gradiente
hidrulica L igual a uno.
Las arenas y los suelos de partculas grandes son los materiales
ms permeables. Las arcillas son las menos permeables. En general la
permeabilidad decrece a medida que el tamao de las partculas
decrece.
Un suelo permeable es conveniente para lo siguiente:En
cimentaciones, puesto que el asentamiento de una estructura puede
producirse si hay humedad bajo ella.En rellenos de caminos,
ferrocarriles y en el balastre de stos.En subrasantes de
caminos.
Suelos de poca permeabilidad son convenientes:En la construccin
de ciertas partes de las represas de tierra para mantener agua en
reservorios.En los canales de agua, para evitar prdidas.
1.8.1.4 CapilaridadEs la propiedad de los suelos de absorber
agua por contacto con una fuente adyacente de este lquido y de
transmitirla en todas direcciones sin importar la intensidad y la
direccin de la gravedad. La fuerza que ocasiona este movimiento del
agua es la tensin superficial. La altura mxima a la que puede
elevarse el agua en los suelos es inversamente proporcional al
dimetro de los poros; y por lo tanto inversamente proporcional al
dimetro de las partculas del suelo. Si un suelo presenta una gran
capilaridad es una desventaja considerable que se traduce en
dificultades para el drenaje; al acumularse un exceso de agua por
material muy fino se tiene una gran capilaridad y baja
permeabilidad, y solo se comportar satisfactoriamente si puede ser
protegido convenientemente de cantidades excesivas de humedad.
1.8.1.5 CompresibilidadLa compresibilidad de un suelo consiste
en la reduccin de su volumen bajo la accin de una carga o fuerza
exterior. Como la materia slida y el agua son de muy baja
compresibilidad hay que atribuir la disminucin de volumen a la
comprensin del aire y al escape de aire y agua.
En los suelos secos, si la disminucin de volumen tiene lugar sin
desplazamiento lateral, decimos que el aire se ha escapado o
comprimido, en cambio en los suelos hmedos, si la disminucin del
volumen tiene lugar sin desplazamiento lateral, decimos que se ha
escapado el agua que ocupaba los espacios entre partculas.
La velocidad de consolidacin de un suelo depende de su
permeabilidad, o sea de la facilidad y oportunidad que tenga de
escapar el agua contenida por el suelo.
En mecnica de suelos se hace distincin entre los vocablos
"consolidacin" y "compactacin"; siendo el primero la accin de los
estratos superpuestos y el segundo los procesos artificiales
humanos o mecnicos.
1.8.1.6 ElasticidadEs la propiedad de los suelos de recobrar su
volumen o posicin original cuando se quita la carga que les ha
estado comprimiendo. Los suelos no son completamente elsticos y
esta propiedad vara segn la naturaleza del suelo de que se trate.
Se ha comprobado que la elasticidad de los suelos es motivada, al
menos en parte, por la presencia de partculas en forma de escamas y
de coloides orgnicos. Las primeras se encuentran frecuentemente en
los limos y arcillas, mientras que los coloides orgnicos suelen
hallarse presentes en los suelos con turba.
1.8.1.7 Presin de porosLa presin de poros consiste en la presin
en el agua dentro de los poros del suelo y se identifica con la
letra . La presin de poros disminuye los esfuerzos normales
efectivos entre las partculas, trata de separarlas y disminuye la
resistencia a la friccin[footnoteRef:7]. [7: SUAREZ, Jaime.
Deslizamientos: anlisis geotcnico. Capitulo 03]
1.9 EL AGUA EN LOS SUELOSCon la excepcin de las regiones
extremadamente ridas, el agua es siempre un componente del suelo,
encontrndose en stos en forma de humedad intergranular o como hielo
(suelos tipo permafrost), en mayor o menor abundancia en funcin de
factores diversos. Debido a la propia dinmica del suelo, el agua
siempre contiene componentes diversos en solucin, y ocasionalmente
tambin en suspensin, si bien la ausencia de una dinmica de
consideracin minimiza este ltimo componente.
En funcin de la naturaleza y textura del suelo el agua puede
encontrarse bien como fase libre, mvil en el suelo (en suelos con
altas porosidades y permeabilidades), o bien como fase esttica
(absorbida), en los suelos de naturaleza ms arcillosa. En el primer
caso el agua podr tener una cierta dinmica, que mantendr una cierta
homogeneidad composicional, mientras que en el segundo caso podrn
darse variaciones composicionales ms o menos importantes.
El agua en el suelo suele tener una dinmica bidireccional: el
agua de lluvia o de escorrenta, por lo general poco cargada en
sales (aunque no siempre), se infiltra desde la superficie, y puede
producir fenmenos de disolucin, hidrlisis y/o precipitacin de las
sales que contiene.
Cuando hablamos de agua en los suelos, nos referimos a la
humedad, y esta tiene una influencia muy importante en el
comportamiento de los suelos. Desde el punto de vista de la
ingeniera vial se pueden considerar dos clases de humedad:Agua
libre o de gravedad: Se encuentra en la forma lquida ordinaria, y
por lo tanto fluye libremente tendiendo a bajar constantemente de
nivel, por lo que se le puede drenar fcilmente.Agua capilar
(humedad de absorcin): Es la que existe en forma de pelcula que
rodea a las partculas del suelo y no puede ser eliminada por medio
de drenaje. Como se ha visto al tratar la capilaridad esta agua
aparentemente no obedece a la ley de la gravedad y en vez de bajar
tiende a subir hasta determinada altura. El agua contenida en los
suelos limosos y arcillosos es de este tipo, por lo que se les
llama suelos capilares
El agua capilar se distingue esencialmente del agua libre en que
su presin es inferior a la atmosfrica, sin que esta presin sea
debida a acciones dinmicas, sino a las tensiones interfaciales
entre el lquido y las partculas slidas del suelo.
