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TRANSFORMACIÓN DE LA CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE USO EN LA AGRICULTURA AL SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)
Ponente: Ing. Pedro J. Astrain Rodríguez
Autores: Ing. Pedro J. Astrain Rodríguez Lic . Martha Marrero Castell
RESUMEN
Cuba cuenta con un mapa de suelos agrícolas 1: 25000 y una copiosa base de datos asociada que se esta transformando a formato digital y puede ayudar mucho en las primeras etapas de una investigación. Esto motiva el esfuerzo en su transformación objeto de este trabajo en él:
Se hace el análisis de los procesos generales de formación de los suelos y su clasificación agronómica.
Se analiza la columna general de los suelos y algunas especificas de suelos cubanos.
Se analizan los parámetros mecánicos enfocados con fines agrícolas de interés pues permiten apreciar su clasificación ingeniera. Se centra la atención en los contenidos de arcilla y la importancia del tipo de arcilla, se enfocan las similitudes y diferencias con los de mecánica de suelos.
En especial se analizan los parámetros de granulometría, plasticidad, elevación capilar, higroscopicidad y nivel de fijación de agua que permiten comprender las bases del procedimiento de transformación a la clasificación del Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos (SUCS). Se muestra el proceso manual, base del automatizado de transformación.
A partir de aquí se brindan en anexos las tablas existentes para a partir de las clases del Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos (SUCS), apreciar las características de los suelos como cimientos, subrasante, la estabilidad de taludes, su compactabilidad y la transitabilidad.
Con este ultimo fin se muestra el diseño de la valoración del estado de humedad del suelo teniendo en cuenta la pendiente, la acumulación o las curvaturas transversal y plana, la vegetación y la dirección de la pendiente para el asoleamiento.
Se analiza por último las características de los suelos con vistas a diferentes actividades, utilizando toda la información de las Bases de Datos Digitales suministradas por el Instituto de Suelos.
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INTRODUCCIÓN
El término suelo es utilizado por diferentes profesiones.
En agronomía se entiende por tal: La parte superficial de la corteza terrestre capaz de sustentar vida vegetal.
Para el geólogo es: Todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de materia orgánica próxima a la superficie. Esta definición peca de parcial en ingeniería, al no tomar en cuenta los materiales transportados aun no intemperizados.
En ingeniería suelo es: cualquier material no consolidado compuesto de distintas partículas sólidas con gases y líquidos incluidos.
Resulta creencia bastante común que el suelo es un agregado de partículas, orgánicas e inorgánicas, sin ninguna organización.
En realidad se trata de un conjunto con organización definida y propiedades que varían vectorialmente. En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho más rápidamente que en la horizontal. Estos cambios crean el llamado “perfil del suelo” que como se verá tiene un amplio uso.
Como el suelo esta formado por partículas más o menos pequeñas, separadas entre si y al mismo tiempo relacionadas, de alguna manera, por fuerzas de diferente índole, puede considerarse, a escala de la obra ingeniera, como un continuo, suficientemente uniforme en su conjunto como para que el resultado obtenido en una muestra, relativamente pequeña, pueda representar el comportamiento del conjunto, a diferencia de las rocas a las que las fracturas, generalmente presentes, unidas a los planos de estratificación y debilidad las hacen comportarse como un discontinuo a escala de las obras de ingeniería.
CLASIFICACIÓN PEDOLÓGICA
El perfil del suelo es la base de su clasificación pedológica. Los que tienen perfiles similares son miembros del mismo gran grupo de suelos.
Los perfiles cuya formación depende predominantemente del clima y la vegetación son miembros de los grupos zonales.
Dentro de cualquiera de estos grupos el carácter de la meteorización es más importante que la composición del material primario. Así perfiles similares pueden provenir de una gran variedad de diferentes depósitos de suelo.
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Aquellos perfiles en los cuales la topografía y el drenaje locales son factores predominantes están incluidos en los grupos intrazonales, que cruzan los grupos climáticos.
Algunos suelos presentan un perfil poco desarrollado, bien porque los materiales del perfil se han erosionado, bien porque no han tenido aún suficiente tiempo para su evolución y desarrollo. Estos son los, suelos azonales.
Los grandes grupos de suelos se dividen en series, en cada una de las cuales los materiales primarios son semejantes, dándosele generalmente el nombre de la localidad donde primeramente fueron identificados, de modo semejante a como se hace con las formaciones geológicas. Las series se dividen en tipos, basándose en la textura de los materiales de encima.
En nuestro país se ha confeccionado el Mapa Pedológico a escala 1:25000 a partir de una ampliación del topográfico de escala 1:50000. En este los suelos se han clasificado en: Tipo. Subtipo, Genero, Especie y Variedad.
El mapa brinda además datos de la textura y profundidad a la roca y agrícola y tiene una base de datos asociada con información del resto de los parámetros como se vera más adelante. Estas bases de datos y los mapas se están digitalizando en este momento por el Instituto de Suelos.
PERFIL DEL SUELO
Por darse situaciones en Cuba intermedias analizaremos los siguientes perfiles generales:
Perfil de las regiones frías y templadas húmedas
En estas regiones la vegetación es abundante y hay acumulación de hojas secas, plantas y otros residuos orgánicos. La lenta descomposición de estos materiales y la secreción de las raíces produce ácidos débiles que aceleran la meteorización. El movimiento predominante de la humedad del suelo es vertical hacia abajo, hacia el nivel freático. Esto produce un perfil con tres capas u horizontes como se muestra en la Figura No. 1.
El horizonte A se caracteriza por la alteración química de los materiales del suelo en un medio ácido reductor. En él suelen producirse las arcillas de la familia de la caolinita, los carbonatos solubles y los minerales de hierro reducidos y semisolubles. Estos minerales son lixiviados y llevados hacia abajo, por la humedad del suelo, dejando el horizonte A deficiente de esos minerales, pero rico en sílice.
Como resultado de esto la parte inferior designada como horizonte A2, es generalmente muy arenosa y de color claro.
La parte superior designada como horizonte A1, es de color oscuro debido al contenido de materia orgánica.
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El horizonte A2 es, generalmente, una fuente de suelos arenosos en regiones con arcillas subyacentes.
El material lixiviado se acumula en el horizonte B situado debajo. Suele ser más grueso que el A y tiene mayor concentración de hierro, arcillas y carbonatos que la que tenía el suelo original.
La
parte superior de este horizonte, B1, está con frecuencia endurecida (hardpan), parcialmente cementada y sumamente coloreada.
El horizonte B2 es rico en arcillas y carbonatos solubles.
El horizonte B3 es nuevamente afectado por la lixiviación descendente y esta ligeramente coloreado.
El horizonte B es la mejor fuente e arcillas en territorios donde esta escasea.
Debajo esta el horizonte C, que es el material primario, ligeramente alterado.
Cuando un estrato de suelo diferente, no relacionado con los otros materiales, se encuentra bajo estos, suele llamársele horizonte R.
Figura No. 1. PERFIL DEL SUELO EN UNA REGIÓN DE TEMPERATURA Y PRECIPITACIONES MODERADAS
Horizonte Descripción.O Residuos orgánicos.
A
A1Coloides orgánicos +
mineral.
Zona de lixiviación o eluviación.A2Lixiviado,
color claro
A3Lixiviado,
pero transitorio.
B
B1Acumulación,
transitorio.
Zona de acumulación o iluviación.
B2Acumulación, formación de
arcilla, color intenso.
B3
Transición, más color que C, acumulación de
carbonatos.
C Acumulación de sílice, carbonatos, sulfatos:Ligera meteorización.
D o R Inalterado.
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El horizonte D es el primario, no alterado.
Perfil de las regiones calientes y húmedas
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A1 Arcilla de color rojo parduzco, con materia orgánica
A2
Arcilla roja muy compacta, con un viso pardusco. Poca humedad. Friable. Se observan muchas raíces. Hy = 6.34%, LSP = 91, EC = -. Ar = 5.6%, L = 9,3%, Arc = 85.1
85.7%
Arcilla de color rojo vivo, friable. Contiene más humedad que la capa anterior. Muy buen desarrollo
radicular hasta la profundidad de 50 – 60 cm. Hy = 5.99%, LSP = 96, EC = -Ar = 5.2%, L = 9.2%, Arc = 85.6%
Arcilla de color rojo vivo, friable, la humedad sigue en aumento. A los 130 cm aparece la roca madre, caliza dura, carsificada.Hy = 5.35%, LSP = 72, EC = -. Gr= 0.1%, Ar = 17.6%, L = 14.0%, Arc = 68.3%
Arcilla de color rojo vivo, friable, húmeda. Se encuentran pocos fragmentos de la roca madre.
Esta es muy blanda. Hy = 5.66%, LSP = 86, EC = -. Ar = 10.0%, L = 10.8%, Arc = 79.2%
B1
B2
C
Figura No. 2 Corte de una arcilla de clima tropical húmedo
En estas, las partes superiores de los depósitos están también sometidas a cambios de humedad y sequedad y a lixiviación descendente.
Sin embargo, el clima favorece la rápida pudrición de la materia orgánica y su extinción por insectos como las termitas o comejenes.
Se produce poco o ningún ácido orgánico, y debido a la formación de carbonatos solubles, la meteorización de los silicatos prosigue en un ambiente básico.
La sílice coloidal, soluble, es lixiviada hacia abajo.
El aluminio y el hierro de oxidan intensamente y son insolubles en un medio más básico y quedan para cementar el cuarzo, formando un sólido resistente como una roca.
Una meteorización más avanzada hace que el hierro y el aluminio se acumulen en nódulos o concreciones de hierro, perdigones, dándole al suelo una textura de una grava suelta, poco cementada. El color varía desde el canela hasta el rojo intenso, debido a la intensa oxidación del hierro, con un jaspeado que refleja las acumulaciones locales de hierro.
Este proceso se llama laterización y cuando el material esta bien endurecido es la laterita o la ferricrita.
Las lateritas bien desarrolladas son fuertes y relativamente incompresibles, aunque a menudo ligeras y porosas. Algunas formas están suficientemente cementadas para servir como base de gravas para la construcción de caminos; mientras que las lateritas menos desarrolladas frecuentemente se ablandan cuando se humedecen.
Perfiles de las regiones secas
En estas hay poca o ninguna materia orgánica.
Cualquier movimiento de la humedad es predominantemente ascendente debido a la intensa evaporación superficial. Esto produce una acumulación de materiales solubles, como los carbonatos, cerca de la superficie y la cementación parcial del suelo.
Algunas veces los carbonatos están bien distribuidos en la masa del suelo, mientras que en otros casos se concentran en lentes o concreciones al nivel donde se produce la evaporación de la humedad capilar de los depósitos.
Estos suelos son en generalmente fuertes e incompresibles cuando están secos. Cuando se saturan se debilitan, y algunas veces se derrumban con una perdida súbita de resistencia y un rápido hundimiento. Sus características dependen mucho del material primario.
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En regiones extremadamente áridas las sales soluble brotan del suelo por capilaridad después de un breve periodo de lluvia y se precipitan cerca o sobre la superficie, formando una capa vegetal salina o alcalina y algunas veces una costra blanca.
Este proceso puede verse en los suelos salinizados cerca de la ciudad de Guantánamo, hacia Mártires de la Frontera, Boquerones.
Un riego excesivo en estas regiones muy secas puede producir la misma acumulación de sales y hasta provocar la perdida de fertilidad del terreno.
Perfil de las regiones de alta humedad y drenaje insuficiente
En estos ambientes el crecimiento vegetal es rápido; sin embargo, en las áreas inundadas y de aguas estancadas, la pudrición es lenta.
La pudrición orgánica absorbe el oxígeno, y sus productos impiden más pudriciones. En tales condiciones las sustancias orgánicas se acumulan rápidamente.
Un régimen de alta pudrición, asociado a u nivel freático fluctuante produce un terreno orgánico del tipo Muck.
Una pudrición lenta, asociada a inundaciones, con agua estancada, produce una turba fibrosa.
CLASIFICACIÓN AGRÍCOLA GENERAL DE LOS SUELOS CUBANOS
Los suelos cubanos en general se clasifican en 10 grupos y 29 tipos que veremos a continuación:
Suelos Ferríticos: Presentan una alteración intensa de los minerales primarios y contenido elevado (superior al 30%) de sesquióxidos de hierro. Poseen cantidades variables de concreciones de este mineral a veces formando corazas.
Estos suelos evolucionen a partir de rocas básicas y ultrabásicas.
Son lateríticos.
Pueden presentar minerales secundarios como la hematita, goethita y caolini
Suelos Ferralíticos:
El proceso de ferralitización se caracteriza por:
Una alteración intensa de los minerales primarios.
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La eliminación de la parte mayor de las bases alcalinas y alcalinotérreas y una parte de la sílice.
Formación de minerales arcillosos del tipo de los óxidos e hidróxidos a de hierro y aluminio como la montmorillonita.
Estos evolucionan a partir de rocas carbonatadas duras y de esquistos, y en grado menor pueden formarse a partir de rocas ígneas.
A causa de la presencia prioritaria de rocas carbonatadas en la composición geológica de Cuba, estos suelos están muy extendidos.
Se han dividido en los siguientes tipos:
Ferralítico rojo. Ferralítico rojo lixiviado. Ferralítico amarillento. Ferralítico cuarcítico amarillo. Ferralítico cuarcítico amarillo lixiviado.
Suelos Fersialíticos:
Son los que evolucionan a partir de arcillas silíceas, algunas calizas duras, serpentinitas y materiales de redepósito.
En el proceso de sialitización, que se efectúa junto al de ferruginación, se producen minerales arcillosos y óxidos de hierro.
Presentan cuatro tipos:
Fersialíticos rojo parduzco ferromagnesial. Fersialíticos pardo rojizo. Fersialítico amarillento. Fersialítico rojo.
Suelos Pardos:
Están caracterizados por una evolución sialítica, de edad relativamente joven.
La diferenciación entre los diferentes tipos se basa en como se desarrolla el proceso de sialitización (acumulación de hierros libres, menor que en los suelos de agrupamiento fersialíticos).
Esta puede producirse en un medio rico en carbonato de calcio o por la evolución de los eluvios de rocas ígneas y en grado menor de las metamórficas.
Suelos Húmicos Calcimórficos:
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Predomina el proceso de acumulación de humus, favorecido por la presencia de contenidos altos de calcio activo y de arcillas del tipo de las montmorillonitas.
Evolucionan a partir de eluvios de rocas calcáreas con un porcentaje alto de material arcilloso heredados de estas.
El contenido de sustancia orgánica es del orden del 3 al 9%, por lo cual su color es generalmente oscuro.
Consta de los tipos:
Rendzina roja. Rendzina negra. Húmico carbonático.
Suelos Vertisuelos:
Son suelos de composición sialítica, donde en muchos casos, entre los componentes de la masa del suelo, el óxido de magnesio es superior al de calcio, con un contenido alto en la arcilla, generalmente montmorillonita.
Evolucionan, por lo general, a partir de sedimentos limo-arcillosos y arcillosos, tanto en llanuras interiores como de origen marino.
Por su constitución y el haber estado sometidos a etapas alternas de mayor humedad y sequía, presentan fenómenos de contracción y dilatación que provocan agrietamiento y un tipo especial de microrelieve.
Se dividen en los siguientes tipos:
Oscuro plástico gleyzado. Oscuro plástico gleysoso. Oscuro plástico no gleyzado.
Suelos Hidromórficos:
Son suelos que abundan en las llanuras bajas donde predominan las oscilaciones del manto freático, en ocasiones, con una capa arcillosa en profundidad.
Este exceso de humedad condiciona el proceso de gleyzación, con la formación de horizontes gleyzados, acompañados con la acumulación de materia orgánica en la parte superior del perfil.
Pueden estar salinizados, en dependencia del grado de salinización del manto freático. Evolucionan a partir de sedimentos arcillosos muy ricos en minerales y de aluvios y deluvios de esquistos.
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Se dividen en los siguientes tipos:
Gley húmico Gley ferralítico. Gley amarillento cuarcítico. Húmico marga. Pantanoso.
Suelos Halomórficos:
Son suelos que presentan una acumulación de sales solubles superior al 1% en todo el perfil, o en algunos de sus horizontes.
Si se trata de sodio (Na), aún con un contenido menor en la masa del suelo, se consideran de este grupo.
Cuando la acumulación de sales se produce en la superficie, se observan mancha y costras blanquecinas denominadas calvas salinas.
Se divide en los tipos siguientes:
Solonchak. Solonchak mangle. Solonets.
Suelos Aluviales:
Se caracterizan por no presentar un proceso de formación definido. En estos se incluyen no sólo los existentes en los valles fluviales anegadizos, si no también los que hoy no están sujetos a procesos de inundaciones, pero aún no presentan rasgos diferenciales en el perfil, por el desarrollo de procesos edafogénicos nuevos.
Es típica en ellos la ausencia de horizontes genéticos bien diferenciados.
Las propiedades físicas y químicas de estos suelos dependen en gran medida del material de origen, que puede ser muy variado.
Se presenta un sólo tipo:
Aluvial.
Suelos Poco Evolucionados:
Presentan una alteración química y biológica incipiente, sin embargo, son acentuadas la fragmentación y redistribución de la composición mecánica del material.
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La alteración limitada de los materiales se debe a la eliminación de la parte fina del suelo por la erosión fuerte o por los aportes eventuales de minerales.
Consta de los siguientes tipos:
Arenoso cuarcítico. Arenoso calcáreo. Esquelético.
RELACIÓN ENTRE EL RELIEVE Y LAS COMBINACIONES DE SUELOS
Resulta de gran interés la relación que existe entre el relieve y las combinaciones de suelos.
En las llanuras con procesos hidromórficos avanzados se manifiestan, además, procesos de plastogénesis, laterización, acumulación orgánica y salinización.
En las llanuras con procesos predominantes denudativos o de lavado, bajo un clima como el nuestro, tropical con humedad alternante, se realizan combinaciones de suelos automórficos con procesos predominantes de sialitización y fersialitización.
En las llanuras de edad más antigua se desarrolla la ferralitización.
En las alturas, los procesos denudativos son predominantes, y se corresponden con las combinaciones de los procesos de sialitización y fersialitización, con ausencia de ferralitización.
En las montañas, por el contrario, con un clima tropical lluvioso, se observan suelos ferríticos y ferralíticos, formados sobre cortezas de intemperismo antiguas. En estos lugares también se producen combinaciones de suelos fersialíticos y pardos.
TRANSFORMACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LA CLASIFICACIÓN Y PARÁMETROS AGRÍCOLAS A LA CLASIFICACIÓN UNIFICACDA PARA FINES INGENIEROS
A continuación se brinda, en las páginas siguientes el Sistema de Clasificación Unificada de Suelos, SUCS, de A. Casagrande que será el que utilizaremos para el análisis de los suelos en ingeniería y al que se traducirán los suelos a partir de los parámetros agrícolas utilizados en los mapas y bases de datos del Instituto de Suelos.
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS TOMADAS PARA LOS SUELOS AGRÍCOLAS Y SU US0 INGENIERO
DEFINICIÓN DE PARÁMETROS
Granulometría:
Mide la composición mecánica del suelo atendiendo al tamaño de las partículas que lo componen. Estudia la distribución de los diferentes tamaños en el suelo.
El sistema de clasificación más utilizado entre nosotros, en ingeniería, es el SUCS (Ver Páginas anteriores y el Anexo 1). Este se basa para hacer la clasificación en la granulometría y la plasticidad del suelo.
De inicio se dividen los suelos en dos grandes grupos: gruesos y finos.
Los suelos gruesos son aquellos que más del 50% de su peso queda retenido por el tamiz 200 (0.076 mm). Los suelos finos son aquellos en que más del 50% de su peso pasa el tamiz 200.
Los gruesos a su vez se subdividen nuevamente, según su granulometría, atendiendo a que por ciento de la fracción gruesa se retiene en el tamiz No. 4 (4.76 mm). Si se retiene más del 50% en peso de la fracción mayor del tamiz 200 en el tamiz 4 se califica el suelo de gravoso, y en caso contrario se califica de arenoso.
Los gravosos se vuelven a subdividir según la cantidad de partículas finas que contengan. Si contienen menos del 5% de granos menores del tamiz 200 se consideran gravas francas. Si por el contrario el contenido de partículas menores que el tamiz 200 es mayor que el 12%, se tratara de gravas con mezclas de finos.Las gravas francas se subdividen atendiendo a su uniformidad, que se establece a partir de la forma de su curva granulométrica, en bien graduadas y mal graduadasLas gravas con mezclas de finos se subdividen atendiendo a su plasticidad. Si son poco plásticas, con un Índice de Plasticidad (Este es la diferencia entre Limite plástico Superior o Limite Liquido (LL) – Limite plástico Inferior o Limite plástico, (LP), es decir IP = LL-LP) menor que 4, IP < , 4 o están por debajo de la línea A de la carta de plasticidad, que relaciona IP con LL, son gravas limosas y gravas limo arenosas.
Si por el contrario, son plásticas, IP> 7 y están por encima de la línea A, son gravas arcillo arenosas y gravas arcillosas.
Los arenosos también se vuelven a subdividir de modo similar según la cantidad de partículas finas que contengan. Si contienen menos del 5% de fracciones menores que el tamiz 200 de su peso se consideran arenas francas. Si por el contrario el contenido de partículas menores que el tamiz 200 es mayor que el 12% de su peso, se tratara de arenas con mezclas de finos.
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Las arenas francas se subdividen atendiendo a su uniformidad según la forma de su curva granulométrica en bien graduadas y mal graduadas.
Las arenas con mezclas de finos se subdividen también a su vez, atendiendo a su plasticidad. Si son poco plásticas, LL< 50 y por debajo de la línea a son arenas limosas y arenas limo arenosas.si por el contrario, son plásticas, IP > 7 y están por encima de la línea a, son arenas arcillo arenosas y arenas arcillosas.
Los suelos finos, por su parte, se subdividen atendiendo a su compresibilidad, según su limite plástico superior (LL). Si el LL < 50 son suelos finos de baja compresibilidad, si el LL>50 son suelos finos de alta compresibilidad.
Los suelos finos de baja compresibilidad se subdividen a su vez atendiendo a su plasticidad y el contenido de sustancia orgánica.Si además de estar a la izquierda de la línea de LL = 50 en la carta de plasticidad, están por debajo de la línea a, son: limos, arenas muy finas, arenas finas limosas o arcillosas o limos micáceos.Si además de estar a la izquierda de la línea de LL = 50 en la carta de plasticidad, están por encima de la línea a, son: arcillas de baja plasticidad, arcillas arenosas o limosas.Si además de estar a la izquierda de la línea de LL = 50 en la carta de plasticidad, están por debajo de la línea a y tienen color y / o olor a sustancias orgánicas , son: limos orgánicos o arcillas de baja plasticidad.
Los suelos finos de alta compresibilidad se subdividen a su vez atendiendo también a su plasticidad y el contenido de sustancia orgánica.Si además de estar a la derecha de la línea de LL = 50 en la carta de plasticidad, están por debajo de la línea a, son: limos micáceos, limos de diatomeas, cenizas volcánicas.Si además de estar a la derecha de la línea de LL = 50 en la carta de plasticidad, están por encima de la línea a, son: arcillas muy plásticas, arcillas arenosas.Si además de estar a la derecha de la línea de YA 50 en la carta de plasticidad, están por debajo de la línea a y tienen color y / o olor a sustancias orgánicas, son: arcillas orgánicas o arcillas de alta plasticidad.
Un grupo aparte lo forman los suelos con materia orgánica fibrosa, constituidos por las turbas, las turbas arenosas y las turbas arcillosas.
De lo visto se desprende que toda la clasificación descansa en el análisis granulométrico y el de plasticidad. Parámetros iguales o similares se utilizan en las clasificaciones y estudios de los suelos con fines agrícolas. A continuación se analizan los parámetros que se utilizan en el análisis agrícolas, que son de nuestro interés y la forma e que podemos utilizarlos.
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PRINCIPALES PARÁMETROS FISICOS UTILIZADOS EN LA AGRICULTURA. COMPARACIÓN CON LOS UTILIZADOS POR EL SUCS.
Humedad del suelo seco al aire (hy)
Este parámetro que también en la literatura agrícola se denomina HIGROSCOPICIDAD mide el contenido en volumen de agua, expresado en %, que se mantiene en un suelo cuando este se seca en el aire.
Higroscopicidad máxima o de Mitschherlich (Hy)Se calcula a partir de hy:
Hy = 1.4 * hy (Atmósfera saturada hasta 95.6% de vapor de agua).
Si se utiliza el secado de la muestra a una humedad relativa del 80%, en atmósfera en equilibrio con cloruro de amonio se calcula:
Hy = 1.35* hy´
Higroscopicidad máxima especifica: Hyesp.
Esta es la que correspondería al suelo si este fuera totalmente como lo es la fracción arcillosa, que es la máxima responsable de la higroscopicidad. Se calcula:
Hyesp = (100/A) * Hy.
Donde A = Porcentaje de arcilla en el suelo.
Elevación capilar (EC)
Mide hasta que altura puede llegar el agua por capilaridad Esta es máxima en las arenas finas y disminuye con la arcillosidad. Es uno de los parámetros que se utilizan para calificar la textura del suelo y clasificarlo.
Limite Superior de Plasticidad de Atterberg (calculado por las técnicas de Arany)
Este se expresa en mililitros de agua para 100 g de suelo, por lo que es equivalente al Limite Liquido de Atterberg que se utiliza en ingeniería y donde se da la humedad en % del peso que resulta equivalente para el agua, al pesar un mililitro un gramo.
Granulometría
En los suelos agrícola la información se da por tamizado y por el método del hidrómetro. Son muy precisos en el análisis de la fracción fina, de mayor interés agrícola por ser la mas activa. A continuación ofrecemos, en la Tabla No. 1, su clasificación de los suelos y como se adapta y discrepa del SUCS.
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Como puede verse el análisis granulométrico no incluye los suelos de partículas gruesas. Para los suelos agrícolas, los datos sobre las partículas gruesas se dan de forma específica, en cuanto a rocosidad, pedregosidad y gravosidad, expresadas en intervalos de % en el suelo. Aquí ocurre lo contrario que en ingeniería civil, los mas duros y rocosos son los peores y de menos interés.
Tabla No 1. GRANULOMETRÍA : TABLA NOTABLA A/1 TABLA A/2
Denominación Limites de la fracción en mm.
Limites de la fracción en mm Denominación
Arena gruesa 2.0 – 0.2 2.0 – 0.2 Arena gruesaArena fina 0.2 – 0.05 0.2 – 0.02 Arena finaArena muy fina 0.05 – 0.02
Limo grueso 0.02 – 0.010.02 – 0.002 LimoLimo mediano 0.01 – 0.005
Limo fino 0.005 – 0.002Arcilla < 0.002 < 0.002 Arcilla
Tabla No. 2. CLASIFICACIÓN DEL NIVEL DE AFLORAMIENTOS DE ROCAS EN UN SUELO SEGÚN LA FAO
CALIFICACIÓN DE LA ROCOSIDAD
% DEL AREA OCUPADA. /
SEPARACIÓN (M)DESCRIPCIÓN DE LA ROCOSIDAD
Sin rocas < 2% Menos del 2% de exposiciónModeradamente
Rocosos 2 – 10 / (35 – 100) Interfiere la labranza pero no impide las labores entre líneas.
Rocosos 10 – 25 / (10 – 35)Impide labores entre líneas, puede
trabajarse para cultivos henificables o pastizales mejorados.
Muy Rocosos 25 – 50 / (3.5 - 10) Suficientes afloramientos para impedir el uso de maquinas, excepto ligeras.
Extremadamente rocosos 50 – 90 / ( < 3.5) No puede usarse maquinaria agrícola en
absoluto
Afloramientos >90% El área está prácticamente cubierta de rocas
Rocosidad o Afloramientos
Se refiere a los afloramientos de rocas. En sus informes consignan su abundancia y grado de dispersión; así como el posible uso forestal de las localidades entre afloramientos. A continuación, en la tabla se ofrece la forma de evaluarlos según la FAO.
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Al evaluar las posibilidades de los suelos rocosos debe tenerse en cuenta la profundidad del suelo entre los afloramientos. Es posible que una zona con menos afloramientos, tenga, al mismo tiempo menos profundidad de suelo entre ellos que otra con apariencia peor, al tener cantidad de roca aflorando. Resulta que, paradójicamente, el segundo caso es peor que el primero para su uso agrícola.
PEDREGOSIDAD:
Se expresa tanto superficial como internamente, dentro del perfil del suelo, precisándose esto en cada caso. Así mismo se aclara si forman zonas definidas o están esparcidas por toda el área. Se da su porcentaje o numero por unidad de área. La unidad de medida de esta se escoge según su abundancia (1 m2, 10 m2, 100 m2 o 10000 m2). Se consigna también el tamaño medio de las piedras. La clasificación de los fragmentos de roca según la FAO es como sigue en las Tablas No. 3 y No. 4 y No. 5
Tabla No. 3. CLASIFICACIÓN DE LOS FRAGMENTOS DE ROCAS POR SU TAMAÑO SEGÚN LA FAO Y KOPECKY.
DENOMINACIÓN CARACTERISTICASSEGÚN LA FAO SEGÚN KOPECKY
GravasFina
De 2 a 75 mm.De 2 a 5 mm
Media De 5 a 30 mmGruesa De 30 a 70 mm
Piedras De 75 a 250 mm. > 70 mmPedregones. > de 250 mm.
Las escalas utilizadas en ingeniería son ligeramente diferentes. La evaluación de la pedregosidad, en la agricultura, se hace según la siguiente tabla:
Tabla No. 4. EVALUACIÓN DE LA PEDREGOSIDAD EN UN SUELO SEGÚN LA FAOCALIFICACIÓN
DE LA PEDREGOSIDAD
% DEL ARREA
OCUPADO
TAMAÑO/ SEPARACIÓN
(cm)SITUACIÓN AGRICOLA.
Sin piedras <0.01 No interfiere la labranzaModeradamente
pedregoso 0.01 – 0.1 15 – 30 / 10 - 30 Interfiere la labranza; pero no labores entre líneas.
Pedregoso 0.1 – 3.0 15 – 30 / 10 – 1.6 Imposible labores entre líneas. Cultivos henificables
Muy pedregoso 3 - 15 15 – 30 / 1.6 – 0.75
Mecanización ligera y manual. Pastizales mejorados.
Excesivamente pedregoso 15 - 90 15 – 75/ No mecanizables.
Pedregales > 90 Pavimento de piedras que cubren más del 90% del área.
Para determinar el grado de pedregosidad y de afloramiento se procede de forma similar.
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La agricultura recomienda hacer conteos en el campo dentro de cuadrados o rectángulos, reales o imaginarios, pero de tamaño conocido e igual, para determinar la cantidad de piedras o afloramientos por unidad de área. Hacerlo en no menos de tres lugares distintos y utilizar para caracterizar el campo el promedio de ellos. En las piedras lo que se mide es la cantidad. A partir de esta y de su tamaño medio se calcula el área ocupada. Tienen un ábaco para estimar, según la cantidad de piedras en 100 m2 (desde 50 hasta 650) y su tamaño (desde 0.1 hasta 0.5 m), el porcentaje de pedregosidad. Los valores menores de 50 los calculan mediante la tabla que se ofrece a continuación. En las zonas donde la pedregosidad aparece por lotes se reporta:
Tabla No. 5. RELACIÓN NÚMERO DE PIEDRAS / PORMILES DE PEDREGOSIDAD (0 / 00)
Diámetro de las piedras
(m)
NUMERO DE PIEDRAS EN 100 m2.
POR
MIL
ES D
E PE
DR
EGO
SID
AD
. (0
/ 00
)
1 2 3 4 5 10 20 30 40 50
0.1 0.08 0.16 0.24 0.32 0.40 0.80 1.60 2.40 3.20 4.00.2 0.31 0.62 0.90 1.20 1.50 3.0 6.20 9.20 12.0 15.00.3 0.69 1.38 2.00 2.80 3.50 7.00 14.0 20.0 28.0 35.00.4 1.20 2.40 3.60 4.80 6.00 12.0 24.0 36.0 48.0 60.00.5 1.90 3.80 5.70 7.60 9.50 19.0 38.0 57.0 76.0 95.0
Número de las zonas por Ha, Km2 etc. Área media de los lotes pedregosos. Pedregosidad de cada lote.
Nivel de Fijación del Agua (NFA):
Este es el parámetro básico que utilizan para la clasificación de los suelos.
Parten de un interesante principio:
La plasticidad del suelo es más determinada por el tipo de arcilla que por el porcentaje de la fracción arcillosa.
Esto se ejemplifica en la Tabla No. 6, donde se aprecia como para dos suelos, con prácticamente el mismo contenido de arcilla, el comportamiento mecánico es totalmente diferente.
Estas variaciones se producen porque realmente hay varios tipos de arcillas y además su comportamiento puede modificarse ante la presencia de determinadas sales en el suelo.
Todos los minerales de la arcilla tienen estructura laminar. Son, en general, silicatos de aluminio, con cantidades variadas de Fe, Mg y K, y con distinta cantidad e agua en su constitución. Forman distintos retículos cristalinos, en dependencia de la proporción y
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ordenamiento de los elementos. Son los más abundantes: caolinita, ilita, montmorillonita y vermiculita.
Tabla No. 6. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS ARCILLAS MATANZAS Y YAGUAJAY.
Capa (cm)
Fracción Arcilla
(%)
D (g/cm3)
Hy (%) LSP EC
(mm)
Encogimiento E (% de
volumen.)
C campo (%)
Matanzas 5 - 15 81.8 1.17 7.9 75 230 7.0 35.0Yaguajay 3 – 9.5 82.1 0.84 16.7 107 55 43.8 67.0Mat / Yag 0.996 1.39 0.47 0.70 4.18 0.16 0.52
En el grupo del caolín las capas de Si – O, que forman tetraedros, están unidas con capas de Al – O – OH Compartiendo entre si el O que queda libre en el tetraedro. Ambas capas están unidas por fuertes fuerzas químicas, constituyendo un retículo cristalino, que no deja acceso a la superficie interna y esto hace que la fijación del agua sea pequeña, así como la plasticidad. A este grupo pertenecen, además de la caolinita, la halosita, la dickita y la nacrita. Estos minerales, por tales características se les llama del tipo 1:1.
Los minerales del grupo de la ilita y los de la montmorillonita se les llama minerales con retículo cristalino del tipo 2:1.
El cristal de ilita se considera como una capa de óxido de aluminio hidratado entre dos capas de dióxido de silicio. Se encuentran iones de K entre las capas adyacentes de sílice y su enlace químico es tal que puede retener juntas dos capa de sílice. La vermiculita, típica de este grupo, tiene retículo cristalino parcialmente dilatable, en lugar de contener K entre las capas de sílice adyacente como la ilita, tiene Mg o Mg y Ca, estos dos cationes son intercambiables con otros. El retículo se encuentra parcialmente dilatado e hidratado. Su comportamiento, en este aspecto, tiene una posición intermedia entre la ilita y la montmorillonita.
La montmorillonita tiene una estructura cristalina similar a la ilita, con excepción del enlace del potasio. No existe enlace químico entre las capas de sílice adyacentes, por lo tanto las moléculas de agua pueden expansionar el retículo cristalino, lo que provoca que la montmorillonita se dilate por hidratación y se contrae por desecación.
La superficie interfacial es mucho mayor en la montmorillonita que en la ilita. La dilatación en presencia de agua de la montmorillonita tiene la propiedad de aumentar la superficie interfacial, en cuanto concierne a la movilidad de los cationes estos pueden moverse por el interior del retículo cristalino dilatado entre las dos capas de sílice. Esto explica la alta plasticidad de este tipo de arcillas al humedecerse y su abundante agrietamiento al desecarse. A este grupo pertenecen, además de la montmorillonita la beidelita y una serie de transito entre las dos.
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Las arcillas provienen de la meteorización de silicatos primarios como la ortoclasa, moscovita, biotita, y hornablenda.
La presencia de las arcillas esta relacionado íntimamente con el grado de meteorización y la naturaleza química del complejo que se meteoriza. Así la moscovita tiende a dar ilita y la biotita vermiculita.
Hay evidencias de que la ilita se transforma en montmorillonita a medida que el potasio se va eliminando por meteorización.
Mientras la montmorillonita es un mineral importante del suelo ligero o moderadamente meteorizado, la caolinita predomina en suelos muy meteorizados, ácidos y con una marcada lixiviación.
Con respecto a la meteorización, las ilitas y montmorillonitas predominan en suelos relativamente jóvenes y la caolinita en suelos viejos.
Los suelos viejos, en las regiones tropicales tienen un contenido elevado de hierro y aluminio. Los minerales arcillosos y los óxidos hidratados de hierro y aluminio constituyen la casi totalidad de la fracción arcillosa del suelo en este caso.
En la formación y desarrollo de nuestros suelos el papel más importante lo tienen: El factor geológico: (sedimentación en el mar, vulcanismo, translocación de
materiales procedente de la descomposición de los mismos, composición mineral etc.) El factor climático (la lluvia, cantidad y distribución de esta en el año, y la
temperatura).
La composición mineralógica y el grado de distribución de los minerales presentes en un suelo son de los factores más importantes en su comportamiento mecánico.
La parte más activa de la fase sólida de un suelo es la fracción arcillosa. Esta actividad se basa en que sus partículas tienen una enorme superficie específica en comparación con el resto de los componentes del suelo en especial de las más gruesas esto se ilustra en la Tabla No. 7.
Tabla No. 7. SUPERFICIE ESPECÍFICA DE LOS MINERALES MÁS IMPORTANTES
Fracción Mineral Tamaño( mm) Forma Densidad
real (g/cm3)Superficie
Específica (m2/g)
Arenas Cuarzo > 0.02Isodiamétrica
2.65 < 0.1Feldespatos > 0.02 2.70 < 0.1
Limo Cuarzo 0.02 – 0.002 2.65 1.0 – 0.1
ArcillasCaolinita < 0.002
(arcilla laminar)
Laminar 2.60< 40
Ilita 50 - 200Montmorillonita 400 - 800
Materia orgánica Arcilla coloidal 1.1 – 1.4 >800
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En ella se puede observar que incluso dentro de los minerales arcillosos hay muy marcadas diferencias en cuanto a su superficie especifica. La más pequeña la tienen las caolinitas, y las más grandes las montmorillonitas, mientras las ilitas ocupan una posición intermedia entre ambas arcillas.
Existe una estrecha relación entre la superficie especifica y la retención, fijación, del agua en la superficie interna y / o externa de los minerales arcillosos. Esto esta dado por lo ya explicado de su estructura mineral. Estas condiciones de la retención del agua se reflejan muy bien en la higroscopicidad de los suelos (caracterizada por la hy y la Hy). En el caso de los suelos arcillosos puede verse en la Tabla No.8.
Tabla No. 8. HIGROSCOPICIDAD DE LOS PRINCIPALES MINERALES DE LA ARCILLA.
MINERAL hy (de saturación relativa)* Hy (96% de saturación relativa)*
Caolinita 1.0 – 2.0 1.4 – 2.8Halosita 6.0 8.5
Ilitas 6.0 – 12.0 8.5 - 17.0Montmorillonitas 18.0 - 21.5 25.0 – 30.0
Esta es la causa por la que se ha tomado una función de la higroscopicidad de las arcillas (hy y Hy) para la clasificación tentativa de los suelos cubanos desde el punto de vista agrícola; pero de innegable interés para la ingeniería civil.
Para la clasificación se calcula a higroscopicidad específica (Hyesp), es decir, la Hy referida al contenido de la fracción arcillosa del suelo.
Hyesp = (100 / A) * Hy
El cociente (100 / A) se le llama factor de conversión (F).
Tabla No. 9. Higroscopicidad de las fracciones de un suelo Arcilloso. (Según Melnikov)
Fracción granulométrica en mm. Hy
Limo fino
0.01 – 0.005 0.40.005 – 0.004 1.10.004 – 0.003 1.50.003 – 0.002 1.9
Arcillas.0.002 – 0.001 5.10.001 – 0.0005 23.4
<0.0005 27.6
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Si se grafica F contra A, se obtiene una curva asintótica a ambos ejes de forma de hipérbola. A medida que el % de arcilla es menor el valor de F aumenta, a medida que el valor de A aumenta el de F disminuye; pero cada vez con menor pendiente. Esta es fuerte en las arenas, disminuye en los loams y se hace mucho menor en las arcillas. Un error en el calculo de Hyesp, por tanto, afecta más los resultados en las arenas y loams que en las arcillas.
Conceptualmente la Hyesp parte de la presunción de que la higroscopicidad de un suelo se debe sólo a la fracción arcillosa. En la Tabla No. 9. se ofrecen los resultados obtenidos por Melnikov y que avalan la presunción hecha.
Para la clasificación se han establecido cuatro niveles según la fijación del agua (NFA). Para establecerlos se ha tenido en cuenta la muy alta higroscopicidad de la materia orgánica, que también se encuentra en la fracción arcillosa en variadas proporciones. La clasificación aparece en la Tabla No. 10.
Tabla No. 10. INTERVALOS DE Hyesp EN RELACIÓN CON LOS GRUPOS FÍSICOS DE LOS SUELOS CUBANOS (Suelos de Cuba t 2 colectivo de autores.
GRUPO FÍSICO (NFA) Hyesp MINERALES ARCILLOSOS QUE PREDOMINAN.
1 2 - 5 Grupo de la caolinita
2 a 5 - 10 Mezcla de caolinita, halositas e ilita. (Oxhídricos de Fe y Al)b 10 - 15
3 a 15 – 20 Mezclas de ilitas y montmorillonitas.b 20 - 254 25 - 35 Montmorillonita
Los grupos más abundantes de suelos son los correspondientes a los NFA 2 y 3, que se han subdividido en a y b respectivamente. El grupo 1 es el menos abundante.
En la Figura No 3 se han graficado las relaciones entre la Elevación Capilar, La Higroscopicidad Máxima y el Límite Superior de Plasticidad y las texturas de los suelos. Es fácil ver como estos parámetros permiten establecer, utilizados de conjunto y teniendo en cuenta las relaciones granulométricas, un clasificación mecánica de los suelos, pues discriminan perfectamente bien las características de la fracción fina, donde la granulometría pierde eficiencia, al ser más importante el tipo de arcilla y su plasticidad que el tamaño de la fracción.
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En la tabla siguiente se ofrecen las características de las arcillas que ilustran aun más la influencia de la estructura en el comportamiento ingeniero de ellas, mucho mayor que la del tamaño de los granos. Esto explica porque en a ingeniería civil el carácter de los suelos finos se refiere más a la plasticidad que a la granulometría y de igual forma, pese a lo exhaustivo de los análisis granulométricos de la agricultura, en ella también se miden parámetros que califican la plasticidad y el comportamiento diferenciado de los distintos tipos de arcillas.
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Figura No. 3. Relación de los parámetros Elevación Capilar (EC), Límite Superior de Plasticidad (LSP) e Higroscopicidad máxima o de Mitschherlich (Hy) y las texturas de los suelos. (EL parámetro T es de interés químico)
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COMPARACIÓN DE LAS GRANULOMETRÍAS DE LAS CLASIFICACIONES DE LOS SUELOS AGRÍCOLAS Y EL SUCS
Para la comparación ente los datos granulométricos obtenidos por la agricultura y los del SUCS hay una dificultad: El limite para los finos en el SUCS es el tamiz 200 (0.076 mm) y en la clasificación internacional es 0.02 mm, bastante menor.
Afortunadamente la agricultura, en ocasiones también utilizan la distribución americana que contempla el intervalo de 0.05 mm mucho más cercano a 0.0 76 mm.
Ahora bien el intervalo de muestreo superior de 0.05 es 0.2 demasiado lejano de 0.076. Utilizar el tamiz de 0.05 como límite para la fracción fina en la inmensa cantidad de los casos que revisamos no introduce grandes errores, máxime si se utilizan el resto de los parámetros que veremos a continuación.
En todos los casos en la agricultura utilizan la internacional que varia de 0.02 a 0.2
En casos de duda, cuando el valor de la suma de limo más arcilla de la información de la agricultura es inferior al límite y cercano a él, bien sea este 50, 12 ó 5%, se puede introducir una corrección considerando, para el intervalo de 0.2 a 0.05 una distribución semilogarítmica de los % que pasan se puede estimar el valor del % que pasa por el tamiz 200 como:
% tamiz 200 = % tamiz 0.05 + 0.18 * (% tamiz 0.2 - % tamiz 0.05)
Si sólo se tuviera el valor del tamiz de 0.02 entonces la expresión es: % tamiz 200 = % tamiz 0.02 + 0.58 * (% tamiz 0.2 - % tamiz 0.02)
La corrección tiene sentido en casos muy limitados en que puedan haber dudas.
Entre los conceptos más interesantes de las clasificaciones agrícolas, esta el de considerar las diferencias de comportamiento hidráulico y mecánico de las arcillas más por su composición mineral que por su finura.
En la Tabla No. 11. se da la clasificación textural, según la agricultura, a partir de la granulometría
En ingeniería civil esto se tiene en cuenta al calcular no solo el límite líquido, si no también el limite plástico y el índice de plasticidad.
La agricultura es mucho más exhaustiva en el estudio de los finos descomponiéndolos por el método del hidrómetro y analizando varias relaciones hídricas que vamos a ver a continuación y que servirán para completar la clasificación de interés para nuestros fines.
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Tabla No. 11. CLASIFICACIÓN TEXTURAL GENERAL DE LOS SUELOS CUBANOSFRACCIONES GRANULOMÉTRICAS
(%) CLASE TEXTURAL PRINCIPALLimo + Arcilla
Arcilla (A)
Limo (L)
Arena (Ar)
< 25 < 15 < 20 < 75 ARENAS25 - 50 15 - 40 25 - 5 75 – 50 LOAMS ARENOSOS50 – 85 15 - 40 60 -15 50 - 15 LOAMS
> 50 > 40 40 - 2 < 50 ARCILLA
DESCRIPCIÓN DE LA TRANSFORMACIÓN DE LOS SUELOS AGRÍCOLAS AL S.U.C.S.
El primer paso que sigue el S.U.C.S. es separar los suelos en gruesos y finos a partir del tamiz 200 (0.076mm). Esta división es absolutamente lógica y acertada a partir del comportamiento diferente de estos dos tipos de suelos. Los gruesos son las Gravas (Gravels, G) y las Arenas (Sands, S). Los finos son los limos (Silt, M, siguiendo la tradición sueca) y arcillas (Clay, C).
Luego separa los suelos gruesos entre sí, a partir del % de la fracción gruesa predominante, arenas o gravas, tomando como limite el tamiz 4 (1/4 de pulgada aproximadamente 6mm).
Las gravas y arenas las separan en limpias, las que tiene un contenido de finos menor del 5%, si el % de finos es mayor del 12% se consideran compuestos, según el tipo de fino que predomine, arcillas o limos (GC; SC, GM, SM). Si los finos están entre 5 y 12% se consideran compuestos intermedios, es decir entre los finos limpios y los con contenido significativo de finos (GW-GC, por ejemplo), Los Gruesos limpios se separan según su no uniformidad, es decir si los tamaños de las partículas son tales que ocupan la mayor parte de los espacios vacíos se dicen que son suelos bien graduados (Well graduated, GW, SW) en caso contrario se dicen que son pobres o mal graduados es decir que tienen abundancia de una fracción lo que aumenta el % de vacíos (Poor graduated GP, SP).
Para nuestro interés específico de apreciar los tipos de suelos según el SUCS a partir de los datos de suelos agrícolas nos enfrentamos a algunas dificultades para hacer esto. La primera consiste en la diferencia de los tamices que se toman como umbral. En los suelos agrícolas el limite superior de las arenas esta en 2mm; mientras que en el SUCS es de 6mm. El límite inferior de las arenas esta en 0.02mm en la agricultura y en 0.076 (tamiz 200) en el SUCS. La agricultura en las partículas mayores de 2mm distingue tres tipos: las gravas, las piedras y las rocas.
Se decidió hacer la suma de los % de rocosidad, pedregosidad y gravillosidad. Este valor entre 100 y restado de 1 da un coeficiente para transformar los valores de las fracciones que aparecen en los datos de textura de modo que cada uno de ellos represente el % real de él en toda la masa del suelo. Ahora se hace la suma de toda la fracción fina, limos gruesos, limos fino y arcillas y se obtiene el % total de finos, partículas con tamaño menor de 0.02mm. (Ver diagrama de flujo)
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29
DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA
TRANSFORMACIÓN DE SUELOS
AGRÍCOLAS EN SUELOS PARA
TRAFICABILIDAD Y EL S.U.C.S.
Si % de L+Ar
7 771010
10
A Si % G / %S 1
SI SWSP
SI
GW, GP
SI Si % de L+Ar
40 101010
Si %Ar/ %L 1 101010
D
SI
Si % G / %S 1
GM
SM SI
C
Si % G / %S 1
GC
SC
LSP 50
SI
SI
Si Hyesp1
0
SISi %Ar/ %L 1 101010
C
CL
ML
D
¿Hay Materi
a orgánic
a OL
D
¿Hay Materi
a orgánic
aOH
DSI
D
Si EC / hy 45
SI
D
MH
B
CH
SI
SI
Para el cálculo de las texturas se tienen que recalcular las fracciones, teniendo en cuenta la gravillosidad, pedregosidad y rocosidad. Para ello se suman todos los valores e n % de estas fracciones, se restan de 100 y con este coeficiente, multiplicando por él, dividido ente 100, se recalculan los valores de las arenas gruesa y fina, limos, grueso y fino, y arcillas. La suma de los valores de los limos mas las arcillas recalculados es el que se utiliza para medir los finos.Con este valor es con el que se empieza el proceso. Se toma como umbral el 40% pues en la agricultura los finos comienzan a partir de 0.02mm y no 0.076mm como en el SUCS
El valor de la Hyespa se calcula a partir de la hy por la formula:Hyesp. = 140 * hy /%arcilla.
El otro valor de calculo es la división de la Elevación Capilar EC, entre la higroscopicidad hy.Este da un índice de la arcillosidadEl Límite Líquido se ha tomado igual al Límite Superior de Plasticidad LSP.
Como primer paso tomamos aquellos suelos que tienen un contenido de finos modificados menor del 7% para darlos como Gravas o Arenas limpias, se hace teniendo en cuenta que el valor para el SUCS puede estar realmente próximo a un 10 % y es suficiente para nuestros fines de transitabilidad, la mayor parte de los parámetros de interés mecánico y los constructivos. Ahora la separación entre gravas y arenas se hace teniendo en cuenta la fracción gruesa predominante. El caso de los terrenos muy rocosos debe excluirse y tratarse de forma diferenciada. De esta forma se definen los suelo GW – GP y los SW – SP. Estos constituyen el grupo A de la clasificación general de traficabilidad.
Si el contenido de la fracción fina modificada es mayor del 7% y menor del 40% (Para considerar la diferencia entre 0.002 y 0.0076 ya explicada) se trata de Suelos Gruesos con mezcla considerable de Suelos Finos.
El paso siguiente es determinar que parte de la fracción gruesa predomina. Una vez hecho esto y en cualquier caso se determina que parte de la fracción fina es la que predomina, sí los limos o las arcillas. Esto puede hacerse directamente, pues los suelos agrícolas brindan la separación granulométrica entre los limos y las arcillas y no dan, en la Base General, el Límite Plástico, por lo que no se puede determinar directamente el Índice de Plasticidad. Este, como se conoce, resulta imprescindible para establecer en le SUCS, a partir de la Línea “A”, si son limos o arcillas.
De esta forma se diferencian los suelos GC y SC y los suelos GM y SM.
En estos casos el peso de la plasticidad por la influencia de las partículas gruesas es menor, al extremo de que el SUCS no lo considera preciso definir para la fracción gruesa. Por ello no se intenta establecer una diferenciación tomando como base otros elementos como la Higroscopicidad Máxima Específica Hyespec. y la relación entre la Elevación Capilar y la higroscopicidad EC/hy.
Si el % de las partículas de grano fino es mayor del 40%, recordar el problema de las diferencias en los tamices, se considerará el suelo como fino, y el primer paso es determinar si el Límite Superior de Plasticidad, equivalente al Limite Líquido de Atterberg, es mayor o menor de 50, para establecer si es un suelo de alta o baja plasticidad.
En cualquiera de los dos casos se analiza el contenido de materia orgánica. Hay que tener en cuenta qué nos interesa, si los primeros centímetros del suelo para transitabilidad, o permeabilidad, por ejemplo, o datos de mayor profundidad en el perfil. Afortunadamente el mapa digital de suelos brinda en las bases de datos asociadas información para diferentes profundidades del suelo.
De haber materia orgánica el suelo calificará como un Suelo Orgánico de Baja Plasticidad, OL o de alta OH según su Limite Superior de Plasticidad, como ya explicamos. (Ver diagrama de flujo)
Si no hay presencia de materia orgánica, y el Limite Superior de Plasticidad es menor de 50 se analiza que contenido de la fracción fina predomina, si el limo o la arcilla y se define así si se trata de un limo de baja plasticidad “ML” o una arcilla de baja plasticidad “CL”.
30
Si no hay presencia de materia orgánica, y el Limite Superior de Plasticidad es mayor de 50 se analiza a partir del carácter de las arcillas presentes y su influencia en el suelo si este se comporta como un limo o una arcilla. Para ello se tienen en cuenta la Higroscopicidad Máxima Específica Hyespec. y la relación entre la Elevación Capilar y la higroscopicidad EC / hy. Debe analizarse, además que contenido de la fracción fina predomina, si el limo o la arcilla. Así se define si se trata de un limo de alta plasticidad “MH” o una arcilla de alta plasticidad “CH”. La diferencia entre estas dos categorías es significativa por lo que hay que ser muy cuidadoso al hacer la determinación. (Vea diagrama de flujo)
Tabla No. 12. TRAFICABILIDAD DE VEHICULOS DE RUEDAS.
Esta
ción
Posi
ción
topo
gráf
ica
Con
dici
ónde
hum
edad
grupo de
suelos
Vehículos según categoría VCI
hmmwv brdmgas66
zil131krazural
gas69zil135larc5
m51lav goer5 mab
1 2 3 4 5 6 7
Seca
Alta. Todas Todos 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)
Baja
Baja Todos 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)
Alta
A 3 (1) 3 (0) 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0)B 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (1) 3 (0) 3 (0) 3 (0)C 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 2 (0)D 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0)
Lluv
iosa
Alta. Todas
A 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)B 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)C 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3)D 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3)
Baja.
Baja
A 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)B 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (3)C 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3) 4 (2) 4 (1)D 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (2) 3 (0) 3 (0)
Alta.
A 3 (1) 3 (0) 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0)B 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (1) 3 (0) 3 (0) 3 (0)C 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 2 (0)D 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0)
El primer dígito es la transitabilidad para un pase. El segundo, entre paréntesis, es para 50 pases.VCI: Vehicle cone index.
0 - No pasa
1 - Marginal.
2 – OK.
3 – bueno.
4 - muy bueno
Grupos de sueloA = Arenas y gravas.
B = Arcillas pesadas - pegajosas, moldeable, mucho más que la arcilla de modelar.
C = Arcillas con arenas o gravas, y arcillas pobres - difíciles de modelar ( poco plásticas).
D = Suelos con un alto porcentaje de limos y / o arena muy fina, también los suelos orgánicos.
31
En el diagrama de flujo se ha incluido, además de la clasificación SUCS, la de Transitabilidad General del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE.UU. (Ver Tablas No 12, 13 y 14)
De esta forma se hace la conversión de la clasificación de los suelos agrícolas, aprovechando sus parámetros asociados, para el SUCS.
Debe tenerse en cuenta que estos son datos de pronóstico que deben ser verificados en el terreno utilizando técnicas adecuadas, bien para la determinación directa de las posibilidades de los mismos o bien para clasificarlos por el SUCS directamente.
Tabla No. 13. TRAFICABILIDAD DE VEHICULOS DE ESTERAS.
Esta
ción
Posi
ción
topo
gráf
ica
Con
dici
ónde
hum
edad
grupo de suelos
Vehículos según categoría VCI
M116M571M729
M88M3M2D7
PT6M60
M48M1
BMPT62T72
CEV
1 2 3 4 5 6 7
Seca
Alta. Todas Todos 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)
Baja
Baja Todos 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)
Alta
A 3 (2) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0)B 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0)C 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 2 (0)D 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0)
Lluv
iosa
Alta. Todas
A 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)B 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4)C 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3)D 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3)
Baja.
Baja
A 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3) 4 (4) 4 (4) 4 (4)B 3 (4) 3 (4) 4 (4) 3 (3) 4 (3) 4 (3) 4 (3)C 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (4) 4 (3) 4 (3) 4 2)D 4 (3) 4 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0)
Alta.
A 3 (2) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0)B 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0)C 3 (3) 3 (2) 3 (0) 3 (0) 3 (0) 2 (0) 2 (0)D 2 (0) 2 (0) 1 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0)
El primer dígito es la transitabilidad para un pase. El segundo, entre paréntesis, es para 50 pases.VCI: Vehicle cone index.
0 - No pasa
1 - Marginal.
2 – OK.
3 – bueno.
4 - muy bueno
Grupos de sueloA = Arenas y gravas.
B = Arcillas pesadas - pegajosas, moldeable, mucho más que la arcilla de modelar.
C = Arcillas con arenas o gravas, y arcillas pobres - difíciles de modelar ( poco plásticas).
D = Suelos con un alto porcentaje de limos y / o arena muy fina, también los suelos orgánicos.
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Puede haber sensibles variaciones por lo que debe estarse preparado para lo inesperado.
Una vez transformados al SUCS pueden usarse todo el sistema de información de ingeniería asociado a esta clasificación que permite pronosticar sus principales características de uso, para ello ver las tablas que aparecen en los anexos.
INFLUENCIA DE LA HUMEDAD EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS: FORMA DE TENERLA EN CUENTA
Como ha podido verse uno de los factores que más afecta el comportamiento mecánico del suelo es la humedad.
Esta afectación tiene diferente sentido entre los suelos friccionantes, de grano grueso, gravas, y en especial los de grano finos, las arenas, donde un incremento de la humedad se traduce en una mayor compacidad y en general en un incremento de la capacidad portante. En los suelos arcillosos ocurre todo lo contrario. Por ello deben separase estas dos categorías antes de hacer los análisis.
La influencia de la humedad producto de las precipitaciones afecta, si no están saturados por la presencia superficial del nivel freático, sólo a la capa superficial del suelo, los primeros centímetros, pero que es suficiente para crear serios problemas en la transitabilidad, por ejemplo.
En la tabla No. 14 puede apreciarse hasta que profundidad tiene influencia el suelo en la transitabilidad de diferentes tipos de vehículos.
Tabla No. 14. VARIACIONES EN LA POTENCIA DE LA CAPA CRÍTICA
TIPO DE VEHÍCULOSProfundidad normal de la capa crítica (cm)
1 Pase 50 PasesSuelos GF* Suelos GG** Suelos GF* Suelos GG**
De esteras con presión de contacto menor de 4 psi (0.28 Kg/cm2) 8 - 23 0 - 15 8 - 23 0 - 15
Vehículos de rueda con capacidad de carga de hasta 2000 lb (1 Tm) 8 - 23 0 - 15 8 - 23 0 - 15
Vehículos de rueda con capacidad de carga de 2000 a 10000 lb (1 – 5 Tm) 15 - 30 0 - 15 15 - 30 0 - 15
Vehículos de rueda con capacidad de carga de más de 10000 lb (más de 5 Tm) 23 - 38 0 - 15 23 - 38 0 - 15
Vehículos de esteras de hasta 100000 lb (hasta 50 Tm) 15 - 30 0 - 15 15 - 30 0 - 15
Vehículos de esteras de más de 100000 lb (más de 50 Tm) 23 - 38 0 - 15 23 - 38 0 - 15
Suelos GF*: Suelos de Grano FinoSuelos GG** Suelos de Grano Grueso
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Hay varias formas de apreciar el grado de humedad relativo que puede alcanzar un suelo, de unas características dadas, en dependencia de su posición topográfica y la intensidad y cantidad de las precipitaciones.
El primer procedimiento es el procesamiento de juegos de imágenes LANDSAT -TM de la zona de interés para diferentes momentos del año mediante una transformación “Tasseled Cap” para la determinación de la humedad, específicamente.
Conociendo la fecha de las imágenes y la situación de lluvias de la región para la misma se puede valorar el carácter de las zona húmedas.
Con varios juegos de imágenes de diferentes momentos y los tipos de suelos presentes se pueden establecer criterios sobre el grado de saturación de los mismos y sus implicaciones ingenieras, sobre todo para la transitabilidad y su uso como base y subbase en viales.
Este proceso puede estar limitado por la carencia de imágenes adecuadas.
El otro procedimiento se puede hacer con el Modelo Digital del Terreno calculando de inicio dos parámetros: Acumulación y Pendiente.
El procedimiento de acumulación mide el agua de cuántas celdas llega a cada celda del modelo. Este procedimiento es extremadamente riguroso con la calidad del modelo, pues la presencia de “huecos”, celdas con valor más bajo que los que lo rodean, aunque sea un milímetro, distorsiona los resultados pues “se tragan toda el agua”.
Un paliativo de menos rigor, pues no tiene en cuenta cuanta agua llega, son los estudios de concavidad - convexidad a partir de las curvaturas o del operador laplaciano para determinar zonas de carga o de descarga.
Estos operadores tienen el inconveniente de que califican realmente sólo el microrelieve, por el tamaño del entorno que utilizan para el cálculo, que se limita a los ocho puntos vecinos más cercanos.
Para complementar esto pueden utilizarse dos procedimientos diferentes: Residuo a partir de un filtro de media, o residual a partir de un ajuste polinómico. El ultimo permite considerar además del meso relieve en el residuo, el macro relieve en el ajuste, que puede extraerse a partir de la diferencia de los valores del polinomio de mejor ajuste con el ajuste al plano.
La pendiente se utiliza con la acumulación mediante la división de la acumulación entre ella expresada en por ciento. De esta forma a los valores máximos del cociente le corresponde la máxima posibilidad de infiltración.
Cuando se utilizan residuales es preciso transformarlos para eliminar los valores negativos, pues un residuo negativo mayor en valor absoluto realmente resulta menor.
La transformación más simple es hacer positiva las formas cóncavas, multiplicando por –1 si fuera necesario toda la matriz, y sumar el valor absoluto del mínimo (mayor valor absoluto negativo)
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para obtener un mínimo de 0 y todos los valores positivos de modo que tenga sentido, como estimador de la humedad, la combinación de concavidad y pendiente mediante la división.
Todos los procesos anteriores pueden realizarse con el SURFER con los operadores que existen en los diferentes módulos del bloque GRID.
Ahora, si se ha hecho el proceso con las imágenes LANDSAT –TM, al comparar los resultados obtenidos de este con los del procesamiento del Modelo Digital del Relieve pueden aparecer zonas de humedad no relacionadas con las precipitaciones y la acumulación en la transformación Tasseled Cap. Esto evidenciaría zona de manantiales o de un nivel freático establecido próximo a la superficie de una humedad más permanente.
Un factor importante es, además de la cantidad de agua que puede infiltrarse, como se mantiene la humedad en el suelo tras las precipitaciones por el asoleamiento y los vientos.
Esto se puede tenerse en cuenta a partir del cálculo de las sombras sobre el terreno para diferentes posiciones del sol en el período para el que se este analizando la misma o para la situación media del año. Estos procedimientos están implementados para hacerlos a partir de las coordenadas geográficas del centro del área.
De la combinación de los resultados de humedad y sombras se pueden determinar las zonas que permanecerán más tiempo húmedas.
Pueden analizarse ahora a partir de la dirección de las pendientes la influencia de los vientos predominantes. Las pendientes colineales, opuestas a los vientos dominantes se secarán antes que las colineales y en la misma dirección que estos. Resulta ideal y puede obtenerse en el Instituto de Meteorología si se les puede suministrar el modelo digital del relieve los vientos topográficos, modificados por el relieve a partir de los predominantes estimado en el nivel del medio del mar.
Por ultimo otro factor modificante a considerar en la conservación de la humedad es la cobertura vegetal.
CONCLUISIONES
Como puede verse es posible hacer la transformación de los suelos agrícolas a suelos ingenieros y utilizar, además, otra serie de datos que se brindan en los mapas de suelos agrícolas y sus bases de datos asociadas, como es la potencia de los distintos horizontes del suelo y la profundidad a la que se encuentra la roca alterada y la roca sana, que pudiera considerarse en una cimentación el estrato resistente, y su tipo.
Todo ello puede contribuir a la toma de mejores decisiones en las ubicaciones de trazado y emplazamiento de objetivos y a mejorar el planeamiento de los trabajos de investigación específicos para la proyección y la construcción, tanto en contenido como en los plazos y poder
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hacer un cálculo estimado de los costos del proyecto con un mayor realismo desde un primer momento.
El objetivo de la transformación es buscar información de ingeniería en la etapa de la Investigación Ingeniero Geológica Regional Básica por procesamiento de la información existente, disminuyendo el volumen de los trabajos de campo, muchísimo más costosos que los de gabinete.
Al mismo tiempo se sugieren los análisis de humedad que permiten, dado un tipo de suelo estimar cual debe ser su situación en el momento que resulte de nuestro interés.
Todos los elementos y procedimientos para hacer esto están asequibles y en nuestras manos.
Bibliografía
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- Soil Mechanics. Lee I. K. Pp. 525 – 558.
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![::: Entrega 2 ::: [Clasificación de Suelos R.M.]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/559605281a28ab901e8b46ea/-entrega-2-clasificacion-de-suelos-rm.jpg)
