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Universidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional Rosario Departamento de Ingeniería Civil.

Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente

Unidad Temática 4

ALTERACION DE ROCAS

2º Año - Ingeniería Civil

Docentes: Ing. Claudio Giordani

Ing. Gustavo Lanzone

-ALTERACION DE ROCAS- Unidad Temática 4 del Curso Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente

1 INTRODUCION. La destrucción física (desintegración) y la alteración química (descomposición) de las rocas y minerales en la superficie de la tierra se conoce como intemperismo; comprende procesos por los cuales las rocas y minerales son alterados física y químicamente, de modo que se acercan más al equilibrio con un nuevo conjunto de condiciones. Sus efectos no se distribuyen de igual manera, debido a que las rocas no son uniformes en su resistencia a los cambios inducidos por el intemperismo. Según esto, las partes de una masa de roca pueden alterarse con mayor rapidez que áreas adyacentes de la misma roca. El material original, o la roca que está bajo el efecto de este proceso de intemperismo, se desmenuza en pedazos menores y algunos de sus constituyentes minerales se disuelven o alteran y son eliminados del sitio afectado. A la eliminación de los materiales intemperizados se le conoce como erosión, y los agentes de transporte como el agua, el viento o los glaciares generalmente acarrean y transportan a estos materiales y pueden proceder desigualmente, produciendo superficies irregulares. FORD (1984) plantea la diferencia entre meteorización e intemperismo en función a la ausencia o presencia, respectivamente, de vida y sus procesos relacionados actuando en la descomposición de los minerales, el término intemperismo plantea además no solamente el proceso de destrucción de los minerales, sino el de neoformación de otras especies y movilización de sus resultantes.

ATMOSFERA. Se denomina atmósfera a la capa exterior gaseosa que envuelve la Tierra, de composición y densidad muy distintas de las capas sólidas y líquidas que tiene debajo. Pero es la zona en la que se desarrolla la vida y, además, tiene una importancia trascendental en los procesos de erosión que son los que han formado el paisaje actual.


2 Los gases fundamentales que forman la atmósfera son: Nitrógeno (78.084%), Oxígeno (20.946%), Argón (0.934%) y Dióxido de Carbono (0.033%). Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos. A pesar del bajo porcentaje en el que aparecen el CO2y el H2O tienen una gran importancia. El CO2, además de ser la fuente de carbono para los organismos fotoautótrofos, es uno de los principales gases del efecto invernadero. El vapor de agua condiciona gran cantidad de fenómenos atmosféricos CAPAS COMPONENTES

EN LA TROPOSFERA LA TEMPERATURA DESCIENDE CON LA ALTITUD -Su límite superior es la tropopausa, situada a 9 km sobre los polos y a 18 km sobre el ecuador. -Por estar en contacto con la hidrosfera y la biosfera presenta cantidades importantes de H2O y CO2 (son además los gases más densos y por eso permanecen en las zonas más bajas). -En la troposfera tienen lugar la mayor parte de los fenómenos meteorológicos, destacando la formación de nubes y las precipitaciones. Los fotoautótrofos o fotótrofos son organismos (especialmente plantas) que efectúan fotosíntesis para obtener energía


3 LA CAPA DE OZONO DE LA ESTRATOSFERA NOS PROTEGE DE LAS RADIACIONES SOLARES DE ALTA ENERGÍA. -En la tropopausa el gradiente térmico se invierte y la temperatura empieza a aumentar hasta alcanzar los 15°C entre los 50 y los 60 km. A esa altitud se ha definido la segunda zona de separación denominada estratopausa.- -En esta capa no hay prácticamente circulación vertical, aunque los flujos horizontales pueden alcanzar los 200 km/h (característica que da nombre a esta capa). Estos vientos horizontales facilitan el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez, que es lo que sucede con los CFC (clorofluorocarburos) que destruyen el ozono. POR ENCIMA DE LA MESOPAUSA LA DENSIDAD DE LOS GASES ES BAJÍSIMA -La mesosfera alcanza hasta los 80 km de altura, donde se sitúa la mesopausa. La densidad es muy baja aun-que la composición se mantiene por lo que se considera todavía parte de la homosfera. La temperatura desciende hasta -90°C en la mesopausa. -La termosfera o ionosfera constituye la heterosfera. Presenta una proporción menor de gases pesados (CO2, Ar) y una mayor cantidad de H y He. Muchos autores no la consideran parte de la atmósfera puesto que su densidad es bajísima. En la ionosfera se producen unos fenómenos luminosos denominados auroras (boreales y australes), producidas por partículas subatómicas procedentes del sol (viento solar) canalizadas por las líneas de fuerza del campo magnético terrestre. -La exosfera abarca desde la termopausa (400-500 Km) hasta donde la densidad es la misma que la del espacio interestelar.

CLIMA Clima es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera en una región de la superficie terrestre. El término clima alude al conjunto de condiciones atmosféricas como humedad, presión, lluvia, temperatura, vientos, entre otros, que caracterizan a una región en particular. La ciencia que se encarga de su estudio y predicción en la meteorología. Para definir el clima de un lugar se consideran los mismos elementos que para definir el tiempo meteorológico: temperatura, presión, precipitaciones, etc.; pero basándose en observaciones prolongadas (realizadas durante no menos de 10 años) y trabajando con los promedios de los datos obtenidos. Con estos datos se pueden delinear a grandes rasgos los distintos tipos climáticos

Existen diversas formas de clasificar los distintos tipos de clima, una forma de hacerlo es la siguiente:

Cálidos:

Los climas cálidos se caracterizan por superar los 20° C de temperatura anual y en estos no existe una variación estacional bien marcada. En los climas cálidos abundan las praderas, sabanas y selvas.

Dentro de este podemos encontrar tres subdivisiones:


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Ecuatorial: es propio de la zona ecuatorial en la que los rayos solares caen de forma perpendicular, causando altas temperaturas durante todo el año. El aire es húmedo y cálido y predominan las precipitaciones. En ellos prolifera una vegetación abundante y selvas tupidas.

Tropical: se ubican al norte y sur de las zonas ecuatoriales, hasta los trópicos. Las lluvias abundan en verano fomentando la conformación de sabanas. Además, su flora y fauna es muy variada.

Subtropical árido: en estos escasean las lluvias y por tanto la vegetación también es poca. Se caracterizan por poseer una gran amplitud térmica. Este tipo de clima se encuentra en el Suroeste de América del Norte, norte y suroeste de África, centro de Australia, costa central y sur del Perú, norte de Chile y oriente medio.

Templados:

Su temperatura media anual es de entre 10 y 20° C y las precipitaciones son medias. A diferencia de los tropicales, existe una variación anual de la temperatura, por lo que cada estación está bien delimitada.

Mediterráneo: Es propio no sólo de la zona mediterránea sino también del sudoeste australiano, California, o del sudoeste de Sudáfrica y del centro de chile. Los veranos son secos, soleados y cálidos y los inviernos lluviosos.

Pampeano: La vegetación es abundante gracias a las constantes precipitaciones y combina especies templadas con tropicales. A veces, hay ciclones tropicales y, en invierno, heladas. Este clima se da principalmente en las regiones interiores de Argentina y sur de Brasil y en la franja costera correspondiente que incluye también Uruguay

Oceánico: característico de zonas costeras, en las que abundan las lluvias y nubes. Las temperaturas suelen ser uniformes, sus cambios tardan en darse por lo que no hay inviernos muy fríos ni veranos muy calurosos.

Continental: presentes en el interior del continente, a diferencia del oceánico, el continente se calienta y enfría más rápido, por lo que los veranos son muy calurosos y los inviernos muy fríos.

Fríos:

Su temperatura anual no supera los 10°C, debido a la baja altura del sol en el horizonte. Hay casos en los que la noche puede durar hasta seis meses.

Polar: propio de los círculos polares, la temperatura no supera nunca los 10°C, la vegetación es muy escaza debido a la presencia de hielo, suele haber musgos, plantas herbáceas y líquenes.

De alta montaña: las precipitaciones aumentan y la temperatura disminuye a medida que hay mayor altitud. Este clima, se asemeja al polar por sus bajas precipitaciones y temperaturas. La latitud, altitud, los vientos y la posición en que caen los rayos del sol condicionan la vegetación del lugar.

Clima seco

El clima seco es un tipo de clima que incluye todos aquellos terrenos con precipitaciones inferiores a 400 mm anuales.

El clima seco suele dividirse en el clima semiárido, cuando las precipitaciones son de entre 400 y 250 mm y el clima árido si son inferiores a esta cifra, formando regiones desérticas o semidesérticas.


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CLIMA EN ARGENTINA Clima Cálido: Este tipo se presenta en el ángulo noreste del territorio argentino. Los vientos dominantes provienen del Norte, Noreste y Este. Clima Templado: En el centro del país. Por la cantidad y la distribución de las precipitaciones pluviales se distinguen dos tipos: al Este, el templado húmedo, y, al Oeste, una ancha faja de transición hacia el clima árido. La temperatura media es de 15ºC. Clima Frío: En la región Sudoeste del país. Se caracteriza por presentar una temperatura media de alrededor de los 7ºC, aunque varía con la altura. Clima árido: Este tipo de clima se extiende en una especie de franja de Noroeste a Sureste del país, y presenta cuatro variedades según la altura y la latitud: a- Árido de alta montaña: Por encima de los 3000 m.s.n.m. La amplitud térmica es muy grande, tanto en la dimensión diaria como anual, y se producen heladas todo el año. b- Árido de sierras y campos: La temperatura media anual es de alrededor de 18ºC. La amplitud térmica es mayor entre el día y la noche que entre el verano y el invierno. c- Árido de estepa: (Norte de la Patagonia) Temperatura media menor de 15ºC. Heladas frecuentes, y precipitaciones muy escasas (menos de 400 mm al año). d- Árido frío:(Sur de la Patagonia) Temperatura media cercana a los 10ºC. Precipitaciones inferiores a los 300 mm al año.


6 EVAPOTRANSPIRACIÓN

Evaporación

La evaporación es un proceso muy importante en bases continentales, ya que aproximadamente ¾ partes del agua que se precipita, regresa a la atmósfera, ya sea por evaporación o evapotranspiración.

Si se considera una superficie plana de agua con una entrada neta de energía calorífica, el cuerpo de agua incrementará la energía liberada de las moléculas de agua hasta el punto en que puedan escapar a través de la interfase líquida-vapor. Esto a su vez, produce un decremento en energía cinética del resto de las moléculas, lo cual explica por qué el agua remanente se enfría.

Un ejemplo de lo anterior, es la sensación de estar más confortable en climas secos que en húmedos, ya que al producirse la transpiración, el agua se evapora absorbiendo calor del cuerpo y del aire adyacente, esto produce un descenso en la temperatura del cuerpo. Obsérvese que este fenómeno no puede ocurrir en una zona saturada. El proceso contrario ocurre en climas fríos (donde se congela el agua).

La evaporación varía por una parte con la luminosidad, con el viento, la humedad relativa y la temperatura, así como también con el grado de humedad presente.

La influencia de los factores atmosféricos o características climáticas propias de la región son importantes, ya que mientras mayor sean las horas-luz, mayor será la evaporación; igualmente se comporta el viento que al ser más intenso y seco, consume mayor cantidad de agua. La evaporación será mayor mientras mayor sea la humedad relativa y menor el número de plantas.

Transpiración

La diferencia en concentraciones entre la savia de las células de las raíces de una planta y el agua del suelo, causan una presión que se denomina “osmótica”. Esta presión hace que el agua del suelo se mueva a través de las membranas semipermeables de las raíces, hasta llegar a las células (nutrientes).

Una vez dentro de las raíces, el agua es transferida por toda la planta. En las hojas, el aire entra a su epidermis a través de ciertas aberturas llamadas estomas, los cloroplastos dentro de la hoja usan el bióxido de carbono del aire y una parte del agua disponible para generar los carbohidratos necesarios para el crecimiento de la planta (fotosíntesis). Conforme el aire entra a la hoja, escapa agua a través de las estomas abiertas y a este proceso se le denomina “transpiración”.

El volumen de agua transpirado es del orden de 800 veces mayor o igual que el necesario para formar materia vegetal.

La transpiración se ve limitada por la velocidad con que las plantas disponen de la humedad. El agua disponible varía con el tipo de suelo y va desde 0.5 mm/cm de profundidad para arenas, hasta 2 mm/cm para arcillas con materia vegetal. La transpiración por unidad de área depende además, de la cubierta vegetal.

El tipo de planta es un factor importante en el control de la transpiración, principalmente cuando la humedad del suelo se ve limitada. Especies con raíces poco profundas no podrán obtener agua cuando el suelo se seque; de aquí que la vegetación con raíces profundas transpire mayor cantidad de agua en tiempos de sequía que las anteriores.


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Evapotranspiración

La evapotranspiración es esencialmente igual a la evaporación, excepto que la superficie de la cual se escapan las moléculas de agua no es una superficie de agua, sino hojas de plantas.

La cantidad de vapor de agua que transpira una planta, varía día a día con los factores ambientales que actúan sobre las condiciones fisiológicas del vegetal y determinan la rapidez con que el vapor del agua se desprende de la planta, siendo los principales:

Evapotranspiración potencial (ETP): es la máxima evapotranspiración posible bajos las condiciones existentes, cuando el suelo está abundantemente provisto de agua (colmada su capacidad de campo) y cubierto con una cobertura vegetal completa. Este parámetro se calcula. Evapotranspiración real (ETR): es la evapotranspiración que ocurre en condiciones reales, teniendo en cuenta que no siempre la cobertura vegetal es completa ni el suelo se encuentra en estado de saturación. Este valor se mide, si bien hay formulas que permiten evaluarlo. PRECIPITACION EFECTIVA: es aquella fracción de la precipitación total que es aprovechada por las plantas. Depende de múltiples factores como pueden ser la intensidad de la precipitación o la aridez del clima, y también de otros como la inclinación del terreno, contenido en humedad del suelo o velocidad de infiltración. INTEMPERISMO Se reconocen dos tipos de intemperismo, el mecánico y el químico. Ambos actúan simultáneamente en el sitio de intemperismo, durante la erosión y el transporte, e incluso en los ambientes donde se acumulan los materiales intemperizados.

• Radiación solar

• Humedad relativa

• Temperatura

• Viento

Humedad relativa: La cantidad de vapor de agua contenida en el aire, en cualquier momento determinado, normalmente es menor que el necesario para saturar el aire. La humedad relativa es el porcentaje de la humedad de saturación, que se calcula normalmente en relación con la densidad de vapor de saturación.


8 INTEMPERISMO MECANICO El intemperismo mecánico (o físico), tiene lugar cuando las fuerzas físicas rompen o desmenuzan los materiales de la roca en pedazos más pequeños, que retienen la composición química del material original. Los procesos físicos responsables del intemperismo mecánico comprenden la congelación, la liberación de presión, la expansión y contracción térmica, el crecimiento del cristal salino y la actividad de los organismos. ACCION DEL CONGELAMIENTO Implica el repetido congelamiento y fusión del agua en grietas y huecos de las rocas. Cuando el agua se cuela en una grieta y se congela, se expande alrededor del 9% y ejerce gran fuerza contra las paredes de la misma, ensanchándola y alargándola mediante el acuñamiento por congelación.

LIBERACION DE LA PRESION Se manifiesta de modo especial en las rocas que se formaron como cuerpos intrusivos profundamente enterrados, como los batolitos, pero tienen lugar también en otros tipos de rocas. Cuando se forma un batolito, el magma se cristaliza bajo tremenda presión (el peso de la roca suprayacente) y es estable bajo estas condiciones de presión. Peros si el batolito se levanta y la roca suprayacente se erosiona, la presión se reduce.

Congelamiento Deshielo

Juntas laminares Domos de exfoliación.


9 Sin embargo, la roca contiene energía liberada por la expansión y formación de juntas laminares (lajeamiento), grandes fracturas regularmente paralelas a la superficie de la roca. Las losas de roca pegadas por juntas laminares pueden deslizarse, resbalar o desprenderse de la roca huésped – proceso llamado exfoliación – y acumularse como un talud detrítico. Los grandes domos de roca redondeados que resultan de este proceso son domos de exfoliación. EXPANSION Y CONTRACCION TERMICA Durante la expansión y contracción térmica el volumen de los sólidos, como las rocas, cambia en repuesta al calentamiento y enfriamiento. En un desierto, donde la temperatura puede variar hasta 30ºC en un día, las rocas se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La roca es un mal conductor del calor, así que su exterior se calienta más que su interior, creando tensiones que pueden producir fracturas. Más aun, los minerales oscuros absorben el calor más rápidamente que los claros; así la expansión diferenciada ocurre incluso entre los granos minerales de algunas rocas.

CRECIMIENTO DE CRISTALES DE SAL Todas las rocas, por lo menos en cierta medida, son porosas. A medida que absorben agua y se secan, pueden expandirse y contraerse. Este ciclo puede conducir a la creación y expansión de las fracturas, que culminó con la desintegración de la roca. Este proceso también puede dar lugar a la cristalización, producida cuando el agua rica en iones se abre camino en las grietas y hendiduras. Como el agua se evapora, los iones quedan atrás y pueden formar cristales. En la medida que el crecimiento de los cristales de sal produce fuerzas expansivas en las aberturas de las rocas, es semejante al acuñamiento por congelación. La mayor parte del crecimiento del cristal ocurre en áreas áridas calientes, y probablemente afecte también a rocas en algunas zonas costeras. ACTIVIDAD DE ORGANISMOS Además de estos cinco tipos principales de desgaste físico, hay otro tipo de desgaste, llamado actividad biológica, lo que a veces se considera parte del desgaste físico. El desgaste biológico incluye acuñamiento de raíces y la actividad animal. El acuñamiento raíz ocurre cuando las raíces se extienden en las grietas y hendiduras, llamadas articulaciones. A medida que continúan creciendo, pueden causar la fractura al expandirse, lo que lleva a la ruptura de la roca. Madrigueras de animales y el movimiento persistente también puede causar la fractura de roca y se desmoronan.


10 INTEMPERISMO QUIMICO El intemperismo químico es el proceso mediante el cual los componentes de las rocas se descomponen por alteración química del material original. Es efectuado por la acción de los gases atmosféricos, en especial el oxígeno, el agua y los ácidos. Los organismos también tienen una acción importante en el intemperismo químico. Las rocas con líquenes sufren mayor alteración química que las rocas libres de ellos. Las plantas eliminan iones del agua del suelo reducen la estabilidad química de los minerales, ya que sus raíces sueltan ácidos orgánicos. SOLUCION Durante la solución, los iones de una sustancia se separan de un líquido y la sustancia sólida se disuelve. Reacción que afecta a sales solubles en contacto con el agua. Ejemplo: la halita mineral (NaCl), que entra en contacto con una molécula de agua, los iones de sodio cargados positivamente son atraídos al extremo negativo de la molécula de agua y los iones de cloruro cargados negativamente son atraídos al extremo cargado positivamente de la molécula de agua.

Disolución del cloruro de sodio en el agua.

Un ion o ión es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.

Disolución simple en yeso

Meteorización alveolar


11 OXIDACIÓN La oxidación se refiere a las reacciones con el oxígeno para formar óxidos o, si interviene el agua, hidróxidos. Por ejemplo el hierro se corroe cuando se combina con el oxígeno para formar la hematita de óxido de hierro.

4 Fe + 3 O2 2 Fe2 O3 (hematita)

HIDRÓLISIS La hidrólisis es la reacción química entre los iones de hidrógeno (H+) y los iones de hidroxilo (OH-) del agua y los iones de un mineral. En este proceso, los iones de hidrógeno reemplazan realmente a los iones positivos de los minerales. Esta sustitución cambia la composición de los minerales, liberando sustancias solubles y hierro que pueden entonces oxidarse. Este proceso es el más efectivo en la alteración de minerales alumino-silicáticos debido a la debido a la presencia de cargas eléctricas en la superficie de los de los cristales. Ejemplo: feldespato potásico a la caolinita

4KAlSi3O8+ 22H2O 4K++ 4(OH)-+ Al4 (OH) 8Si4O10 + 8H4SiO4


12 Factores que controlan el ritmo del intemperismo químico: Tamaño de las partículas: como el intemperismo químico afecta la superficie de las partículas, cuanto mayor es la superficie más efectivo el intemperismo. En proporción con su volumen, las partículas pequeñas tienen más superficie que las grandes.

Drenaje: teniendo en cuenta que casi todos los procesos de intemperismo ocurren en medio acuoso, el tiempo que el agua está en contacto con los minerales regula la alterabilidad de éstos. El agua transportará en solución variadas sustancias y desalojará los productos generados por la alteración, manteniendo en funcionamiento la meteorización y bajando el pH del agua. Las condiciones ideales para la alteración de minerales es cuando el agua es abundante y el drenaje es moderadamente bueno. Una vez que el agua va penetrando en el subsuelo se carga de cationes y su pH se vuelve más alcalino, por lo que las reacciones de alteración se hacen menos importantes. Por otro lado, el drenaje está estrechamente vinculado con la topografía. Clima: incide sobre las características e intensidad del proceso intempérico por dos parámetros: precipitación y temperatura. La velocidad de las reacciones químicas se multiplica por 2 ó 3 cada 10º de aumento de temperatura (ley de VAN'T HOFF), siendo esta una de las razones de la alta agresividad de los climas tropicales, en los que casi todos los silicatos son inestables. Junto con la topografía puede enunciarse:

- En zonas bajas, bajo la acción de clima cálido y húmedo, la descomposición química es el proceso dominante.

- En zonas quebradas, frías y secas domina la desintegración. Esto es: a climas más cálidos y húmedos más rápidamente progresa la meteorización.

Topografía: actúa condicionando al clima y el drenaje. Naturaleza de las rocas: fundamentalmente mineralogía y textura.

Vegetación: acción mecánica de las raíces, acción química en proximidades de las raíces (descenso de pH y suministro de CO2), productos resultantes de la degradación de la materia orgánica en el suelo, regulación sobre la precipitación y regulación sobre la erosión. La pérdida de consistencia facilita la acción de los agentes de transporte que pueden entonces remover parcial o totalmente la roca meteorizada.


13 SUELOS En la mayoría de los lugares la superficie del terreno está cubierta por una capa de regolito, que consiste en roca no consolidada y fragmentos minerales. El regolito puede estar integrado por cenizas volcánicas, sedimentos depositados por el viento, los arroyos o los glaciares, o material de roca intemperizado que se creó en ese lugar como residuo. Parte del regolito constituido por material intemperizado, agua, aire y materia orgánica capaz de alimentar a las plantas se reconoce como suelo. En otras palabras, el suelo es el resultado de la dinámica física, química y biológica de los materiales alterados del coluvión y las formaciones superficiales originándose en su seno una diferenciación vertical en niveles horizontales u horizontes. Los materiales alterados se forman a partir de la alteración mecánica y química que dan lugar al suelo. Suelo, en Ingeniería Civil, son los sedimentos no consolidados de partículas sólidas, producto de la alteración de las rocas o suelos transportados por agentes como el agua, hielo o viento, con contribución de la gravedad como fuerza direccional selectiva, y que pueden tener materia orgánica. El suelo es un cuerpo natural heterogéneo. La mecánica de suelos es la aplicación de la “mecánica” a los problemas geotécnicos, y estudia las propiedades, comportamiento y utilización del suelo como material estructural, de tal modo que las deformaciones y resistencia del suelo ofrezcan seguridad, durabilidad y estabilidad a las estructuras. Fisicoquímicamente, a un suelo lo constituyen tres tipos de componentes

1- Materiales inertes: arena, limo, generalmente cuarzo forman el esqueleto físico. 2- Materiales coloidales, inorgánicos (arcillas) y orgánicos (humus) que nutren a los vegetales. 3- Componentes solubles, carbonatos, nitratos, cloruros, sulfatos alcalinos que sirven de

vehículo a los cationes solubles de los materiales coloidales.

Todo esto es el objeto de la Edafología. (Rama de la ciencia que estudia la composición y naturaleza del suelo en su relación con las plantas y el entorno que le rodea). Según la topografía y el clima se tendrán distintos suelos para un mismo material original.

Algunos conceptos y/o definiciones utilizados en suelos: Eluvión: depósito in situ (autóctono). Coluvión: depósito de ladera proveniente de los movimientos de masa. Aluvión: depósito de corriente (alóctono) Subsidencia: hundimiento por presencia de cavernas kársticas o fallas activas. Abrasión: efecto de lija sobre las rocas, producido por el viento, olas, glaciares, ríos. Gelivación: agrietamiento del suelo por acción del hielo.


14 PERFIL DEL SUELO

O= capa delgada de materia orgánica – A= Zona de colado – B= Zona de acumulación – C y D=estratos que van de material padre parcialmente alterado a material original inalterado. El horizonte O, que generalmente tiene solo unos cuantos centímetros de grueso, consiste en materia orgánica. Los restos vegetales son claramente reconocibles en la parte superior, pero en la parte inferior se compone de humus. El horizonte O es muy delgado o no está presente en los suelos de regiones áridas. El horizonte A, contiene más materia orgánica que los horizontes B y C; se caracteriza por una intensa actividad biológica porque abundan en el las raíces de plantas, bacterias, hongos y animales como las lombrices. En suelos desarrollados en un largo tiempo, el horizonte A se compone principalmente de arcillas y minerales químicamente estables, como el cuarzo. El agua que se filtra a través de este horizonte disuelve los minerales solubles y los dispersa o arrastra a niveles inferiores de la tierra por el proceso llamado colado. El horizonte B, contiene menos organismos y materia orgánica que el horizonte A, se le conoce como zona de acumulación, porque los minerales solubles colados del horizonte A se acumulan como masas irregulares. Si el horizonte A es arrancado por la erosión dejando el horizonte B expuesto, las plantas no crecen bien. El horizonte C, se compone de material original parcialmente alterado, el cual se va degradando dentro del material original inalterado (horizonte D).

Los procesos de formación del suelo comienzan en la superficie y trabajan hacia abajo, de este modo la capa superior de la tierra sufre más alteraciones por el material original de los estratos bajos. Visto en corte transversal-vertical, un suelo consiste en capas distintas u horizontes de suelo, que difieren uno de otro en textura, estructura, composición y color.

Horizontes del suelo en un suelo completamente desarrollado.

O


15 Factores de formación de los suelos. La materia de origen, de la cual se ha originado el suelo, puede ser una roca ígnea, sedimentaria o metamórfica que se ha transformado lentamente. El agua, al atravesar las distintas capas produciendo en su contacto con los elementos químicos y materia orgánica una serie de reacciones fisico-químicas, que hacen que este vaya transformando lentamente. La topografía del lugar, el agua también actúa en el relieve o topografía del terreno ya si el terreno es llano, o hay colinas esta se distribuirá según su relieve. El clima de la región, determina el color de un suelo. La temperatura, está asociada íntimamente al clima, pues a mayor temperatura existe mayor cantidad de arcilla en un suelo. Además, el espesor de los estratos o capas depende de la temperatura. Así en zonas frías el espesor de las capas de un suelo es pequeño. En climas cálidos, el lecho rocoso se encuentra a mayor profundidad que en climas fríos. Los organismos existentes, particularmente los microorganismos, plantas y animales intervienen en la formación del suelo. El ser humano y sus obras, la construcción de represas, autopistas, carreteras, etc. alteran las condiciones naturales existentes. Movimientos sísmicos, ciclones y maremotos, estos producen grandes deformaciones en la corteza terrestre. Explosiones nucleares, ocasionan violentos cambios en la corteza terrestre y alteran las condiciones climáticas atmosféricas y ambientales existentes.

Formación del suelo en relación con el clima y la vegetación


16 Los suelos que se desarrollan en regiones húmedas son pedalférricos, la mayoría de los minerales han sido colados del horizonte A. Aunque puede ser gris, el horizonte A es, en general, de color oscuro a causa de la abundante materia orgánica y de que las arcillas ricas en aluminio y los óxidos de hierro tienden a acumularse en el horizonte B. Los suelos que se encuentran en gran parte de las zonas áridas y semiáridas son pedocálcicos, Nombre derivado de la calcita. Contienen menos materia orgánica y el horizonte A contiene mas minerales inestables por su intemperismo químico menos intenso. La precipitación de sale de sodio en algunas áreas desérticas, donde la evaporación del agua del suelo es intensa, produce suelos de álcali imposibilitados para alimentar plantas. La laterita es una tierra formada en los trópicos, donde el intemperismo químico es intenso y el colado de los minerales es completo. Estas tierras son rojas, generalmente se extienden a profundidades de varias decenas de metros y se componen mayormente de hidróxidos de aluminio, óxidos de hierro y minerales arcillosos; incluso cuarzo. Un aspecto de las lateritas es de gran importancia económica. Si el material es rico en aluminio, pueden acumularse en el horizonte B como bauxita. Propiedades físicas de los suelos.

• Composición mineralógica y composición química. • Granulometría (Forma, tamaño influencia en la composición mineralógica

(redondeada, sub-redondeada, angulosa)). • Peso específico. • Estructura. • Densidad. • Absorción. • Porosidad y permeabilidad se confunden generalmente. La porosidad es el espacio

vacío en la unidad de volumen del material, expresado en porcentaje. Por lo tanto, la porosidad es el volumen de vacíos dividido por el volumen total. Expresado de otra manera es la capacidad de un suelo de absorber agua.

• Permeabilidad en lo que se refiere a los suelos y a las rocas, se define como aquella propiedad que permite el paso o la penetración de fluidos a través de la masa. Expresado de otra manera: es la capacidad de un suelo de dejar pasar agua.

FORMAS DE LOS SUELOS

Los suelos pueden quedar en el lugar, directamente de la roca de la cual derivan, dando así origen a los suelos llamados residuales o suelos no transportados. Pero estos productos pueden ser movidos del lugar de formación, por los mismos agentes geológicos y re-depositados sobre otros estratos sin relación directa con ellos, a estos suelos se los denomina suelos transportados. No transportados o residuales:

Es aquel tipo de suelo que se forma en el mismo lugar donde se encuentra por meteorización de la roca del lugar.


17 Características:

- Suelo heterogéneo. - Tienen asentamiento. - No sufren transporte (suelto no compacto). - No aptos para fundaciones. - Son difíciles de reconocer en el campo. - Son de granulometría heterogénea. - Las formas de los granos son angulosas. - Son permeables - Porosos - Difíciles de reconocer en campo por la vegetación que crece en ellos.

Transportados. Se formaron por meteorización de la roca en un lugar y posterior transporte a otro lugar por agentes externos que podrían ser: agua, glaciares, viento y gravedad. Los depósitos transportados por el viento, glaciares y agua están ampliamente repartidos, aunque en el sentido estricto de la palabra estos son depósitos transportados hace tanto tiempo, que se ha producido algunos o bastantes modificaciones en las condiciones presentes, el suelo endurecido está sometido a meteorización produciendo un material que es más residual que transportado.

Suelos fluviales Los suelos fluviales son bancos de gravas y arenas redondeadas, limos y arcilla estratificadas formadas por la acumulación reciente de los ríos y quebradas del área. Suelos lacustres. Los depósitos lacustres son generalmente de grano fino a causa de la pequeña velocidad con que las aguas fluyen en los lagos.


18 Los depósitos marinos (formados por el mar) suelen ser estratificados reflejando muchas veces las características de las costas que los mares bañan.

- Granulometría fina y muy fina Suelos aluviales. Son suelos transportados por el agua. El tamaño de sus granos es de fino a muy grueso, su forma es sub-redondeada. La combinación del escurrimiento de aguas en las laderas de las colinas y montes y de las fuerzas del campo gravitatorio forman los depósitos de talud, en las faldas de las elevaciones, estos depósitos suelen ser heterogéneos, sueltos y predominantemente formados por materiales gruesos. El escurrimiento de torrentes produce arrastres de materiales de gran tamaño (mayores a velocidades crecientes del agua), que se depositan en forma graduada a lo largo de su curso, correspondiendo los materiales más finos que las zonas planas de los valles.

Los ríos acarrean materiales de muy diversas graduaciones, depositándolos a lo largo de su perfil, según varia la velocidad de su curso al ir disminuyendo esta, la capacidad de acarreo de la corriente se hace menor depositándose los materiales más gruesos. De esta manera el río transporta y deposita suelos según sus tamaños decrecientes, correspondiendo las partículas más finas (limos arcillas) a depósitos próximos a su desembocadura. Otra característica importante es que se depositan en capas de espesores pequeños. Depósitos Glaciales Son acumulaciones heterométricas de gravas angulosas, bloques, canto rodado y arena, dispuestas sin estratificación en una abundante matriz de limo y arcilla. Son masas de acumulación dejadas por los avances de la glaciación cuaternaria Mecanismo: en su avance el hielo del fondo y de las paredes del glaciar en movimiento arranca material rocoso, lo transporta valle abajo y lo deja libre cuándo éste funde, sin realizar ningún tipo de selección ni tratamiento. Los mantos glaciares arrancan bloques de roca cuando el agua se congela en sus grietas; luego los incorpora en la masa de hielo que se van engrosando. También pueden incorporar harina de roca o polvo de roca formada por abrasión. Los glaciares forman dos tipos de acumulaciones: Till: depósitos no estratificados acumulados directamente por el glacial en el sitio donde funde. Son muy heterogéneos y origina geoformas conocidas como morrenas. Los glaciares de montaña han estado retrocediendo de tal manera que las morrenas derivan su nombre del lugar donde se acumulan con respecto del glacial derretido: frontales, en el frente de avance; de fondo en la base y laterales en las orillas. Por retroceso forman lagunas (circos) cuyas paredes pueden ceder y ocasionar graves avalanchas cuando estas lagunas quedan dispersas a diferentes alturas en las hondonadas de los valles glaciales. Depósitos glacio-fluviales : arrastrados y acumulados por las aguas de fusión del glacial


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Suelos eólicos. Son suelos transportados por el viento. Se forman por erosión eólica-deflación: movilización de partículas sueltas; y por abrasión: acción de desgaste y pulimento de las partículas sueltas arrastradas por el viento sobre superficies rocosas. El viento transporta sus materiales de tres maneras, por suspensión, saltación, y rodamiento, según sea el tamaño de material y la velocidad del viento. Para que se produzca deposición vasta que el viento disminuya su velocidad hasta que las partículas de limo o los granos de arena no puedan mantenerse en el aire. Esta disminución de la velocidad puede deberse a los obstáculos que existen en el suelo como árboles, edificios, altos topográficos naturales, etc., o también el hecho de haber cesado las causas que provocan el movimiento de aire. El viento da lugar a la formación de dos tipos de depósitos cuyas características están en función del tamaño de los materiales que los componen. Las acumulaciones de arcillas, limos y arenas muy finas reciben el nombre de loess, mientras que los de arenas medianas a gruesas se llaman médanos o dunas.

Loess:

Se conocen como loess los depósitos de arcilla y limo compuestos de granos angulares de cuarzo, feldespato, mica y calcita llevados por el viento. Los loess de zonas de glaciares provienen de abrasión por los glaciares; otros loess se forman en zonas desérticas donde la vegetación es escasa y soplan fuertes vientos.


20 En Argentina abundan depósitos de loess derivados de meteorización de rocas volcánicas asociados a deflación en regiones altas de los Andes ocurrida en el pleistoceno. Contienen plagioclasa y piroclástos derivados de los suelos volcánicos. Los loess de otras partes del mundo aún con diferente origen, son semejantes a los descritos. En general poseen alta porosidad, mayor permeabilidad en el sentido vertical, se asientan fácilmente debajo de las estructuras cuando se humedecen y son muy sensibles a la erosión y al colapso. Cubre aproximadamente el 10% de la superficie emergida de la tierra; se convierte por intemperismo en suelo rico y productivo. Médanos ó Dunas: Propias de regiones áridas y de sabana y se forman por el arrastre libre de arena por el viento y acumulación de ésta cuando la velocidad del viento desciende y la energía de transporte es insuficiente: la arena se acumula alrededor de algún obstáculo que obstruye el camino del viento formando montículos aislados. Estos montículos son por naturaleza muy sueltos y móviles y presentan al ingeniero dificultades para cimentar estructuras o construir caminos en las zonas donde se presentan.

Casi todas las dunas tienen un perfil asimétrico, con una pendiente suave del lado que sopla el viento –barlovento-, y una abrupta en el lado contrario, llamado sotavento, que se inclina en la dirección del viento. Los granos de arena ascienden por saltación la pendiente suave y se acumulan formando un ángulo de 30 a 34 grados de la horizontal, que es el ángulo de reposo de la arena seca (figura a). Cuando la acumulación de arena vence este ángulo, la pendiente se derrumba, la arena se desliza por el lado de sotavento y se detiene en su base. A medida que la arena se mueve a sotavento de la duna, ésta migra lentamente en la dirección del viento dominante. (figura b).


21 Características Ingenieriles de los suelos Los suelos poseen partículas de diferente tamaño, forma y mineralogía; además, conforman un sistema de 3 fases: sólidos, agua y aire o gas y su fase sólida está conformada por partículas minerales y materia orgánica. La interacción de estas fases define en gran parte el comportamiento de los suelos en ingeniería.

Las partículas de la fracción gruesa son por lo general producto de la meteorización física y su composición se identifica bastante con la roca parental mientras que las partículas de la fracción fina son producto de la descomposición y su relación con la roca parental, en particular su mineralogía, es distante. El comportamiento ingenieril de los suelos depende de dos factores: (1) las fuerzas que actúan en las áreas de contacto entre las partículas individuales, las cuales son en su mayor parte de origen gravitacional y por tanto se relacionan aproximadamente con el volumen de las partículas. (2) de las fuerzas superficiales debidas a actividad electroquímica en la superficie de las partículas. Las partículas de la fracción gruesa son tridimensionales, entre redondeadas y angulares, en tanto que las de la fracción fina no solo son muy pequeñas sino que debido a que son laminares, poseen una alta relación entre el área de la superficie y su volumen. Por esta razón en este caso las fuerzas de superficie predominan sobre las fuerzas gravitacionales derivadas de la masa y como resultado se presenta cohesión (término de la mecánica referido a la fricción que evita el movimiento relativo entre dos partes móviles desde una posición de partida) Por esta razón los suelos cohesivos poseen plasticidad, es decir distintos estados de consistencia dependiendo del contenido de humedad, lo cual no aplica a los suelos no granulares de la fracción gruesa.

En los suelos no cohesivos o granulares su comportamiento depende principalmente de la distribución del tamaño de las partículas y de la forma como están agrupadas las mismas, en un estado relativamente denso o suelto (Densidad Relativa); mientras que en los suelos arcillosos su comportamiento depende esencialmente de su plasticidad. Comportamiento especial de algunos suelos en ingeniería Colapsables: Las partículas de los suelos limosos en depósitos de loess y otros, son por lo general redondeadas y de textura suave, lo cual influye en su grado de empaquetamiento y otras propiedades d estos suelos. Cuando en tales depósitos las partículas son además de tamaño uniforme (mal gradadas), su porosidad y relación de vacíos es algo mayor que en el caso de otros suelos y su ángulo de resistencia al corte reducido. Se les llama colapsables debido a su estructura meta estable como consecuencia de que en principio sus partículas se empaquetaron en una condición relativamente suelta.


22 Expansivos: Muchas arcillas principalmente del grupo de la montmorillonita, se expanden considerablemente cuando se humedecen y se contraen recíprocamente por desecación, causando muchos problemas en el piso de fundación de estructuras y en los taludes de excavaciones (ejemplo: asentamientos del suelo de fundación de edificios u otras estructuras) Desleíbles: Este término se aplica a suelos o rocas arcillosas que se fisuran y degradan por ciclos de humedecimiento secado; cuando absorben agua se hinchan y luego por desecación se fisuran y se agrietan volviéndose muy inestables. Dispersivos: En el caso de algunas arcillas sus partículas coloidal es se dispersan y entran en estado de suspensión en presencia de agua relativamente pura (se dice que defloculan) y tales suelos en estas condiciones son muy sensibles a la erosión y tubificación. Obsérvese que este comportamiento depende tanto de la composición del suelo como del clima, en este último caso de que existan sales disueltas en los poros del suelo. Este tipo de erosión interna (erosión coloidal) permite la formación de tubos y cavidades internas en los taludes. La tubificación se inicia por la dispersión de las partículas de arcilla a lo largo de grietas de desecación, fisuras o cavidades dejadas por las raíces de los árboles y la evidencia de este proceso se manifiesta como pequeños manantiales de agua lodosa; en su estado avanzado se forman galerías y cárcavas de erosión.

A diferencia de los suelos del área rural donde interesa fundamentalmente la aptitud de los mismos para la producción agrícola, en las zonas urbanas el interés está dirigido a su comportamiento en las fundaciones, es decir a sus características geotécnicas.

La ingeniería geotécnica emplea clasificaciones basadas en las propiedades mecánicas y comportamientos hidráulicos de los materiales. A su vez de acuerdo al tamaño de las partículas se han hecho clasificaciones granulométricas.

Las clasificaciones granulométricas consideran las proporciones relativas de las tres fracciones granulométricas principales (arcilla-limo-arena). El «Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)» desarrollado por A. Casagrande, es el mejor satisface los diferentes campos de aplicación de la Mecánica de suelos. De acuerdo a esta clasificación los suelos se dividen en tres grupos: de grano grueso, de grano fino y orgánico. A su vez cada uno de estos grupos se subdivide de acuerdo a un análisis más detallado de sus componentes. Sobre esta base se determinan sus propiedades tales como la plasticidad, y su capacidad de carga.

Los suelos de grano grueso pueden ser gravas (G) o arenas (S), los que a su vez pueden estar W (bien graduados, con tamaño de granos bastante uniformes) ó P (pobremente graduados, con tamaño de granos variable).

Los suelos finos se clasifican en tres grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C), y limos y arcillas orgánicas (O). A su vez cada uno se subdivide según tengan límites líquidos menor del 50% (L) o mayor del 50% (H).Las diferencias entre arcillas inorgánicas C y limos inorgánicos M y los suelos orgánicos O sé efectúan comparando sus propiedades elásticas. Cuando se aplican distintos esfuerzos, los suelos pueden deformarse hasta ciertos límites, los que dependen fundamentalmente de sus contenidos en arcillas y humedad. Aquellos con altos contenido de arcilla CH y CL generalmente presentan mayores índices de plasticidad que los que tienen mayor contenido en limo MH e incluso los orgánicos OL y OH.


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Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).


24 RESUMEN DE LA UNIDAD: 1. El clima son las condiciones estacionales y diarias de una región; incluye la temperatura, las precipitaciones, el viento y el sol. Se recopilan las observaciones de varias décadas y se clasifican en zonas climáticas. 2. Los climas secos se localizan en las latitudes bajas y medias, donde la pérdida potencial de agua por evaporación excede a la precipitación anual. Los climas secos cubren 30% de la superficie terrestre y se subdividen en regiones áridas y semiáridas. 3. El intemperismo mecánico y químico son procesos por los cuales el material original se desintegra y descompone, de modo que se acerca más a un equilibrio cocompuestos solubles, así como iones en solución. 4. Los procesos de intemperismo mecánico abarcan la acción de congelamiento, la liberación de presión, la contracción y expansión térmicas, el crecimiento de cristales de sal y la actividad de los organismos. Las partículas liberadas por el intemperismo físico retienen la composición química del material original. 5. La solución, la oxidación y la hidrólisis, son procesos del intemperismo químico que resultan en un cambio químico del material de los productos intemperizados y procede más rápidamente en ambientes cálidos y húmedos. 6. El intemperismo mecánico y el químico producen regolito, parte del cual es suelo si está compuesto de sólidos, aire, agua y humus, el cual alimenta a las plantas. 7. La compactación y la cementación son los procesos de litificación por los cuales el sedimento se convierte en roca sedimentaria. 8. Los suelos se caracterizan por horizontes que se designan en orden descente como O,A,B y C; los horizontes de suelo difieren uno del otro en textura, estrutura, composición y color. 9. Los factores que controlan la formación del suelo comprenden el clima, el material original, la actividad orgánica, el relieve y la pendiente, así como el tiempo. 10. El viento y el agua transporta sedimentos en suspención o como carga de lecho, que salta y se arrastra en por la superficie. 11. El viento erosiona el material por abrasión y deflación. La abrasión es un efecto cerca de la superficie, causado por el impacto de los granos de arena que saltan. La deflación es la eliminación por el viento de material superficial suelto. 12. El loess procede de los desiertos, los sedimentos glaciares del Pleistoceno y las llanuras aluviales de inundación en las regiones semiáridas. Bibliografía consultada para el resumen de la unidad: Fundamentos de Geología –Reed Wicander y James S. Monroe – Segunda Edición.

ANOTACIONES:

alteracion de rocas - frro.utn.edu.ar · como erosión, y los agentes de transporte como el agua,...

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