ORIGEN DEL SUELO

La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por la meteorización de las rocas, proceso por medio de los cuales la roca experimenta descomposición química y desintegración física, a través de ello las masas de roca se rompen en fragmentos pequeños. Esta fragmentación continua es un también un cambio físico y por eso se llama también meteorización mecánica.

Por otra parte, la meteorización química de una roca es un proceso de descomposición, mediante el cual los minerales constitutivos de rocas allí presentes cambian de composición química. En la descomposición, los minerales persistentes se transforman en minerales de composición y propiedades físicas diferentes. Es preciso indicar que la desintegración física completa la descomposición, ya que los minerales y partículas rocosas de menor tamaño producidos por meteorización mecánica son mucho más susceptibles al cambio químico que los granos minerales existentes en grandes masas de roca compacta.

Esquema del proceso de formación de los suelos

La meteorización mecánica es el proceso por el cual las rocas se fracturan en piezas de menor tamaño bajo la acción de las fuerzas físicas, como la corriente de agua de los ríos, viento, olas oceánicas, hielo glacial, acción de congelación, además de expansiones y contracciones causadas por ganancia y pérdida de calor.

La meteorización química es el proceso de descomposición química de la roca original. Entre los distintos procesos de alteración química pueden citarse:

la hidratación (paso de anhidrita a yeso), disolución (de los sulfatos en el agua), oxidación (de minerales de hierro expuestos a la intemperie), cementación (por agua conteniendo carbonatos), etc. Por ejemplo, la meteorización química de los feldespatos puede producir minerales arcillosos. Muy relacionada con la meteorización química se encuentra la meteorización biológica producida fundamentalmente por la actividad bacteriana, originando putrefacciones en materiales orgánicos.

La acción conjunta o individual de estos procesos de meteorización da lugar a un perfil de meteorización de la roca en función de la profundidad (ver figura adjunta).En este perfil la roca sana ocupa la zona más profunda, transformándose gradualmente a suelo hacia la parte más superficial.

Perfil de meteorización, según diversas fuentes

Suelos residuales: Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorización de las rocas no son transportados como sedimentos, sino que se acumulan in situ. Si la velocidad de descomposición de la roca supera a la de arrastre de los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen sobre la velocidad de alteración en la naturaleza de los productos de meteorización están el clima (temperatura y lluvia), el tiempo,

la naturaleza de la roca original, la vegetación, el drenaje y la actividad bacteriana.

Los suelos residuales suelen ser más abundantes en zonas húmedas, templadas, favorables al ataque químico de las rocas y con suficiente vegetación para evitar que los productos de meteorización sean fácilmente arrastrados.

Suelos sedimentarios: La formación de los suelos sedimentarios puede explicarse más adecuadamente considerando la formación, el transporte y el depósito de los sedimentos. El modo principal de la formación de sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre.

En general, las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de las rocas, mientras que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas.

Los sedimentos pueden ser transportados por cualquiera de los cinco agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. El transporte afecta a los sedimentos de dos formas principales: a) modifica la forma, el tamaño y la textura de las partículas por abrasión, desgaste, impacto y disolución; b) produce una clasificación o graduación de las partículas.

Tipos deformaciones de suelos

Estructura de los suelos – Fábrica textural y estru ctural del suelo

La estructura primaria en su estado natural, es la disposición y estado de agregación de los granos, lo que depende del ambiente de meteorización en los suelos residuales, o del ambiente de deposición en los suelos transportados. Esta es la fábrica textural que hereda el suelo. Otras discontinuidades en la masa, por ejemplo, pliegues y fracturas, por tectonismo, vulcanismo, etc., o las que marcan ciclos de actividad geológica (planos de estratificación, disolución, alteración, etc.), son la estructura secundaria y constituyen aspectos estructurales a mayor escala; esta es la fábrica estructural que hereda el suelo (relictos).

En el proceso de sedimentación, las partículas sólidas están sometidas a fuerzas mecánicas y eléctricas. Las primeras afectan todas las partículas (ambientes turbulentos, gravedad, etc.) y las segundas a las partículas finas (atracción, repulsión y enlaces iónicos, en medios acuosos). Cuando dominan fuerzas de atracción eléctrica, se produce floculación y cuando dominan las de repulsión, y las partículas se separan, dispersión. La temperatura y concentración iónica influyen en la incidencia del medio acuoso de la sedimentación. Así, la estructura primaria puede ser:

Estructura de los Suelos

CLASIFICACION DE LOS DEPOSITOS DE LOS SUELOS:

Los depósitos sedimentarios se forman por la acción de los procesos geomorfológicos y climáticos, debido principalmente al medio de transporte y a la meteorización. Los distintos medios de sedimentación originan una serie de depósitos cuyas características están relacionadas con las condiciones de

formación de estos sedimentos. Así, la clasificación de los materiales, granulometría, forma y tamaño, dependen del medio de transporte. Conociendo los factores geomorfológicos y climáticos, es posible prever la disposición y geometría del depósito, propiedades físicas y otros aspectos de interés.

En función de las relaciones geológicas de los depósitos sedimentarios, estos se clasifican:

1-Depósitos coluviales : Son materiales transportados por gravedad, la acción del hielo – deshielo y, principalmente, por el agua. Su origen es local, producto de la alteración in situ de las rocas y posterior transporte como derrubios de ladera ó depósitos de solifluxión. Frecuentemente están asociados a masas inestables. Su composición depende de la roca de la que proceden, estando formados por fragmentos angulares y heterométricos, generalmente de tamaño grueso, englobados en una matriz limo arcillosa. Su espesor suele ser escaso, aunque puede ser muy variable.

La resistencia de estos materiales es baja, sobre todo en la zona de contacto con el sustrato rocoso, y cuando se desarrollan altas presiones intersticiales como consecuencia de lluvias intensas.

La columna tipo de un depósito coluvial

Depósito coluvial. Se puede observar la granulometría diversa y la forma angular de los elementos englobados en una matriz limo arcillosa. Valle del río Fortaleza (Lima, Perú)

2-Depósitos aluviales: Son materiales transportados y depositados por el agua. Su tamaño varía desde la arcilla hasta las gravas gruesas, cantos y bloques. Las facies más gruesas presentan bordes redondeados. Se distribuyen en forma estratiforme, con cierta clasificación, variando mucho su densidad. Están muy desarrollados en los climas templados, ocupando cauces y valles fluviales, llanuras y abanicos aluviales, terrazas y paleocauces.

Son suelos muy anisotrópicos en su distribución, sus propiedades están estrechamente relacionadas con la granulometría. Su continuidad es irregular, pudiendo tener altos contenidos en materia orgánica en determinados medios. La permeabilidad depende de la granulometría y generalmente presentan un nivel freático alto. Los depósitos aluviales constituyen una fuente de recursos de materiales de construcción, sobre todo como áridos.

La columna tipo de un depósito Aluvial

Depósito aluvial. En la parte superior se observa que los fragmentos de roca redondeada a subredondeada tienen una matriz principalmente compuesta por lodo. Valle del río Pativilca

3-Depósitos lacustres: En general son sedimentos de grano fino, predominando los limos y las arcillas. El contenido de materia orgánica puede ser muy alto, sobre todo en zonas pantanosas. Frecuentemente presentan estructuras laminadas en niveles muy finos. En condiciones de agua salada se forman precipitados de sales.

Las principales propiedades están en relación a su alto contenido en materia orgánica, siendo en general suelos muy blandos. También se pueden encontrar arcillas asociadas a estos suelos.

Columna tipo de un depósito lacustre

Depósitos lacustres. Precordillera de La Rioja (Argentina)

4-Depósitos litorales: Son materiales formados en la zona intermareal por la acción mixta de ambientes continentales y marinos, influyendo en este caso las corrientes fluviales, el oleaje y las mareas. Predominan las arenas finas y los limos, pudiendo contener abundante materia orgánica y carbonatos. Los sedimentos más finos, los fangos y la materia orgánica son característicos de las zonas de delta y estuario. En general, la consistencia de materiales es blanda a muy blanda y muy anisotrópica. Pueden presentar encostramientos, pero la característica principal es su alta compresibilidad.

Otro tipo de depósitos característicos de las zonas litorales son las dunas, con carácter inestable debido a su movilidad.

Columna tipo de un depósito litoral

Deposito Litoral

5-Depósitos glaciares: Son depósitos transportados y depositados por el hielo o por el agua de deshielo. Están formados por tillitas y morrenas. Su composición es muy heterométrica y la distribución es altamente errática. Los depósitos fluvio-glaciares contienen fracciones desde gravas gruesas a arcillas; están algo clasificadas y su granulometría decrece con la distancia frente al glaciar. Sin embargo, los de origen lacustre-glaciar presentan fracciones más finas, predominando las arcillas y las estructuras laminadas, típicas de las arcillas varvadas.

La heterogeneidad y anisotropía es la característica típica de estos depósitos, pues coexisten desde las arcillas hasta las gravas gruesas y grandes bloques. Al estar la permeabilidad directamente relacionada con la granulometría, estos suelos son muy sensibles a los incrementos de presión intersticial producidos por las lluvias torrenciales y por el deshielo. En estos depósitos son muy frecuentes los fenómenos de solifluxión y de inestabilidad de laderas.

Columna tipo de un depósito glaciar

Al fondo a la izquierda, depósitos glaciares en la base del valle glaciar en forma de "U” y a la derecha la acumulación de bloques atestigua la presencia de glaciares. Peñalara- Madrid

6-Depósitos de climas áridos y desérticos: Los ambientes áridos tienen una serie de implicaciones medioambientales, como la desecación profunda, la acumulación de sales y la alta movilidad de los sedimentos con el viento, los cuales condicionan las propiedades de estos suelos, entre las que destacan:

� Muy bajo contenido de humedad, dando lugar a suelos no saturados, con succiones relativamente altas.

� Bajo contenido en materia orgánica, por lo que los suelos áridos resultan pobres para fines agrícolas.

� Desarrollo de una costra rica en sales; la pérdida de humedad por evaporación en la superficie produce cementaciones por precipitación de sales.

� Muchos suelos áridos tienen un origen eólico, resultando un suelo mal graduado, con una estructura muy suelta.

Características de los depósitos de climas áridos y desérticos

El Valle de la Luna, en San Juan, Argentina, Declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en el 2000.

7-Depósitos Evaporíticos: Estos depósitos están formados por la precipitación química de sales, cloruros o sulfatos, típicos de medios árido o desérticos, lacustres, lagunares y litorales. Las características comunes a estos depósitos son las siguientes:

� Producen reacciones químicas con los hormigones, que pueden ocasionar su deterioro y destrucción.

� Son fácilmente solubles, sobre todo los cloruros.

� Pueden sufrir cambios de volumen, al pasar las anhidritas a yesos.

� En superficie forman costras.

� Representan un riesgo de hundimiento cuando se producen fenómenos de disolución y carstificación.

Evaporitas en Death Valley, EE.UU

8-Depósitos de climas tropicales: Las condiciones climáticas en regiones tropicales con alta humedad y altas temperaturas determinan una intensa meteorización química, originando suelos residuales muy desarrollados. Su composición mineralógica, su fábrica y las condiciones geoquímicas del medio controlan el comportamiento geotécnico de estos suelos. Cuando se precipitan altos contenidos de hierro y aluminio se forman lateritas. Si las condiciones de drenaje son deficientes pueden formarse los denominados suelos negros, ricos en esmectitas. Si el drenaje es alto se forman las arcillas rojas, ricas en haloysitas.

En los suelos tropicales son frecuentes los encostramientos, con mejores propiedades geotécnicas en superficie que en profundidad. Tienden a formar agregaciones de partículas de arcilla de tamaño de limo y arena, dando resultados en los análisis granulométricos y de plasticidad que no corresponden a su naturaleza arcillosa; son altamente sensibles a la desecación. Los tipos de suelos más representativos son los siguientes:

� Zonas de ladera y de montaña: formación de suelos rojos. Suelos ricos en haloysitas en condiciones de buen drenaje. Cambios de propiedades geotécnicas son la desecación y la agregación de partículas.

� En zonas bajas y llanuras: formación de suelos negros. Predominio de las esmectitas. Problemas de Expansividad y mal drenaje.

� Suelos encostrados: Presentan un buen comportamiento geotécnico. En función del tipo de mineral predominante se forman lateritas (Al), ferricritas (Fe), silcritas (Si), o calcritas (Ca).

Columna tipo de un depósito de clima tropical

Columna tipo de un depósito de clima tropical

9-Depósitos de origen volcánico: Los suelos volcánicos pueden ser residuales por alteración de los materiales infrayacentes, resultando depósitos limo-arenosos y arcillas, y transportados como productos de las emisiones volcánicas dando acumulaciones de piroclastos, de tipo lacustre o aluvial cuando son transportados por el agua. Los minerales procedentes de las rocas volcánicas son altamente inestables frente a la meteorización, transformándose rápidamente en productos de alteración y arcillas, abundando las haloysitas, las alófanas (estructura amorfa) y las esmectitas.

El predominio de alguno de estos minerales depende de las condiciones de drenaje y geoquímica del medio. Las arcillas volcánicas tienen a formar fábricas oolíticas y agregaciones de arcilla, dando granulometrías y plasticidades correspondientes a suelos de mayor tamaño. Los suelos esmectíticos son expansivos, con altas plasticidades. Los suelos residuales pueden ser muy susceptibles, comportándose de forma muy inestable frente a rápidos aumentos de la presión intersticial, o cargas cíclicas por terremotos, en cuyo caso se pueden producir deslizamientos y flujos de tierras.

Otro grupo importante de suelos volcánicos lo forman los depósitos de piroclastos. Están formados por partículas de tamaños variables, desde cenizas (menos de 2 mm) hasta lapilli (2 mm – 64 mm), o fragmentos de mayor tamaño. Se acumulan, en capas estratiformes, según sea la dirección del viento, o

dirección de la nube ceniza o colada de piroclastos. Forman estructuras esponjosas de muy baja densidad y alta porosidad. Cuando las cenizas se consolidan o cementan se forman tobas blandas, muy alterables y colapsables frente a cargas relativamente bajas.Si los piroclastos están aún fundidos en el momento de su sedimentación, se aglomeran formando una toba compacta.

Si durante la depositación y enfriamiento se desarrollan fuertes uniones entre las partículas de estos depósitos por soldamiento o compactación de los productos vítreos, su resistencia aumenta. Cuando una colada de lava, aún incandescente, cubre a uno de estos depósitos piroclásticos, o bien a suelos residuales, se produce la rubefacción de su superficie, originando un suelo rojo compacto denominado almagre. En las regiones volcánicas se puede formar depósitos lacustres, en cuya composición abundan las esmectitas, la materia orgánica y los restos biogénicos.

Deposito Volcanico-Sedimentario

ANALISIS GRANULOMETRICOS

El Análisis granulométrico es el proceso para determinar la proporción en que participan los granos del suelo, en función de sus tamaños. Esa proporción se llama gradación del suelo. La gradación por tamaños es diferente al término geológico en el cual se alude a los procesos de construcción (agradación) y la destrucción (degradación) del relieve, por fuerzas y procesos tales como tectonismo, vulcanismo, erosión, sedimentación, etc Los granos que conforman en suelo y tienen diferentes tamaños, van desde los grandes que son los que se

pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio.

El análisis granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. También el suelo analizado puede ser usado en mezclas de asfalto o concreto.

Los Análisis Granulométricos se realizaran mediante ensayos en el laboratorio con tamices de diferente enumeración, dependiendo de la separación de los cuadros de la maya. Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus características ya determinadas. Para el ensayo o el análisis de granos gruesos será muy recomendado el método del Tamiz; pero cuando se trata de granos finos este no es muy preciso, porque sele es más difícil a la muestra pasar por una maya tan fina; Debido a esto el Análisis granulométrico de Granos finos será bueno utilizar otro método.

Clasificación de los suelos usada en diferentes países.

Métodos de análisis granulométrico :

Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado para las partículas grueso – granulares (gravas, arenas) y el de sedimentación para la fracción fina del suelo (limos, arcillas), pues no son discriminables por tamizado.

Análisis por cribado o tamizado:

El análisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a través de un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente más pequeñas. Los números de las mallas estándar con sus tamaños de aberturas mas utilizadas se dan en la siguiente tabla:

Malla No. Abertura (mm)

4 4,750

6 3,350

8 2,360

10 2,000

16 1,180

20 0,850

30 0,600

40 0,425

50 0,300

60 0,250

80 0,180

100 0,150

140 0,106

170 0,088

200 0,075

270 0,053

Primero el suelo se seca en horno, y luego todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de ser pasados por las mallas. En la siguiente s figuras muestra un conjunto de éstas en un vibrador de mallas usado para llevar a cabo la prueba en el laboratorio.

Conjunto de mallas para una prueba de laboratorio

Después de que el periodo de vibración concluye, se determina la masa del suelo retenido en cada malla. Cuando se analizan suelos cohesivos, resulta difícil disgregar los grumos en partículas individuales. En tal caso, el suelo se mezcla con agua para formar una lechada que luego se lava a través de las mallas. Las porciones retenidas en cada malla se recolectan por separado y se secan en horno antes de que la masa retenida en cada malla sea determinada.

Los resultados del análisis por cribado se expresan generalmente como porcentaje del peso total de suelo que ha pasado por las diferentes mallas. La siguiente tabla muestra un ejemplo de los cálculos efectuados en un análisis por cribado, masa de muestra de suelo seco = 450 g

Malla NoDiametro

(mm)

Masa de Suelo

Retenido en

cada malla ( g )

% de suelo

retenido en

cada malla ( * )

Porcentaje

que pasa

1 2 3 4 5

10 2,000 0,00 0 100,00

16 1,180 9,90 2,20 97,80

30 0,600 24,66 5,48 92,32

40 0,425 17,60 3,91 88,41

60 0,250 23,90 5,31 83,10

100 0,150 35,10 7,80 75,30

200 0,075 59,85 13,30 62,00

Pan - 278,99 62,00 0,00

* Columna 4 = (columna 3) /(masa total de suelo) x 100

Métodos de sedimentación

Son dos, el método del hidrómetro y el método de la pipeta. Ambos basados en las características de la sedimentación de las partículas del suelo en un medio acuoso. Se aplican, tales métodos, al “suelo fino”, es decir, al que ha quedado en el fondo de los tamices y que se denomina “pasa – 200”, material constituido por limos y arcillas.

� Método del Hidrómetro: El análisis hidrométrico se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes, según la cual:

Ecuación 1.1

Ecuación 1.2

Note que el valor de K es una función de , que son dependientes de

la temperatura de la prueba. En el laboratorio, la prueba del hidrómetro se

conduce en un cilindro de sedimentación con 50 g de muestra seca al horno. El

cilindro de sedimentación tiene 457 mm de altura y 63.5 mm de diámetro; el

cilindro está marcado para un volumen de 1000 mi. Como agente dispersor se usa

generalmente el hexametafosfato de sodio. El volumen de la suspensión de suelo

dispersado se lleva hasta los 1000 mI añadiendo agua destilada.

Cuando un tipo de hidrómetro ASTM 152H se coloca en la suspensión de

suelo (ver siguiente figura) en un tiempo t, medido desde el principio de la

sedimentación, mide la densidad de sólidos en la vecindad de su bulbo a una

profundidad L. La densidad de sólidos es una función de la cantidad de partículas

de suelo presentes por volumen unitario de suspensión en esa profundidad. En un

tiempo t, las partículas de suelo en suspensión a una profundidad L tendrán un

diámetro menor que D, calculado según la ecuación (1.5). Las partículas más

grandes se habrán asentado más allá de la zona de medición.

Los hidrómetros son diseñados para dar la cantidad de suelo, en gramos,

aún en suspensión. Los hidrómetros son calibrados para suelos que tienen una

densidad de sólidos (Gs) de 2.65; para suelos de otra densidad de sólidos, es

necesario hacer correcciones. Conocida la cantidad de peso en suspensión, L y t,

podemos calcular el porcentaje de suelo por peso más fino que un cierto diámetro.

Note que L es la profundidad medida desde la superficie del agua hasta el centro

de gravedad del bulbo del hidrómetro donde se mide la densidad de la

suspensión.

El valor de L cambia con el tiempo t; su variación con las lecturas del

hidrómetro está dada en el Libro de Normas de la ASTM (1998, véase la Prueba

D-422). El análisis por hidrómetro es efectivo para separar las fracciones de suelo

hasta un tamaño de aproximadamente 0.5 µ

Definición de L en una prueba con hidrómetro

� Método de la pipeta: A diferencia del anterior (Método del Hidrómetro), aquí

se deja constante el valor de L. También se parte de una suspensión agua

– suelo, uniforme en el instante inicial, y que con el tiempo se modifica,

dado que las partículas de mayor diámetro se precipitan a mayor velocidad,

con fundamento en la Ley de Stokes. A distintos tiempos, desde el inicio, se

toman muestras de la suspensión, a una misma profundidad

predeterminada (H0).De cada muestra obtenida, se determina el peso de

los sólidos, contenido por unidad de volumen de la suspensión, lo que

constituye la base para el cálculo de la distribución (en proporción) de los

tamaños de las partículas finas.

Corrección por menisco

Menisco: El agua turbia no deja leer la base del menisco con el hidrómetro. (figura anterior)

Se lee RL y la corrección será c = RL – RREAL, luego RREAL = RL –c (corregido)

TAMAÑO EFECTIVO-COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD-COEFICIE NTE DE CURVATURA

Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos. Además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas curvas que se usan para clasificar los suelos granulares. Los tres parámetros del suelo son:

1. Diámetro efectivo 2. Coeficiente de uniformidad 3. Coeficiente de curvatura

El diámetro efectivo, El diámetro en la curva de distribución del tamaño de las partículas correspondientes al 10% de finos se define como diámetro efectivo o D10

El coeficiente de uniformidad está dado por la relación

Donde:

• Cu= coeficiente de uniformidad. • D60 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 60% del suelo, en

peso; y, • D10 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 10% del suelo, en

peso.

En el gráfico del ejemplo se tiene:

• D60 = 0.42 • D10 = 0.04 • Cu = D60 / D10 = 10

Un suelo con un Coeficiente de uniformidad menor de 3, se considera muy uniforme. En el límite, si un terreno estuviera formado por esferas perfectamente iguales, su coeficiente de uniformidad sería 1. El suelo cuya curva granulométrica se presenta en el gráfico, con Cu = 10, podría ser llamado de "arena limosa bien graduada

El coeficiente de curvatura se expresa como

Donde: CZ = coeficiente de curvatura.

D30 = diámetro correspondiente al 30% de finos.

DISTRIBUCION GRANULOMETRICA

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracteriza porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente. Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo, arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como arena según tuviera tal o cual tamaño máximo.

La gráfica de la distribución granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogaritmica resulta preferible a la simple presentación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos. La forma de la curva da idea inmediata de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una línea vertical, una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado).Los resultados del análisis mecánico (análisis por cribado e hidrométrico) se presentan generalmente en gráficas semilogarítmicas como curvas de distribución granulométrica (o de tamaño de grano).

Los diámetros de las partículas se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente de finos en escala aritmética. Por ejemplo, las curvas de distribución granulométrica para dos suelos se muestran en la siguiente figura La curva de distribución granulométrica para el suelo A es la combinación de los resultados del análisis por cribado presentados en la tabla anterior para la muestra de 450g y los resultados del análisis hidrométrico para la fracción de finos. Cuando los resultados del análisis por cribado y del análisis hidrométrico se combinan, generalmente ocurre una discontinuidad en el rango en que éstos se traslapan.

La razón para la discontinuidad es que las partículas de suelo son generalmente irregulares en su forma. El análisis por cribado da la dimensión intermedia de una partícula; el análisis hidrométrico da el diámetro de una esfera que se asentaría a la misma razón que la partícula de suelo.

Los porcentajes de grava, arena, limo y partículas tamaño arcilla presentes en un suelo se obtienen de la curva de distribución granulométrica. De acuerdo con el Sistema Unificado Clasificación de Suelos, el suelo A en la siguiente figura

Curvas de distribución del tamaño de partículas (curvas granulométricas).

tiene los siguientes porcentajes:

• Grava (límite de tamaño: mayores que 4.75 mm) = 0%

• Arena (límites de tamaño: 4.75 a 0.075 mm) = porcentaje de más finos que 4.75 mm de diámetro - porcentaje de más finos que 0.075 mm de diámetro = 100 - 62 = 38%

• Limo y arcilla (límites de tamaño: menores que 0.075 mm) = 38%

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR O SPT

El ensayo de penetración estándar (SPT), desarrollado por Terzagui a finales de los años20, es el ensayo in situ más popular y económico para obtener información geotécnica del subsuelo. Se estima que el 85 % a 90 % de los diseños de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur América se basan en los valores de N medidos en el SPT

Es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizada en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación.

Consiste en medir el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100, que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.

A pesar de que el ensayo se estandarizó desde 1958 como el ASTM D-1586, y que se han venido realizando revisiones periódicamente, las evaluaciones realizadas en Norteamérica indican que son muchas las variables que influyen en los valores de N

Algunas de ellas son:

• El tipo y estado de los equipos de perforación • La destreza de los operadores • El tipo y estado de las cucharas muestreadoras • La dimensión y estado del varillaje • La forma y tamaño del cabezote

Objetivos de la prueba SP T

• Obtener la medida de la resistencia a la penetración con un muestreador en un suelo no cohesivo

• Tomar muestras representativas del suelo • Hallar correlación entre: • El # de golpes, N, medido y la compacidad, y la resistencia a la

comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes.de tablas o ábacos ya existentes.

Equipo de para Realizar el análisis

Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento y penometro partido

Tubo Partido y sus posibles dimensiones

Martinete de 140lbs. de peso con sistema de caída

En las figuras se observa el equipo de perforación en una el martinete se encuentra en su máxima elevación para ser accionado y luego desciende para golpear el penetrómetro que se encuentra dentro del pozo

Procedimiento de ensayo

El ensayo en si consiste en hincar el tubo partido para que penetre 30 cm (1PIE) en el terreno, ayudados de un martillo de 140 lbs de peso y una altura de caída de 75 cm, contabilizándose el número de golpes “N”

1. Para efectuar la prueba el muestreador se enrosca al extremo de la tubería de perforación y se baja hasta la profundidad donde se encuentra el manto arena sobre el cual se va hacer la el manto arena sobre el cual se va hacer la prueba. Previamente el fondo del pozo debe haberse limpiado cuidadosamente para garantizar que el material no esté alterado.

2. Se coloca el martillo en posición guiado por la tubería de perforación, elevándolo con un cable accionado manual o mecánicamente, el cual se encuentra suspendido del trípode con polea.

3. Se marca el extremo superior de la tubería de perforación en tres partes, cada una de 15cm para la posterior observación del avance del muestreador bajo el impacto del martillo.

4. Se deja caer el martillo sobre el cabezote de la tubería de perforación y se contabiliza el número de golpes aplicado con la altura de caída especificada

para cada unos de los segmentos de 15 cm marcados. No se tienen en cuenta los golpes para el primer segmento puesto que es el de penetración inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados para que penetre el tubo en el segundo y tercer segmento, obteniendo así el valor de “N”.

Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la

cuchara los primeros 15 centímetros ( ).Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de

penetración ( y ).

El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar:

= +

Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado

debe indicarse como en 120 mm, R).

Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centímetros, es frecuente hincar mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que

se tiene un resultado adicional que es el número de golpes . Proporcionar este valor no está normalizado, y no constituye un resultado del ensayo, teniendo una función meramente indicativa.

5. Se lleva a la superficie el muestreador y se abre; debe registrarse la longitud de la muestra recobrada, su peso y describir sus características en cuanto a color, uniformidad, etc.

NOTA: deben repetirse los pasos anteriores cuantas veces sea necesario para determinar la variación de los parámetros de resistencia con la profundidad o con el numero de estratos.

Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

• El ensayo es solo aplicable a suelos arenosos. • El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener muestras inalteradas para ensayos de laboratorio. • Si en un manto de arena existen bajo contenido de grava, tan solo una de ellas puede invalidar el ensayo. • En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de “N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una arena seca, debido a la baja permeabilidad de esta, que impide que el agua emigre a través de los huecos al producirse el impacto. Empíricamente se ha encontrado que en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente expresión aplicable cuando la penetración sea mayor de 15 golpes en arenas finas y saturadas.

N’= 15+ ½ ( N-15 )

N’: valor corregido del índice de penetración

N: valor obtenido en el ensayo

• Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de cálculo y diseño geotécnico.

Correlación entre el golpeo SPT y la consistencia d el suelo atravesado

Existen diversas correlaciones entre el resultado del ensayo SPT y las características del terreno (compacidad, resistencia y deformabilidad), e incluso con dimensiones de la cimentación requerida para un valor del asiento que se considera admisible.

Sin embargo, las principales correlaciones que ligan el golpeo SPT con las características del terreno, lo hacen respecto a los parámetros ángulo de rozamiento interno e índice de densidad en las arenas (siendo el índice de

densidad / ). En los terrenos cohesivos, aún cuando no son tan aceptadas, existen correlaciones respecto a la resistencia al corte sin drenaje .

En algunas ocasiones, el valor del golpeo SPT debe ser afectado por unos factores correctores para tener en cuenta la profundidad a la que se realiza el ensayo, y la influencia de la ubicación de dicho ensayo sobre la capa freática. Hay que tener cuidado, ya que en terrenos por ejemplo con gravas o bolos o en arcillosos duros, podemos tener mayorado nuestro SPT, no siendo éste ensayo entonces representativo de las características del terreno.

Influencia de la profundidad

La penetración en las arenas depende de la resistencia del terreno, que a su vez es función del ángulo de rozamiento, o del índice de densidad, y del estado tensional en el que se encuentre el terreno haciendo de antemano los anteriores ensayos.

BIBLOGRAFIA

� INGENIERÍA GEOLÓGICA / Luis González de Vallejo

� Mecánica de Suelos y Cimentaciones . Autor: Carlos Crespo Villalaz. Año

2005.

� Fundamentos de Ingeniería Geotécnica . Autor: Braja M. Das.

� MECANICA DE LOS SUELOS . Por Gonzalo Duque Escobar y Carlos Enrique Escobar Potes. Manizales, 2002

� Manual de Mecánica de Suelos y Cimentaciones . Autor: Angel Muelas Rodriguez.