Captulo I Geocap Ltda. Page 1 1.INTRODUCCIN 1.1Definicin
DesdeelpuntodevistadelaIngeniera,suelosedefinecomoelagregadono
cementadodegranosmineralesymateriaorgnica,juntoconellquidoygasqueocupanlos
espacios vacos entre las partculas slidas. FIGURA 1 : CORTE
TRANSVERSAL DE UN TROZO DE SUELO La Mecnica de Suelos es la rama de
la ciencia que trata el estudio de sus propiedades
fsicasyelcomportamientodemasasdesuelossometidosavariostiposdefuerzas,la
IngenieradeSueloseslaaplicacindelosprincipiosdelaMecnicadeSuelosaproblemas
prcticos.LaIngenieraGeotcnicaeslacienciaypracticadeaquellapartedelaingeniera
civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la
superficie de la Tierra. 1.1.1Las Capas de la Tierra
Paratenerunmejorentendimientodelaformacindelsuelo,debemosanteshacerun
breve repaso de la estructura de nuestro planeta,cuyo conocimiento
acerca de su composicin interior proviene del estudio de ondas
ssmicas creadas por terremotos Sobre la base de estas y de otras
observaciones, los geofsicos han creado una seccin
transversaldelatierra.Losprimerosestudiossismolgicosdieroncomoresultadodefiniciones
de las composiciones de los bordes. Captulo I Geocap Ltda. Page 2
FIGURA 2: ONDAS P Y ONDAS S FIGURA 3: VELOCIDAD PROPAGACIN ONDAS P
Y S AL INTERIOR DE LA TIERRA Por ejemplo, imagine que hay aceite
flotando en el agua, dos materiales diferentes, as
quehayunbordecomposicionalentrelosdos.Losestudiosposterioresresaltaronlosbordes
mecnicos, que son definidos sobre la base de cmo actan los
materiales, no sobre la base de
sucomposicin.Elaguayelaceitetienenlasmismaspropiedadesmecnicas,ambosson
lquidos. Por otro lado, el agua y el hielo tienen la misma
composicin, pero el agua es un fluido con propiedades mecnicas muy
diferentes que el hielo Captulo I Geocap Ltda. Page 3 FIGURA 4:
DISCONTINUIDAD DE MOHOROVICIC 1.1.1.1Capas de acuerdo a su
composicin mineralgica
DeacuerdoasucomposicinmineralgicalaTierrapuededividirseentrescapas:
Corteza, Manto y Ncleo. Corteza : Es la capa mas superficial del
planeta y se pueden distinguir dos tipos de corteza: la
cortezaocenicaylacortezacontinental.Lacortezaocenicaeslacapamasdelgada
ubicadabajolosocenosysuespesorvariaentre5y7km.Porotrolado,enlacorteza
continental se ubicanlos continentes y su espesor vara entre 10 y
70 km. Manto: Corresponde a la capa inmediatamente bajo la corteza,
y se divide en Manto Superior y en Manto Inferior, cuya diferencia
entre ambos, es que en el primero las rocas se encuentran en
unestadoplsticosemifundidasllamadomagmaysobreelcualflotalacortezaterrestre,
mientras que el segundocontiene rocas hechas de un material ms
denso y lo encontramos en estado slido. El manto se extiende hasta
los 2900 km hacia el interior de la Tierra. Ncleo : Es la capa mas
interna y tambin est sub-dividido en un ncleo interno y externo. El
ncleo externo es un metal derretido y mientras que el ncleo interno
es slido.1.1.1.2Capas Mecnicas
Lasdivisionescomposicionalesdelatierrafueronentendidasdcadasantesdel
desarrollo de la teora de las placas tectnicas, la idea que la
superficie de la tierra consiste de
grandesplacasquesemueven.Enlosaos1970,sinembargo,losgelogosempezarona
darse cuenta que las placas tenan que ser ms gruesas que solamente
la delgada corteza, ya
quedeseras,estaseromperaalmoverse.Enrealidad,lasplacasconsistendeunacapa
slida que abarca la corteza y acta con la parte superior del manto.
Esta capa rgida se llama litosfera y tiene un grosor de 10 a 200
km. Las placas rgidas litoesfricas 'flotan' sobre la capa
parcialmentederretidallamadaastensferaquefluyecomounlquidomuyviscoso.Es
importantenotarque,aunquelaastensferapuedefluir,lapresinsehacetangrandequeel
manto no puede fluir, y esta parte slida del manto se llama
mesosfera. Los mantos litoesfrico, Captulo I Geocap Ltda. Page 4
astenoesfrico,ymesosfricocompartenlamismacomposicinmineralgica,perosus
propiedades mecnicas son significativamente diferentes. Los gelogos
comnmente llaman a la astenoesfera la gelatina entre dos rodajas de
pan: la litosfera y la
mesosfera.Lafotodelinteriordelatierrasehacemsclaraamedidaquelatcnicadelas
imgenesavanza.Latomografassmicaesunatcnicarelativamentenuevaqueusaondas
ssmicas para medir variaciones muy pequeas en la temperatura dentro
del manto . Ya que las
ondassemuevenmsrpidoatravsdelmaterialfroymsdespacioatravsdelmaterial
caliente, las imgenes que los cientficos reciben les ayudan a 'ver'
el proceso de conveccin en el manto. Esta y otras imgenes ofrecen
un viaje virtual al centro de la tierra. FIGURA 5 : CAPAS DE LA
TIERRA
Debidoalmovimientodelalitsferasobreunmantofundido,lacortezaterrestreseha
dividido en un grupo de placas que interactan entre si de forma
dinmica y permanente. Captulo I Geocap Ltda. Page 5 FIGURA 6 :
PLACAS TECTNICAS Las zonas de contacto entre placas presentan una
gran actividad ssmica y es posible distinguir 3 tipos de ellos:
ZonasDivergentes:Esdondeseproducelaseparacinentreplacas,yatravsdeellases
posiblelaascensindemagmafundidoparaformarnuevasrocasymasamineral.Seubican
bajo los ocenos formando las dorsales ocenicas. Zonas Convergentes
: En estas zonas las placas chocan entre s, produciendo que una de
ellas se introduzca bajo la otra, en un fenmeno conocido como
subduccin. Zonas Transformantes : Las placas se desplazan entre s
de manera horizontal, provocando la rotura de la superficie de la
corteza terrestre. La falla de San Andrs en los Estados Unidos es
un ejemplo de esta situacin. FIGURA 6 : ZONAS DE DIVERGENCIA DE
PLACAS Captulo I Geocap Ltda. Page 6 FIGURA 7 : ZONAS DE
CONVERGENCIA DE PLACAS FIGURA 8 : ZONAS DE MOVIMIENTO HORIZONTAL DE
PLACAS, FALLA TRANSFORMANTE. 2.DEFINICIN E IMPORTANCIA DE LA
INGENIERA GEOLGICA
Laingenierageolgicaeslacienciaaplicadaalestudiodelosproblemasdela
ingenieraydelmedioambienteproducidoscomoconsecuenciadelainteraccinentrelas
actividades humanas y el medio geolgico.El fin de la ingeniera
geolgica es asegurar que los factores geolgicoscondicionantes delas
obras deingenieraseantenidosencuentaomitigar las consecuencias de
los riesgos geolgicos.
Laingenierageolgicasurgeconeldesarrollodelasgrandesobraspblicasyel
crecimiento urbano, diferencindose como especialidad de la geologa
a mediados del siglo
XX.Laroturadealgunaspresarporcausasgeolgicasysusgravesconsecuencias,incluyendola
perdida de cientosde vidas humanas, como la presa de San Francisco
( California, 1928), la de Vajont (Italia, 1963) y la de Malpasset
(Francia, 1959), los deslizamientos durante la construccin Captulo
I Geocap Ltda. Page 7 del Canal de Panam en las primeras dcadas del
siglo o la rotura de taludes en los ferrocarriles
suecosen1912,fueronalgunosdeloshitosquemarcaronlanecesidaddellevaracabo
estudios geolgicos aplicados a la ingeniera.
Eldesarrolloquealcanzaronotrascienciasafines,comolamecnicadesueloyla
mecnicaderocas,configuraronlosprincipiosdelamodernageotecnia,dentrodelacualla
ingenierageolgicarepresentalavisinmsgeolgicaalasolucindelosproblemas
constructivos.Enla geotecniaseintegranlastcnicasdeingeniera del
terrenoaplicadas alas cimentaciones, refuerzo, sostenimiento,
mejora y excavacin del terreno y las citadas disciplinas de la
mecnica del suelo, mecnica de rocas e ingeniera geolgica.
EnlosalboresdelsigloXXI,losproblemasdeldesarrollosostenible,enunfrgil
equilibriomedioambientalsometidoalainevitableconfrontacinentrelasconsecuenciasdel
progreso y los procesos geolgicos, junto a la expansin urbana de
muchas ciudades que crecen
incontroladamenteencondicionesgeolgicamenteadversas,obajoamenazaderiesgos
naturales, constituyenuna de las cuestiones prioritarias de la
ingeniera geolgica.
Lanecesidaddeestudiargeolgicamenteelterrenocomobasedepartidaparalos
proyectos de grandes obras es indiscutible en la actualidad, y
constituye una practica
obligatoria.Estanecesidadseextiendeaotrasobrasdemenorvolumen,perodegranrepercusinsocial,
como la edificacin, en donde los estudios geotcnicos son igualmente
obligatorios.
Laimportanciadelaingenierageolgicasemanifiestaendosgrandescamposde
actuacin.Elprimerocorrespondealosproyectosyobrasdeingenieradondeelterreno
constituye el soporte, el material de excavacin, de almacenamiento
o de construccin.Dentro
deestembitoseincluyenlasprincipalesobrasdeinfraestructuras,edificacin,obras
hidrulicas, martimas, plantas industriales, explotaciones mineras,
centrales de energa,
etc.Laparticipacindelaingenierageolgicaenestasactividadesesfundamentalalcontribuirasu
seguridadyeconoma.Elsegundocampodeactuacinserefiere
alaprevencin,mitigacin y
controlderiesgosgeolgicos,ascomolosimpactosambientalesdelasobraspblicas,
actividades industriales, mineras o urbanas.
Amboscampostienenunpesoimportanteenelproductointeriorbrutodeunpas,al
estar directamente relacionados con los sectores de las
infraestructuras, construccin, minera y
edificacin.Enelsegundombitodeactuacinlaimportanciaeconmicaylasrepercusiones
socialesyambientalessondifcilesdevalorar,ypuedenllegarasermuyaltasoinculpables,
dependiendo de los daos y la reduccin de prdidas si se aplican
medidas de prevencin. 2.1El medio geolgico y su relacin con la
ingeniera El medio geolgico esta en continua evolucin y los
procesos afectan tanto a los materiales rocosos y a los suelos como
al medio natural en su conjunto.El antrpico, representado por las
ciudades,lasinfraestructuras,obraspblicas,etc.,irrumpeconfrecuenciaenregiones
geolgicamente inestables modificando, e incluso desencadenando los
procesos geolgicos.La
bsquedadesolucionesarmnicasentreelmediogeolgicoyelantrpicoprecisadela
consideracin
previadeciertosfactoresdiferenciadoresentreambos,cuyodesconocimientoes
causa de interpretaciones errneas.Entre estos factores destacan:
Captulo I Geocap Ltda. Page 8 La escala geolgica y la ingenieril El
tiempo geolgico y el antrpico El lenguaje geolgico y el ingenieril
EngeologasepartedeunavisinespacialdelosfenmenosfsicosdelaTierra,con
escalasquevandesdelocsmicohastalomicroscpico,yeltiemposemideencientosde
millones de aos.En ingenieralas escalas espaciales y temporales se
adaptan a la medida de
lasactividadeshumanas.Granpartedelosprocesosgeolgicos,comolaorogenesis,
litognesis,etc.,tienenlugaralolargodemillonesdeaos.,ycondicionanfactorestan
diferentes como las propiedades y caractersticas de los materiales
y la ocurrencia de procesos ssmicos o volcnicos.El hombre como
especie irrumpe el cuaternario, con una antigedad del
ordende2millonesdeaosfrentealos4.600millonesdeaosdevidadelplaneta.Sin
embargolaaccinantrpicasintervienedeformaextraordinariaendeterminadosprocesos
naturales como la erosin, sedimentacin, e incluso en el clima.
Laposibilidaddeaceleraromodificarlosprocesosnaturalesesunodelosaspectos
fundamentalesaconsiderareningenierageolgica.Muchaspropiedadesdelosmateriales
geolgicosdeintersgeotcnicocomolapermeabilidad,alterabilidad,resistencia,
deformabilidad, etc., o procesos como la disolucin, subsidencia,
expansibidad, etc., pueden ser sustancialmente modificados por la
accin humana.
Lacomparacinentreeltiempogeolgicoyelhumanoesfundamentalparaapreciarlas
posiblesconsecuenciasdelosfactoresyriesgosgeolgicos.Puedeconsiderarsequela
mayoradelasobrasseproyectanparaseroperativasentre50y100aos;sinembargoes
habitualexigirgarantasdeseguridadgeolgicayambientalparaperiodosentre500y1000
aos, como sucede frente al riesgo de inundaciones, terremotos,
etc,; hay circunstancias en las
quelaestabilidadgeolgicasedebeasegurarparaperiodosmaslargos,comoenel
almacenamientoderesiduosradioactivos,dondesecontemplanperiodosdemasde10.000
aos.
Considerandolaescalahumana,muchosprocesosgeolgicos,comolosriesgosnaturales
degranmagnitudtienen engeneral una probabilidad muybaja de
ocurrencia.Elampliorango
develocidadesconquesedesarrollanlosprocesosgeolgicos,desdecasiinstantneoscomo
losterremotos,hastamuylentoscomoladisolucinylaerosin,esotrofactorquedebeser
considerado. Las escalas cartogrficas, como medio de representacin
espacial, son otro de los aspectos diferenciales a tener en
cuenta.En Geologa las escalas vienen condicionadas por la dimensin
de los fenmenos o de las unidades geolgicas, formaciones,
estructuras, etc., a representar.La
mayoradelosmapasgeolgicostienenescalascomprendidaentre1/1.000.000y1/50.000,
mientrasqueeningenieralasescalasmasfrecuentesseencuentranentre1/10.000y1/500.Losmapasgeolgicosregionalespermitenidentificarfactoresque,noestandodentrodelrea
especifica del proyecto, podran ser importantes para apreciar
aspectos geolgicos regionales, o la presencia de riesgos cuyo
alcance podra afectar a la zona de estudio. Los mapas geolgicos a
escalas de detalle constituyen la prctica habitual en las
cartografas geotcnicas, litolgicas o
temticas,dondeserepresentandiscontinuidades,datoshidrogeolgicos,materiales,etc.,a
escalas iguales a las del proyecto. Captulo I Geocap Ltda. Page 9
Otrosdelosproblemasquesepresentaconfrecuenciaalintegrardatosgeolgicosen
proyectos de ingeniera es la falta de comunicacin entre ambos
campos.Con independencia de
lapropiaterminologageolgicaoingenieril,suelenexistirdiferenciasenlosenfoquesyenla
valoracin de resultados, segn se trate un mismo problema desde una
u otra ptica.
Eningenierasetrabajaconmaterialescuyaspropiedadesvarandentrodeestrechos
mrgenesypuedenserensayadosenellaboratorio,comoloshormigones,aceros,etc.,no
cambiando sus propiedades sustancialmente con el tiempo.Sin embargo
en geologa la mayora de los materiales son anistropos y
heterogneos, presentan propiedades muy variables y sufren
alteraciones y cambios con el tiempo.
Enunproyectodeingenieraseprecisandatoscuantificablesysusceptiblesdeser
modernizados.En geologa la cuantificacin numrica y la simplificacin
de los amplios rangos de variacin de las propiedades a cifras
comprendidas dentro de estrechos mrgenes es difcil, o
avecesimposiblealnivelrequeridoenunproyecto.Porotrolado,eshabitualdisponeren
ingenieradeungradodeconocimientomuyprecisosobrelosmaterialesdeconstruccin,
mientrasquelainformacingeolgico-geotcnicasuelebasarseenunlimitadonumerode
reconocimientos,ocasionandounfactordeincertidumbrepresenteellosestudiostcnicos,
circunstancia que afecta a la mayora de los proyectos.La apreciacin
que afecta a la mayora
delosproyectos.Laapreciacindeestasdiferenciasylautilizacindeunlenguajecomn
adecuado alosfinesdelproyectoesparte delaingenierageolgica, que
disponedemtodos para cuantificar o expresar datos geolgicos de
forma que se puedan integrar en la modelizacin numrica, o en la
toma de decisiones a nivel de proyecto y construccin.
Laestadsticaesunaherramientaimportanteparaanalizardatosmuyvariables,eincluso
aleatorios.Elestudiodeciertosfenmenosdeperiodicidadinsuficientementeconocidapuede
serabordadoapartirdeanlisisprobalisticosconresultadosaceptables,comoeselcasode
determinadosriesgosgeolgicos.Lacuantificacindeunconjuntodepropiedadesgeolgico-geotcnicas
para aplicaciones constructivas es posible mediante los sistemas de
clasificaciones
geomecnicasdemacizosrocosos.Lautilizacindelconceptodecoeficientedeseguridad.
Habitualmenteempleadoeningenieraparaexpresarelgradodeestabilidaddelaobra,es
igualmenteincorporadoalaprcticadelaingenierageolgica.Laincorporacindeestosy
otros procedimientos, sobre todo mediante el conocimiento del medio
geolgico y su interaccin
conlasactividadesconstructivas,hacequesepuedanllegaradefinir,evaluareintegrarlos
factores geolgicos que inciden y deben ser considerados en la
ingeniera.
2.2La Ingeniera Geolgica: Formacin y Profesin La formacin en
ingeniera geolgica se basa en un slido conocimiento de la geologa y
delcomportamientomecnicodelossuelosylasrocasysurespuestaanteloscambiosde
condicionesimpuestosporlasobrasdeingeniera.Lainvestigacindelterrenomediante
mtodos y tcnicas de reconocimiento y ensayos, as como el anlisis y
la modelizacin, tanto de los materiales como de los procesos
geolgicos, forman parte esencial de esta disciplina.
Elprofesionaldelaingenierageolgicatieneformacincientficaytcnicaaplicadaala
solucin de los problemas geolgicos y ambientales que afectan a la
ingeniera, dando respuesta a las siguientes cuestiones: Captulo I
Geocap Ltda. Page 10
1.Dondesituarunaobrapblicaoinstalacinindustrialparaquesuemplazamientosea
geolgicamente seguro y constructivamente econmico.
2.Pordondetrazarunavadecomunicacinounaconduccinparaquelascondiciones
geolgicas sean favorables. 3.En que condiciones geolgico-geotcnicas
debe cimentarse un edificio. 4.Como excavar un talud para que sea
estable y constructivamente econmico. 5.Como excavar un tnel o
instalacin subterrnea para que sea estable. 6.Con que tipo de
materiales geolgicos puede construirse una presa, terrapln,
carretera, etc.
7.Aquetratamientosdebesometerseelterrenoparaevitarocorregirfiltraciones,
hundimientos, asientos, desprendimientos, etc.
8.Enquetipodematerialesgeolgicospuedenalmacenarseresiduostxicos,urbanoso
radiactivos.
9.Comoevitar,controlaroprevenirlosriesgosgeolgicos(terremotos,deslizamientos,
etc.) 10.
Quecriteriosgeolgicos-geotcnicosdebentenerseencuentaenlaordenacin
territorial y urbana y en la mitigacin de los impactos ambientales.
2.3Geologa aplicada e ingeniera geolgica La geologa aplicada o
geologa para ingenieros, geology for engineers, es la geologa
utilizada en la practica por los ingenieros civiles.Es una rama de
la geologa que trata de su aplicacin a las necesidades de la
ingeniera civil.No implica necesariamente el
usodelosmtodosdeingenierageolgicaparaelestudioyresolucindeproblemas
geolgicos en ingeniera. La ingeniera geolgica, engineering geology,
se diferencia de la geologa aplicada en que adems del fundamento
geolgico, es necesario conocer los problemas del terreno
quepresentanlasobrasdeingeniera,losmtodosdeinvestigacionesinsituyla
clasificacin y el comportamiento de los suelos y rocas en relacin
con la ingeniera civil; incluye adems el conocimiento practico de
la mecnica del suelo, mecnica de rocas e hidrogeologa. 2.4 Factores
geolgicos y problemas geotcnicos
Ladiversidaddelmediogeolgicoylacomplejidaddesusprocesoshacenqueenla
obrasdeingenierasedebanresolversituacionesdondelosfactoresgeolgicosson
condicionantes de un proyecto.
Enprimerlugar,porsumayorimportancia,estaranlosriesgosgeolgicos,cuya
incidenciapuedeafectaralaseguridadolaviabilidaddelproyecto.Ensegundolugarestn
todosaquellosfactoresgeolgicoscuyapresenciacondicionestcnicaoeconmicamentela
obra. En resumen, se deducen las siguientes conclusiones: Los
factores geolgicos son la causa de la mayora de los problemas
geotcnicos. Captulo I Geocap Ltda. Page 11 El agua es uno de los
factores de mayor incidencia en el comportamiento geotcnico de los
materiales.
Losprocesosgeolgicospuedenmodificarelcomportamientodelosmateriales
incidiendo sobre el medio fsico, y ocasionar problemas geotcnicos.
Porotrolado,lapresenciadeproblemasgeotcnicosimplicalaadopcindesolucionesen
generalmscostosas,comoporejemplocimentaramayorprofundidadporinsuficienciade
capacidad portante del terrenoencotas superficiales, e incluso la
modificacin del proyecto o el
cambiodeemplazamiento,segnelalcancedeloscitadosproblemas.Porelcontrario,unas
condiciones geotcnicas favorables proporcionan no solo una mayor
seguridad a las obras, sino
undesarrollodelasmismassinimprevistos,loqueinfluyesignificativamenteenloscostesy
plazos de la obra.
Entrminosgeneraleslascondicionesquedebereunirunemplazamientoparaquesea
geolgica y geotcnicamente favorable son las siguientes:
Ausenciadeprocesosgeolgicosactivosquerepresentenriesgosinaceptablesal
proyecto. Adecuada capacidad portante del terreno para cimentacin
de estructuras.
Suficienteresistenciadelosmaterialesparamantenersuestabilidadenexcavaciones
superficiales o subterrneas. Disponibilidad de materiales para la
construccin de obras de tierra. Estanqueidad de las formaciones
geolgicas para almacenar agua o residuos slidos o lquidos.
Facilidad de extraccin de materiales para su excavacin.
Establecidalarelacinentrelosfactoresgeolgicosylosproblemasgeotcnicos,ylas
diferenciasentrecondicionesgeotcnicasfavorablesydesfavorables,resultaevidentequeen
todo estudio geotcnico es necesario partir del conocimiento
geolgico, interpretando la geologa desde la ingeniera geolgica,
para determinar y predecir el comportamiento del terreno.
3.PROPIEDADES FSICAS Y QUMICA DE LOS SUELOS UTILIZADOS EN INGENIERA
3.1 Formacin geolgica y naturaleza de los suelos La corteza
terrestre esta compuesta principalmente por rocas cuya formacin
geolgica ha tomado varios millones de aos.Adems, durante el mismo
periodola superficie rocosa ha
sufridounadesintegracinyunadescomposicincontinuasmedianteprocesosde
meteorizacin.Debidoalapermanenteexposicinalosagentesatmosfricostalescomo
inundaciones, actividad glacial y fuertes vientos, gran parte de
los residuos de roca fragmentada
porlameteorizacinhasidoarrastrada,sometidaaabrasinymasfragmentaciny
eventualmente depositada, por ejemplo, a lo largo del curso de los
ros, en lagos y ocanos y a lo largo del curso de los glaciares.Con
los cambios climticos y las fluctuaciones de los niveles
mediosdelmarydelasuperficieterrestre,esteciclodeerosin,transporteyformacinde
depsitosdelosmaterialesproducidosporlameteorizacinhasidointerrumpido,renovadoy
repetido innumerablemente veces durante decenas de miles de aos.
Captulo I Geocap Ltda. Page 12
Comoresultadodeloanterior,granpartedelasuperficieactualdelatierra,ellecho
rocosorelativamenteinalterado,estacubiertoporunaacumulacindematerialessin
cementacionomuypococementados,amenudodenaturalezayespesoraltamentevariables;
este es el material que los ingenieros llaman suelo.
Enalgunoslugareselestratosuperficialdelsuelohallegadoaseraltamente
meteorizado, rico en humus y capaz de soportar el crecimiento de la
vegetacin. Este estrato se denomina capa vegetal, y frecuentemente
tiene un espesor inferior a 0.5 m; a menudo se retira de la
superficie antes de iniciar cualquier trabajo de construccin y se
coloca de nuevo durante los trabajos de paisajismo al finalizar la
obra. Por tanto, las caractersticas de la capa vegetal son
demuchaimportancia,principalmenteparalosagricultores.Elsueloqueutilizanlosingenieros
parasoportarestructuras,yenalgunoscasosparaconstruirlas,eselsueloingenieril
subyacente, y es este el material cuyas propiedades y
comportamiento ingenieril deben conocer los ingenieros. 3.2Procesos
de meteorizacin La destruccin gradual de las masas de roca slida
durante largos periodos es atribuible a dos procesos principales;
meteorizacin fsica y meteorizacin qumica.
3.2.1Meteorizacinfsica:Sedenominaasalprocesodefragmentacinfsicao
desintegracindelamasaderoca.Lafracturacininicialdelarocapuedeserelresultadode
esfuerzos inducidos por factorestales como la retraccin debida al
enfriamiento, la liberacin de esfuerzo despus de la remocin de una
capa de material mas superficial, o el plegamiento y las fallas.
Unavezquelamasarocosasehafracturado,seincrementasuvulnerabilidadcon
respecto a otras formas de meteorizacin fsica y meteorizacin
qumica. El agua que penetra en las fisuras puede experimentar
ciclos de congelacin y deshielo, los cuales aumentan de manera
graduallaaberturadelasfisurasyeventualmentecausanlacadadefragmentosderoca.El
movimiento de los glaciares sobre la superficie descubierta de la
roca, las crecientes resultantes de las fuertes lluvias que
arrastran grandes cantidades de residuos de roca y la accin del
mar, que repetidamente golpea la costa, son fenmenos naturales que
contribuyen en su momento, a la desintegracin fsica de la masa
rocosa y extienden la erosin y la abrasin de la superficie dela
tierra.
3.2.2Meteorizacinqumica:Sedenominaalprocesodedescomposicinqumicade
algunos o todos los minerales que constituyen la masa rocosa.
Porejemplo,eldixidodecarbonodisueltoenlasaguaslluviasformaunasolucindiluidade
acido carbnico que puede atacar muchos de los minerales que
comnmenteforman las rocas,
oeloxigenodelaatmosferaydelasaguaslluviaspuedecausaroxidacin,enparticularen
aquellas rocas que contienen hierro.La aguas lluvias que se
infiltran a travs de la capa vegetal
puedenenriquecerlaconacidocarbnicoyoxigenoprovenientesdelamateriaorgnicaen
descomposicin o del humus.
Secalculaquesoloochoelementoscontribuyenconmsdel98%delpesodelacorteza
terrestre (Blyth y De Freitas, 1984): Captulo I Geocap Ltda. Page
13 Oxigeno______ 46.6 %silicio________27.7%aluminio_______8.1 %
Hierro______ 5.0 %calcio________3.6 % sodio______2.8 %
Potasio______ 2.6 %magnesio______2.1%
Lamayorpartedelosmineralesqueconstituyenlasrocasestncompuestosdeestos
elementos en forma de silicatos metlicos y xidos.En la tabla 1 se
resumen estos minerales,
sucomposicinqumica,sususceptibilidadalameteorizacinqumicayelsueloprincipalque
producen Mineral que forma la roca Composicin qumica
Susceptibilidad a la meteorizacin qumica Suelo derivado principal
Cuarzo Dixido de silicioAltamente resistente Grava, arena y
partculas de limo Ortosa Aluminio-Silicatos de potasio
Partculas de mineral de arcilla de los grupos de la caolinita y
la ilita Plagioclasa Aluminio-Silicatos de sodio y calcio
Moderadamente Partculas de mineral deMica Aluminio-Silicatos de
potasio, magnesio y hierro susceptiblearcilla de los grupos de la
Hornablenda Silicatos, montmorilonita y la ilita Augita
principalmente de magnesio y hierroAltamente susceptibleOlivino
TABLA 1: METEORIZACIN QUMICA DE LOS MINERALES QUE COMNMENTE FORMAN
LAS ROCAS. 3.3Definicin del tamao y forma de las partculas
Losprocesosdemeteorizacinylosefectosdeltransporteydepsitoproducen
partculas individuales de suelo ampliamente variables en tamao y
forma. El tamao de las partculas en un depsito de suelo tiene una
influencia fundamental en
lasprioridadesyenelcomportamientoingenierildeldepsito,portantolaspartculasdeun
suelo se describen en funcin de su tamao, utilizando trminos tales
como grava, arena, limo o arcilla.Sinembargo,para estos trminos
noexisteuna definicin deltamaodelas partculas Captulo I Geocap
Ltda. Page 14
queseareconocidauniversalmentecomoestndar.EngranBretaaseutilizalaclasificacin
britnicaestndar(BS5930:1981),peroenlosEstadosUnidos,diferentesorganismostienen
normas que son comnmente utilizadas.Por fortuna, las diferencias
son mnimas.La Tabla 1.2 presenta el sistema britnico y tres de los
sistemas utilizados por los organismos de los Estados Unidos.
Laarena,lagravaylaspartculasdemayortamaoengeneralsonproducidasporla
meteorizacin fsica, y a menudo tienen la misma composicin
mineralgica que la roca madre.
Unejemplosonlosgranosdecuarzo,loscualespermaneceninalteradosdurantela
meteorizacin qumica de la roca madre (Tabla 1).Estas partculas
tienden a estar formadas por
slidosdeformatridimensional,lacualsemodificaposteriormenteenmayoromenorgrado
debidoalamagnituddelaabrasinqueocurreduranteeltransporte.Laspartculasquehan
experimentadopocaocasiningunaabrasinposeenprobablementebordesafiladosycaras
planas,ysedescribencomoangulares.Porelcontrario,laspartculasquehansufridouna
abrasinintensatendern aserdeformabienredondeada.Laspartculascuya
formahasido
modificadademaneraparcialporunaabrasinmoderadapresentaransololosbordes
redondeados y se describen con trminos tales como subangulares o
parcialmente redondeados. Los procesos de abrasin asociados con la
meteorizacin fsica son los que producen gran parte de las partculas
de tamao de limo. La mayor parte de las partculas de tamao de
arcilla estn compuestas por minerales de arcilla
quehansidoformadosporlameteorizacinqumica(Tabla1)ynopresentanlamisma
composicin mineralgica que la roca madre.El mineral de arcilla
tampoco presenta la forma de
slidotridimensionalqueescomnenlaarenasolasgravas;estudiosrealizadoscon
microscopioselectrnicoshanmostradoqueporlogeneraltienenunaformasemejanteauna
placaplanaconunarelacindimetro/espesorusualmentesuperiora10yalgunasvecestan
alta como 400. 3.4Naturaleza de los depsitos de suelo
Latabla2muestraelusodetrminostalescomograva,arenas,limoyarcillapara
describir las partculas de suelo de un tamao determinado.Sin
embargo, los ingenieros utilizan estos mismos trminos en la
descripcin de los depsitos de suelo, y en este contexto a menudo
los trminos tienen una interpretacin ligeramente diferente.
Descripcin de las partculas Normas britnicas AASHTOASTMUnificado
Grava60-275-2> 275-4.75 Arena2-0.062-0.052-0.0754.75-0-075
Limo0.06-0.00020.05-0.0020.075-0.005 < 0.075 finos Arcilla<
0.002< 0.002< 0.005TABLA 2 : DEFINICIONES DEL TAMAO DELAS
PARTCULAS TAMAO DE LAS PARTCULAS (MM) Captulo I Geocap Ltda. Page
15 El comportamiento ingenieril de un depsito de suelo depende
fundamentalmente de las
fuerzasqueactanenlasreasdecontactoentrelaspartculasindividuales.Estassonensu
mayorpartelasfuerzasgravitacionalesrelacionadasconlasmasay,portanto,
aproximadamenteconelvolumendelaspartculas,ylasfuerzassuperficialesderivadasdela
actividad electroqumica en la superficie de las partculas. Las
partculas de arcilla no solo son muy pequeas, sino que debido a su
forma de placa plana tienen una alta relacin entre el rea de la
superficie y el volumen, en consecuencia
ellasexperimentanfuerzassuperficialesquepredominansobrelasfuerzasgravitacionalesderivadas
delamasa.Elresultadodelainfluenciapredominantedeestasfuerzassuperficialesesla
cohesin o lo que llamaremos stiction *entre las partculas
individuales de arcilla, y confieren a la arcilla hmeda su
caracterstica de plasticidad semejante a la de una pasta.Si la
arcilla se seca,
laadhesinentrelaspartculasproduceunmaterialslidoresistentealasdeformaciones
plsticas.Sin embargo, no es necesario concluir que todas las
partculas de un depsito tienen el tamao de arcilla para describirlo
como un depsito arcilloso, solo se necesita una cantidad de
mineralde arcilla suficiente para darle las caractersticas de
adhesin y plasticidad.En efecto, la proporcin en peso de partculas
con tamaos de limo y arcilla puede ser tan pequea como un 35% del
total.
Undepositodesueloconlamismaproporcindepartculasfinasperoconstituidopor
muchasmaspartculascontamaoscorrespondientesalimoymenospartculasdemineral
arcilloso,mostraraprobablementeunascaractersticasdeadhesinyplasticidadmenos
pronunciadas, y podrn describirse en primera aproximacin como limo.
Deacuerdoconladistribucindeltamaodelaspartculasenelrestodeldeposito,
estas descripciones podran modificarse con el uso de trminos tales
como arcilla arenosa o limo gravoso, etc.
Losdepsitosdesueloquepresentancaractersticasdeadhesinyplasticidad
asociadasconla presenciade unacantidadsignificativadepartculas
demineralde arcillason descritas a menudo con el termino general de
suelos cohesivos.
Encontrasteconlaspartculasdemineraldearcilla,laspartculasmayoresconlos
tamaos correspondientes a arenas y grava tienden a tener granos
voluminosos ms o menos
equidimensionales,yportantotienenunapequearelacinentreelreasuperficialyel
volumen.Enconsecuencia,lasfuerzasderivadasdelaactividadsuperficialsondespreciables
en comparacin con las fuerzas gravitacionales derivadas de la
masa.Por tanto, en ausencia de partculas de
algnmineraldearcilla,estosmaterialesnomostraranadhesinentrelosgranos
individuales.Porello,arenasygravassedesignanamenudoconlostrminossuelossin
cohesin o suelos granulares, respectivamente.
Lossuelosgranularesgeneralmentesedescribenentrminosdeltamaodelas
partculasque predominan.Deestemodo, paradescribirundepsito
desuelocomoarenano
esnecesarioinferirquetodaslaspartculassondetamaodearena,sinoquehayms
partculas de tamao de arena que de cualquier otro. Cuando se
presenta una pequea pero significativa proporcin en peso de otro
tamao de partculas, la descripcin puede hacerse utilizando trminos
tales como arena limosa o arena gravosa. Captulo I Geocap Ltda.
Page 16 Ladivisinentrelostamaoscorrespondientesaarenaylimocoincide
aproximadamenteconellmitededistincindelaspartculasasimplevistayconellmitede
separacin mecnica en tamaos de granos.De este modo, el termino
suelo grueso (de granos gruesos) a menudo se utiliza para denominar
los materiales que son ante todo arenas o gravas, y el termino
suelo fino (de granos finos) para denominar los materiales que ante
todo son limos o arcillas.
Enunsueloingenieriltpicolaspartculasindividuales,lascualespuedenvariar
considerablementeenformaytamao,formanunaarmazndematerialslido,yentrelas
partculas individuales existe un sistema de espacios
interconectados. La armazn de partculas slidas se denomina
esqueleto de suelo o estructura del suelo los espacios entre las
partculas se denominan vacos o poros. Debido a la presencia de
vacos de un depsito de suelo puede actuar como reservorio para las
aguas freticas.La superficie superior de dicho reservorio se
denomina tabla fretica o
nivelfretico.Lapresindelaguaennivelfreticocorrespondealapresinatmosfrica.Si
rebasaelniveldelmar,elnivelfreticocontinaaproximadamenteparaleloalasuperficiedel
terreno,yenclimastemperadosestpicoencontrarloapocosmetrosdelasuperficie.Enlos
climas ridos es probable que se encuentre a una profundidad muy
superior.
Pordebajodelnivelfreticolosvacosenundepsitodesueloporlogeneralsuelen
estarcompletamentellenosdeagua;porencimadelnivelfreticolosvacospuedencontener
solo aire o ms probablemente aire y agua.El agua contenida en los
vacos por encima del nivel
freticopuededebersesimplementealainfiltracinyalaprecolacindelasaguaslluvias
provenientes de la superficie del terreno, o pueden ser el
resultado de la ascensin capilar en los
vacos,fenmenoparticularmenteevidenteenlossuelosdegranosfinos.Cuandolosvacos
estncompletamentellenosdeaguasedicequeelsueloestasaturado,ycuandolosvacos
contienen aire y aguael suelo esta parcialmente saturado.
Alestarinterconectadoslosvacosdeunsuelo,elaguaescapazdefluiratravsdel
espacio de poros.Por tanto, todos los suelos son porosos adems de
permeables.
Lacaractersticadelapermeabilidadeslaquetienenenmuchoscasosprcticosuna
influencia fundamental en el comportamiento ingenieril de un
depsito de suelo.Sin embargo, lavelocidad a la cual el agua fluye a
travs del espacio de poros depende del tamao absoluto de
losmismos,elflujotienebastantelibertadaenelcasodearenasygravas,lascualestienen
poros relativamente grandes, pero es muy lento en el caso de suelos
arcillosos, los cuales tienen
porosmuypequeos.Eltrminopermeableseaplicaasuelosensentidorelativo;arenasy
gravassedescribencomopermeablesolibrementedenantes,ylossuelosarcillososcomo
impermeables o de drenaje lento. El suelo, como puede verse, es un
material que consta de tres etapas: un esqueleto de partculas
slidas rodeado de espacios llenos de agua o aire o una combinacin
de agua y aire. 3.5Origen y tipos de depsitos de suelo
Losdepsitosdesuelosnaturalesseclasificandeunamaneraampliacomosuelos
residuales o suelos transportados. Captulo I Geocap Ltda. Page 17
Lossuelosresidualessehanformadocompletamentepormeteorizacininsituyhan
permanecidoensuposicinoriginal.Estohaocurridoensumayorparteenlasregiones
tropicalesyenotraszonasquenohansidosometidasalasglaciaciones.Unejemplocomn
sonlaslateritas,materialesricosenoxidodehierroyaluminio,queseencuentranenAmerica
del Sur, partes de frica, India, Sri Lanka y Australia. Los suelos
transportados, han sido desplazados de su posicin original y
depositados en otro sitio; los principales agentes de transporte
son el agua, el hielo y el viento.El tamao yla forma de las
partculas en un depsitode suelo transportado con frecuencia estn
determinados por el agente de transporte y el modo como se forman
los depsitos. 3.5.1Suelos depositados en agua
Losrossonagentesdeerosin,transporteyformacindedepsitosextremadamente
fuertes, en particular durante las crecientes.El material que se
deposita a lo largo del curso de los ros se denomina aluvin,
aunquecon frecuencia se aplica tambin a los suelos ms finos, tales
como arenas, limos y arcillas, para diferenciarlos de la arena
gruesa, la grava y partculas de mayores dimensiones.
Enelcursoaltodelroelrpidoflujotransportatodoexceptolosfragmentosderocas
msgrandes,erosionandocongranrapidezellechodelvalleysometiendoaabrasinlas
partculashastadarlesunaformaparcialmenteredondeada.Laformacindeldepsito
comienzaelcursomediodelro,yaquelavelocidaddelflujoylacapacidaddetransporte
disminuyen.Primeroseformanlosdepsitosdegravadero,seguidosaguasabajoporlas
arenasdero,yluego,enelcursobajodelro,dondeelmovimientoeslentoporarenasfinas
aluviales y limos aluviales.
Durantelascrecientes,cuandoelrodesbordalasorillasensucursobajo,elagua
puedeinundargrandesextensionesdetierrasplanas.Lavelocidaddelflujodisminuye
repentinamenteentodareaexceptoenelcanalcentraldelro,ygrandescantidadesde
materialsedepositan,primerolaspartculasgruesas,ydespuselmaterialmasfino.Enel
cursobajoelrolasinundacionesrepetidascombinadasconlosmeandrospuedenproducir
extensasplaniciesdeinundacinaluvialconsucesionesdelimoyarcillaaluviales,amenudo
intercalados con capas de arena y posiblemente de gravas.
Cuandoeventualmenteelrodesembocaenunsitiodeaguastranquilas,elflujose
detieneyelmaterialfinoquetodava quedaensuspensinsedeposita.
Lossuelosformados de esta manera se denominan de acuerdo con el
medio de formacin del depsito: los formados
enelaguadelagossedenominandepsitoslacustres,losformadosenestuarioscreadospor
lasmaressedenominandepsitosestuarios,yaquellosqueseformaneneldeltadeunro,
depsitos deltaicos. El mar tambin es un agente importante en el
ciclo de erosin, transporte y formacin de depsitos.Las olas de que
manera incesante atacan la costaerosionan el rea costera debido
asuimpactoytambinalosresiduosqueellastransportan.Losfragmentosderocaquehan
sido quebrados y redondeados se acumulan dando como resultados los
comnmente conocidos comodepsitosdeplayadearenay
piedra.Elmaterialfinoqueseproduceporesta abrasin continua,
combinado con los materiales finos llevados al mar por los ros
puede permanecer en Captulo I Geocap Ltda. Page 18
suspensin,yporlaaccindelascorrientesylasmareaspuedesertransportadospara
sedimentarse en grandes reas del lecho marino y formar depsitos
marinos.
Eltransporteylaformacindedepsitosdebidosalaguaproducenpartculasdesueloque
tienen forma redondeada y depsitos de suelo que pueden ser
homogneos, es decir, que tienen todas las partculas de
aproximadamente la misma dimensin, o estratificados con una
gradacin que sigue un orden vertical.
Unapresentacinmasdetalladadelaformacinynaturalezadelossuelosdepositadosenel
agua esta dad por Blythy De Freitas (1984) y Flint y Skinner
(1977). 3.5.2Depsitos glaciales
ActualmenteexistenglaciaresenGroenlandia,enlaAntrtida,enpartesdelnortede
CanadyAlaska,enlosAlpesyenelHimalaya.Sinembargo,granpartedelnortedelos
EstadosUnidosyCanad, granpartedelasIslasBritnicasydel
nortedeEuropaypartesde
Asia,fueronafectadaporlapasadaglaciacin,conespesoresdehieloqueestuvieronenun
rangodeunos300m.hastaaproximadamente3.000m.Laglaciacinmasrecientecomenz
hace mas o menos 1.75 millones de aos durante el pleistoceno, y se
termino hace unos 10.000
aos.Granpartedelaactualtopografaenestasregionesdelplanetasonelresultadodela
erosinglacialydelosprocesosdetransporteyformacindedepsitosocurridosenese
periodo. Durante la formacin de los glaciares, existi en su
interior una cantidad significativa de
materialmeteorizadoqueseprecipitosobreelhieloofuearrastradoporlascorrientes.A
medidaqueelespesordehieloseincrementaba,sepresentabanunacombinacinde
deslizamientos de la superficie del terreno con fallas a lo largo
de los planos en la masa de hielo causando engrandes
distanciasunlentomovimientodelglaciar,muyalamaneradeunfluido
altamente viscoso.La extensa erosin y abrasin de la superficie del
terreno que as ocurra trajo
comoresultadograndescantidadesdeescombrosquesealojarondentroysobreelhielo.La
eventualretiradadelosglacialesdejounagranvariedaddedepsitosqueseconocenconel
trmino genrico de residuos glaciales.
Elmaterialquesedepositabadirectamenteenelhielosedenominatilita,oalgunas
vecesarcillaconcantosrodados.Lastilitasporlogeneralsonunamezcladepartculasde
varios tamaos y sus caractersticas varan ampliamente dependiendo
del modo de su formacin
ylaformacindeldepsito.PorEjemplo,lastilitasdeacumulacinsonlasdepositadasde
maneradirectaenelfondodelglaciarytiendenaserresistentes,relativamentedensase
incomprensibles, a menudo con una proporcin significativa de
material fino que incluye polvo de roca, termino dado al suelo
formado por partculas con tamaos de limo y arcilla,formado por la
fuerteabrasinyfragmentacindelasuperficieterrestreylosresiduosderocaenlabase
glaciar.Las partculas ms grandes de una tilita de acumulacin tienen
una forma parcialmente redondeada y con estras como resultado de
esta abrasin.Lastilitas de ablacin y las tilitas de
fusinsonmaterialesquesedepositarongradualylentamentedurantesudescensohastael
nivel del terreno debido a la fusin del hielo, y por tanto son
materiales blandos, menos densos y mas comprensibles, a menudo con
menos partculas finas. Las partculas mas grandes conservan su forma
angular ya que estn embebidas en el hielo y, por tanto, protegidas
de la abrasin. Captulo I Geocap Ltda. Page 19
Losfrecuentesdepsitosenformadecuchillaconstituidospormaterialesformadosen
sumayorparteenlosbordesdelglaciardedenominanmorrenas;lasmorrenasterminalesse
formanenelfrentedelglaciarylasmorrenaslateralesensuscostados.Elmaterialque
constituyelamorrenaamenudoestilitaperopuedesercualquiertipoderesiduoglacial.El
terminomorrenasehautilizadoparareferirsealmaterialqueconstituyeeldeposito,pero
recientemente su uso se ha restringido a la descripcin de la
morfologa del terreno ( Derbyshire, 1975).
Losresiduosglacialespuedenpresentarsetambinenformadedepsitosfluvio
glacialesdearenaygravaderivadosdelaformacindedepsitosentorrentesdeaguade
deshielo.Estosdepsitostienenpartculasparcialmenteredondeadasyunadistribucinde
tamaos de las partculas o gradacin propia de los depsitos formados
por corrientes de agua.
Enmuchoscasosestascorrientesterminabanenlagosrodeadosporelglaciary
formados por la fusin.Las partculas finas eran arrastradas al
interior de dichos lagos formados por corrientes de agua.
Lanaturalezadelosdepsitosderesiduosglacialesestaademscaracterizadaporel
hechodequelaeradelosglacialesnofuedeglaciacionescontinuas,sinoqueincluyo
numerososciclosdeavancesyretiradadelhielo.Losdepsitosquetuvieronlugarduranteel
primerciclopudieronsermodificadosyredistribuidosdurantesiglossiguientes.Masaun,
pueden existir grandes variaciones de espesor del material
depositado; a menudo los depsitos muestran una superficie
relativamente plana que puede encubrir cavidades e inclusive
profundos
valleslabradosenellechorocososubyacente.Estasgrandesvariacionesdecaractersticasy
espesor generan depsitos glaciales que pueden ser muy blandos y
comprensibles. En consecuencia, los sitios que estuvieron sometidos
a procesos de glaciacin requieren una investigacin detallada y
cuidadosa del subsuelo antes de construir una obra de ingeniera.
Unadescripcinmasextensadelosprocesosdeglaciacinydelanaturalezadelos
depsitosglacialespuedeencontrarseenFookesetal.(1975),Legget(1976)yMcGowny
Derbyshire (1977).
Laactividadgeolgicaasociadaconlosperiodosdeglaciacinhaafectadodeotras
manerasalossuelosutilizadoseningeniera.Elgranespesordehielogenerorefuerzosmuy
altos, con valores tpicos de aproximadamente 900 Kn/m2 por cada 100
m de hielo, lo cual indujo un aumento de la densidad debido a la
reorganizacin de las partculas que forman el esqueleto
delsueloyunadisminucindelvolumendevacos.Eldeshieloposteriorsuprimiestos
esfuerzosyporelloactualmenteesposibleencontrardepsitosdesueloquehansoportado
durante algn tiempo esfuerzo mucho mayores que lo soportan en la
actualidad.Tales depsitos
sedenominansobreconsolidacinopreconsolidadeos.Masadelanteseexplicaracomoesta
condicin de sobreconsolidacion tiene una marcada influencia en el
comportamiento ingenieril de estos depsitos.
Eldeshielodelosglacialesliberoenormescantidadesdeaguahacialosocanosy
produjo un aumento del nivel del mar aproximadamente 100 m.Como
resultado, muchas reas de tierra fueron sumergidas y sujetad a
largos periodos de formacin de depsitos marinos, que se denominan
depsitos de suelos postglaciales. Captulo I Geocap Ltda. Page 20
Alaumentodelniveldelmarsiguiunlevantamientogradualdelacortezaterrestre
comoresultadodeladisminucindelosesfuerzos debidos alhielo.
Porejemplo,alrededor de
lascostasdeFinlandia,EscandinaviaypartesdeAmericadelNorte existen
evidenciasdeque
tuvolugarunlevantamientodeaproximadamente300m.Deestemodoalgunosdepsitos
posglacialessubieronporencimadelactualniveldelmar,endondenuevamenteestuvieron
sujetos a la erosin, el transporte y la formacin de nuevos
depsitos. 3.5.3Depsitos de suelo transportados por el viento
Existendepsitosdearenatransportadaporelvientoquecubrenampliasextensiones
detierraensitiosdeclimadesrtico,encuyasuperficieseapreciandunasformadasporla
accindelvientoquetransportapartculasdearenaalolargodelterreno.Debidoallimitado
poder de transporte del viento, las dunas tienden a estar formadas
esencialmente por partculas
delmismotamao,ydeformaredondeadacomoresultadodelaintensaabrasinaqueson
sometidas.Las dunas de arena pueden encontrarse en las zonas
desrticas del norte de frica, Asia, el Medio Oriente y los Estados
Unidos.
Lossuelostransportadosporelvientotambinsepresentanenformadeloess,queesun
material formado en su mayor parte por el depsito de partculas de
limo, que el viento toma en las zonas desrticas y las transporta a
travs de grandes distancias.Por ejemplo, los depsitos
deTierraNegradelasestepasrusasestnformadosporloess,queprobablementefue
transportadodesdelosdesiertosdefricadelNorte.Aunqueelloesssedepositaenestado
sueltoyconbajadensidad,normalmenterepresentaunaestabilidadrazonableypuede
permanecerestableentaludescasiverticales;laspartculas delimo
detamaouniformeestn unidad entre si por partculas de mineral
arcilloso que acta como cemento.Sin embargo, si el loess se satura
o se sumerge en agua, la cementacion se destruye y el depsito queda
propenso al colapso.Adems de Rusia, el loess se encuentra en
extensas regiones de la parte central de los Estados Unidos, China
y parte de Europa. 3.5.4Suelos orgnicos
Losdepsitosdearcillaylimoderivadosdelasedimentacinenlagos,estuariosoen
zonasdeinundacinderos,puedencontenercantidadesapreciablesdemateriaorgnica
debidoacadveresdeanimalesomateriavegetalendescomposicin.Estamateriaorgnica
pudoserarrastradaporelrooporelvientoaesaszonas.Adems,pudoderivarsedel
desarrollodelavegetacinendichasreasdurantelosciclosperidicosenquenosellevoa
efecto.Cuandoelcontenidodelamateriaorgnicaesimportante,estosdepsitospueden
describirsecomoarcillasylimosorgnicos.Lapresenciasemateriaorgnicaseidentifica
usualmente por un color que varia del gris oscuro al negro, y un
olor caracterstico producido por la vegetacin en descomposicin. Si
la materia orgnica tiene un contenido mineral muy reducido, el
material se denomina turbao turbera(musked).
Talesdepsitossepresentanencima delimosyarcillasorgnicas,y
confrecuenciasonproductodelllenadogradualdeloslagos.Laestratigrafavaraconla
profundidad, de acuerdo con los diferentes tipos de plantas que
predenominan en las diferentes etapas del desarrollo del pantano.La
turba dela base de los depsitos formada por juncos se
denominaamorfa,yelcontenido
demateriamineraltiendeadisminuircuandolaacumulacin de turba se
incrementa.Debido a los cambios de las condiciones ambientales, la
turba amorfa, Captulo I Geocap Ltda. Page 21
enunazonadetransicingradual,puedesercubiertaeventualmenteporunaturbaacida
(sphagnum)elevandoelniveldelpantano.Laturbafibrosatiendeaserdecolorcaf,ysus
fibrassoloseencuentranligeramentedescompuestas.Porelcontrario,laturba
amorfaporlo general es de color ms oscuro, menos fibrosa y ms
descompuesta, que a menudo parece una masa negra esponjosa y
gelatinosa.
Enmuchospasesseencuentranextensosdepsitosdeturba(soloenCanadse
encuentran500,000millascuadradas).Estosterrenoshanpodidoaprovecharsemediante
tcnicasespecialesdeconstruccinconocidacomoprecarga,paralevantarviviendas,
edificacionesindustrialesyterraplenesdecarreteras.(LeayBrawner,1963;Jonas,1964;
Johnson, 1970; Berry, 1983).
4.PROPIEDADES INDICES El esfuerzo de los ingenieros geotcnicos
en los ltimos aos ha sido tratar de encontrar propiedades y
caractersticas de los suelos que sean propias, nicas e inherentes a
cada tipo de suelo, de modo de a travs de ellas poder agruparlos y
predecir comportamientos. A esto es lo que llamamos Propiedades
Indices y las ms importantes son: 4.1Granulometra
Esladistribucinporcentualenpesodelosgranosdesueloquepasanpor
determinados tamices. Se expresa en porcentaje retenido y
porcentaje que pasa referidos al total de la muestra, y su
representacines mediante una curva en un grfico, en el cual se
anota en el eje de las ordenadas el%que pasa, y en el eje de las
abscisas el logaritmo del dimetro de la partcula. FIGURA N9 :
GRFICO GRANULOMTRICO TIPICO Captulo I Geocap Ltda. Page 22 Para la
clasificacin de suelos para usos de ingeniera es universalmente
acostumbrado
utilizarelanlisisgranulomtrico.Unaparteimportantedeloscriteriosdeaceptabilidadde
suelosparacarreteras,aeropuertos,presasdetierra,diques,yotrotipodeterraplenesesel
anlisis granulomtrico. Los tamices utilizados para el anlisis
granulomtrico se muestran en la Tabla N2: 150mm6" 100mm4" 80mm3"
63mm2 " 50mm2" 40mm1 " 25mm1" 20mm" 12,5mm" 10mm" 6,3mm"5mmN 4
2,36mmN 8 2mmN 10 1,7mmN 12 1,18mmN 16 0,6mmN 30 0,5mmN 40 0,3mmN
50 0,15mmN 100 0,08mmN 200 TABLA N3: TAMICES UTILIZADOS PARA UN
ANLISIS GRANULOMTRICO 4.2Lmites de Consistencia
Lossuelosporestarcompuestospormaterialptreodediferentestamaosyde
diferentescomposicionesmineralgicas,tienenuncomportamientomuyvariadoantela
presenciadeagua.Loslmitesdeconsistenciamidenlacantidaddeaguaentrminosde
porcentaje que un suelo requiere para cambiar de estado. FIGURA N
10 : LIMITES DE CONSISTENCIA Captulo I Geocap Ltda. Page 23
4.2.1Lmite Lquido (LL) : Se define como el porcentaje de humedad
necesario para que un suelo cambie un estado plstico a un estado
lquido. 4.2.2Lmite Plstico (LP) : Se define como el porcentaje de
humedad necesario para que un suelo cambie un estado semi-slido a
un estado plstico. 4.2.3Lmite de Contraccin (LC) : Se define como
el porcentaje de humedad necesario para que un suelo cambie un
estado slido a un estado semi-plstico.
ElndicedePlasticidad,IP,esdefinidocomoladiferenciaentreellmitelquidoyel
lmite Plstico. IP = LL - LP
Lossuelosarcillosostienenunagrancapacidaddeabsorberaguaymantenerseanenun
estado plstico, a diferencia de un suelo granular como arenas y
gravas, que ante una pequea cantidad de agua se comportan semejante
a un lquido. Algunos valores tpicos se muestran en la tabla N3.
Tipo de sueloLmite Lquido (LL)Indice de Plasticidad (IP) Arena0% a
20%NP Limo0% a 50%NP Arcilla50% a 700%20% a 600% TABLA N4 : VALORES
TPICOS PARA LOS LMITES DE CONSISTENCIA. 4.3Relaciones Volumtricas y
Gravimtricas
Esposibledividirunamasadesueloen3fases:Faseslida,FaselquidayFase
Gaseosa, tal como lo muestra la figura N11 para un suelo
parcialmente saturado. FIGURA N11 : FASES DEL SUELO Captulo I
Geocap Ltda. Page 24 Captulo I Geocap Ltda. Page 25 5.CLASIFICACIN
DE SUELOS Los suelos suelen clasificarse en dos grandes grupos :
Suelos Gruesos o Granulares, y Suelos Finos. Los suelos gruesos
estn formados por gravas (G) y arenas (S), mientras en los suelos
finosencontramosloslimos(M)ylasarcillas(C).Enlanaturaleza,lossuelosseencuentran
mezclados, nombrando siempre en primer lugar aquella fraccin mas
predominante. Por ejemplo
unaarenagravosa(SG)significaqueelsueloposeemasarenaquegrava.Cuandounsuelo
posee una distribucin granulomtrica variada y es posible encontrar
la existencia de granos de distintos tamaos, se dice que es un
suelo bien graduado (W), al contrario, si el suelo posee solo
granosdeciertostamaossedicequeespobrementegraduado(P).PorejemploSWsignifica
que es una arena bien graduada.
ActualmentelossistemasdeclasificacindesuelosmasutilizadossonelSistema
Unificado o USCS, y el Sistema de Clasificacin AASHTO. 5.1 Sistema
Unificado FIGURA N12 : DETALLE SISTEMA UNIFICADO Captulo I Geocap
Ltda. Page 26 FIGURA N 13 : CARTA DE PLASTICIDAD EN SUELOS FINOS
5.2Sistema AASTHO TABLAN5 :CLASIFICACIN DE SUELOSSISTEMA AASTHO
Captulo I Geocap Ltda. Page 27 6.ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELOS
6.1Suelo Seco Unapartculadesuelo ubicadaa
unaprofundidadzdelasuperficie del terreno,est
sometidaalosesfuerzosqueleprovocanelpesodelacolumnadesuelosobreella,y
eventualmente,alassobrecargasquepudieranexistirsobreelterreno,yaseanestas
temporales o permanentes. FIGURA N14 : ESFUERZOS SOBRE UNA PARTCULA
A UNA PROFUNDIDAD Z SiobservamoslafiguraN14yrepresentamos
porNvalafuerzatotaldelacolumnadesuelo que acta sobre la cara
superior de rea a de la partcula de suelo, entoncespodemos decir
que el esfuerzo total sobre la cara de la partcula de suelo es
Pero
y reemplazando obtenemos Captulo I Geocap Ltda. Page 28 6.2Suelo
Saturado FIGURA N15 Supongamos una partcula de reaa que tiene sobre
si una columna suelo de peso P,
talcomolomuestralafiguraN15,ydebidoaqueelsueloseencuentrasaturado,lacolumna
estformadaporsuelo+agua.Sipudiramossepararlacolumnadesuelosaturadoenuna
columna de suelo + otra columna de agua, entonces nos quedara la
situacin que nos muestra la figura N3, donde P = Ps + Pw donde Ps
es el peso de la columna de suelo, y Pw es el peso de la columna de
agua. FIGURA N16 Si la columna de suelo ocupa un rea a1 y la
columna de agua un rea a2, entonces se cumple quea1+ a2= a y el
esfuerzo vertical total sobre la partcula suelo es Pero Ps es un
peso sumergido, por lo que su peso esPsumergido = Ps Udonde U es
igual al empuje del agua, cuyo valor es Captulo I Geocap Ltda. Page
29 Reemplazando Esta expresin significa que el esfuerzo total en
una masa de suelo es igual al esfuerzo efectivo mas la presin del
agua, por lo tanto tambin podemos escribir 6.3Esfuerzos
Horizontales
Sehademostradoempricamentequelosesfuerzoshorizontalesestnrelacionadosconlos
esfuerzosverticalesmedianteunaconstantekoquedependedecadasuelo,ysuvaloresKo=1sendonde
eselnguloderoceinternodecadasueloyseobtienemediante
ensayosdelaboratorio.Esimportantesealarqueestarelacindelesfuerzoverticalyel
esfuerzohorizontaltienequeverconlapresindelaspartculasdesueloentresiynoconla
presindeagua,porloqueesvlidasoloparalosesfuerzosefectivos,porloqueunavez
obtenido el esfuerzo horizontal efectivo, es posible obtener el
esfuerzo horizontal total mediante 6.4Esfuerzos producto de
sobrecargas sobre el terreno
Paracalcularestosesfuerzos,debenhacersealgunossupuestosquepermitanaplicar
lasteorasdelaelasticidaddeBoussinesq,comoporejemploqueelsueloesunmedio
homogneo e istropo. Captulo I Geocap Ltda. Page 30 6.4.1Carga
Puntual sobre el terreno 6.4.2Carga Lineal Vertical de Longitud
Infinita Captulo I Geocap Ltda. Page 31 6.4.3Esfuerzos bajo una
carga distribuida sobre un rea rectangular. En este caso se
presenta la solucin para el incremento de esfuerzo vertical total
en un
puntoPdebajodeunaesquinadeunrearectangularcargada.Lasolucinpuedeplantearse
como Donde Is es un factor de influencia de esfuerzo que depende de
la longitud L y del ancho B del rea rectangular y de la profundidad
z del punto P. Los valores de Is pueden obtenerse a partir de la
figura N 17 FIGURA N17 Es importanteindicar, que el incremento de
esfuerzo vertical obtenido a partir de esta figura se
hacalculadobajolaesquinadelreacargada,porloqueparaobtenerincrementosenpuntos
diferentes a este, deben utilizarse el mtodo de la superposicin de
figuras. 6.4.4Esfuerzos bajo una carga rectangular distribuida de
longitudinfinita. Captulo I Geocap Ltda. Page 32 FIGURA N18 : IS
PARA UNA CARGA RECTANGULAR DISTRIBUIDA DE LONGITUD INFINITA
6.4.5Esfuerzos bajo una carga triangular distribuida de
longitudinfinita. Captulo I Geocap Ltda. Page 33 FIGURA N 19 : IS
PARA UNA CARGA TRIANGULAR DISTRIBUIDA DE LONGITUD INFINITA
6.4.6Esfuerzos bajo una carga distribuida sobre un rea circular.
FIGURA N20 : Is PARA UNA CARGA CIRCULAR DISTRIBUIDACaptulo I Geocap
Ltda. Page 34 7.CIRCULO DE MOHR El crculo de Mohr es una
herramienta con la cual, dada la magnitudy direccin de1 y 3es
posible calcular los esfuerzos normales y tangenciales en cualquier
otra direccin. A partir
delafiguraN8esposiblededucirlasexpresionesrequeridas,lasqueacontinuacinse
detallan: FIGURA N8 FIGURA N21 Captulo I Geocap Ltda. Page 35