Suelo (ingeniería)

Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades físico-químicas, especialmente las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del término roca al considerarse específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energía.

Se considera el suelo como un sistema multifase formado por:

  • sólidos, que constituyen el esqueleto de la composición del suelo
  • fase líquida (generalmente agua)
  • fase gaseosa (generalmente aire) que ocupan los intersticios entre los sólidos.

Pueden distinguirse tres grupos de parámetros que permiten definir el comportamiento del suelo ante la obra que en él incide:

  • los parámetros de identificación
  • los parámetros de estado
  • los parámetros estrictamente geomecánicos.

Entre los parámetros de identificación son los más significativos la granulometría (distribución de los tamaños de grano que constituyen el agregado) y la plasticidad (la variación de consistencia del agregado en función del contenido en agua). El tamaño de las partículas va desde los tamaños granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y el limo. Las variaciones en la consistencia del suelo en función del contenido en agua diferencian también las mencionadas clases granulométricas principales.

Los parámetros de estado fundamentales son la humedad (contenido en agua del agregado), y la densidad, referida al grado de compacidad que muestren las partículas constituyentes.

En función de la variación de los parámetros de identificación y de los parámetros de estado varía el comportamiento geomecánico del suelo, definiéndose un segundo orden de parámetros tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad o la permeabilidad.

La composición química y/o mineralógica de la fase sólida también influye en el comportamiento del suelo, si bien dicha influencia se manifiesta esencialmente en suelos de grano muy fino (arcillas). De la composición depende la capacidad de retención del agua y la estabilidad del volumen, presentando los mayores problemas los minerales arcillosos. Estos son filosilicatos hidrófilos capaces de retener grandes cantidades de agua por adsorción, lo que provoca su expansión, desestabilizando las obras si no se realiza una cimentación apropiada. También son problemáticos los sustratos colapsables y los suelos solubles.

De manera genérica, es usual hablar de movimiento de suelos incluyendo en el concepto el trabajo con materiales, como rocas y otros, que sobrepasan la definición formal.

Proceso de formación

Según el proceso de formación, el suelo puede ser:

  • Sedimentario. En este tipo de suelo, las partículas se formaron en un lugar diferente, y fueron transportadas y se depositaron en otro emplazamiento;
  • Residual. Este suelo se ha formado por la meteorización de las rocas en el mismo local donde ahora se encuentra, con escaso o nulo desplazamiento de las partículas;
  • Relleno artificial. Estos son construidos por el hombre para los más diversos fines.

Suelos sedimentarios

Para explicar la formación de los suelos sedimentarios deben considerarse las tres fases del proceso de: (I) La formación del sedimento; (II)Transporte de los sedimentos III) El depósito de los sedimentos.

Formación de sedimentos

El principal modo de formación de los sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas de la superficie terrestre. En general las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de la roca, mientras que las partículas arcillosas son formadas por procesos de alteración química de las mismas. La formación de partículas arcillosas a partir de las rocas puede producirse, por combinación de elementos en disolución o por la descomposición química de otros minerales.

Transporte de los sedimentos

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

Depósito de los sedimentos

Después de que las partículas se han formado y se han transportado se depositan para formar el suelo sedimentario. Las tres causas de este depósito en el agua son: la reducción de la velocidad, la disminución de la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente desemboca en un lago, océano, o un gran volumen de agua, pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye así la fuerza de la corriente y se produce una sedimentación. Cualquier cambio en la temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de alguno de los elementos disueltos.

La tabla resume algunos de los efectos de los cinco agentes citados sobre los sedimentos.

- Agua Aire Hielo Gravedad Organismos
Tamaño Reducción por disolución, ligera abrasión en superficie, abrasión e impacto en el arrastre. Considerable reducción Considerable abrasión e impacto Impacto considerable Ligeros efectos de abrasión por el transporte directo por organismos vivos.
Forma y redondez Redondeo de arena y grava Elevado grado de redondeo Partículas angulosas y planas Angulosas, no esféricas -
Textura superficial
  • Arena: liza pulimentada brillante
  • Limo: escaso efecto
El impacto produce superficies mates Superficies estriadas Superficies estriadas -
Clasificación por tamaño Considerable Muy considerable (progresiva) Muy escasa Nula Limitada

Suelos residuales

Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorización no son transportados como sedimentos, sino que se acumulan en el sitio en que se van formando. Si la velocidad de descomposición de la roca supera a la de arrastre de los productos de la descomposición se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen en la velocidad de alteración de la naturaleza de los productos de la meteorización están el clima (Temperatura y lluvia), la naturaleza de la roca original, el drenaje y la actividad bacteriana.

El perfil de un suelo residual puede dividirse en tres zonas: a) la zona superior, en la que existe un elevado grado de meteorización, pero también cierto arrastre de materiales; b) la zona intermedia en cuya parte superior existe una cierta meteorización, pero también cierto grado de deposición hacia la parte inferior de la misma; y, c) la zona parcialmente meteorizada que sirve de transición del suelo residual a la roca original inalterada.

La temperatura y otros factores han favorecido el desarrollo de espesores importantes de suelos residuales en muchas partes del mundo.

Los espesores de los suelos residuales pueden alcanzar espesores considerables:[1]

Sudeste de EE. UU. 6 a 23 m
Angola 8 m
Sur de la India 8 a 15 m
Africa del Sur 9 a 18 m
Africa Occidental 10 a 20 m
Brasil 10 a 25 m

Depósitos artificiales

En los dos apartados anteriores se ha comentado la formación de depósitos de suelo por la naturaleza. Un depósito hecho por el hombre se denomina terraplen o relleno. El terraplen constituye realmente un depósito sedimentario en el que el hombre realiza todos los procesos de formación, de una forma controlada para alcanzar resultados previamente definidos. El suelo se extrae, por excavación o voladura de un determinado yacimiento cuyo material cumple con las especificaciones pre-establecidas; se transporta mediante un vehículo que puede ser un camión, una vagoneta, un buldozer, o por medio de barcazas o tuberías y se deposita en el lugar predeterminado. El material puede dejarse tal como cae, o puede acomodarse y compactarse, para alcanzar las características mecánicas deseadas.

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