domingo, 21 de octubre de 2012

Colapsabilidad en suelos

Colapsabilidad en suelos

Es el fenómeno producido en un terreno por el cual se reduce su volumen, por lo general por cambios en la humedad contenida en el mismo. En algunos casos puede suceder como consecuencia de aplicación de cargas sin adición de agua. Los suelos más susceptibles de llegar a un colapso son:
  1. Suelos de granulometría tipo limo, en donde se encuentran arcillas con estructuras flojas.
  2. Suelos granulares de bajo peso específico.
El CTE denomina a los Suelos Colapsables del Tipo T-3 (son Terrenos desfavorables para la construcción). En suelos naturales poco consolidados, terrenos de rellenos y terrenos solubles, se requiere efectuar estudios de colapsabilidad para poder tomar las medidas preventivas y correctoras al momento de diseñar las cimentaciones. Ensayos y Análisis de los Suelos Colapsables Estos suelos sufren un cambio de volumen por inmersión. Para determinar el tipo de colapsabilidad del suelo se hacen pruebas de consolidación de laboratorio (ensayos de colapso: endométricos, triaxiales, etc.) En estas pruebas se reproduce el efecto de saturación súbita del terreno cuando se lo somete a una carga de magnitud prefijada.

Extracción de muestras

Las muestras para pruebas en laboratorio se extraen mediante sondeo o calicatas, cuidando de no modificar la estructura del suelo, es conveniente realizar sondeos en seco o con muy poca agua.

Análisis del emplazamiento

Además de los ensayos en laboratorio, se realiza una estimación del emplazamiento y se consideran los siguientes puntos:
  • Cota del nivel freático y sus oscilaciones estacionales.
  • Antigüedad del terreno y consolidación.
  • Determinar tipo de cimentaciones a construir.

Ensayos de campo

Si un terreno es susceptible al colapso por cambios de humedad, pueden realizarse ensayos de campo, tales como:
  • Ensayos de placa de carga: en ellos se determinan los asientos adicionales que puede sufrir el suelo en estado natural cuando está anegado.

Compactación de suelos

Es un proceso de la disminución o minimización de espacios vacíos por medio de la acción mecánica de los equipos de compactación. Durante este proceso se pude mejorar las características del suelo, con un aumento simultaneo de densidad. El suelo como un elemento que recibe diferentes estructuras construidas por el hombre como por ejemplo calles, estacionamientos, edificaciones, por lo que con la compactación de un suelo se busca; I.- Mayor capacidad de carga. Al compactar un suelo se obtiene mayor densidad del mismo, debido a lo anterior se obtiene una mejor distribución de fuerzas que actúan directamente sobre el suelo como consecuencia de la carga que transmite la carga, lo que nos da una mayor capacidad de carga. II.- Mayor estabilidad. Al construirse alguna edificación sobre un suelo sin compactar o compactado en forma desigual, el suelo por la acción de la carga, se asienta en forma desigual, lo cual ocasionara grietas en la estructura, y en un momento dado la inestabilidad de la construcción. III.- Disminución de la contracción del suelo. Al existir espacios de aire en el suelo, el agua penetra con facilidad, por lo que se produce un fenómeno de dilatación y contracción del suelo, el cual se separa de la estructura, modificando las condiciones iniciales de diseño. IV.- Disminución de la permeabilidad. La permeabilidad de un suelo depende de la granulometría del suelo y de su densidad, un suelo bien compactado impide el paso del agua, evitando así deformaciones en el suelo, modificando las características de diseño, como es el caso de los baches. V.- Disminución de asentamiento. Cuando un suelo esta mal compactado, en esos espacios se puede llenar de agua, el cual con bajas temperaturas se congela, y en los cambios de estado puede producir agrietamiento en la estructura de los pavimentos, bases de estructuras, muros etc.

Características de la compactación de los suelos

La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento. Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución más compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución más compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas. Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta.

Proceso de compactación en campo

La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Equipo de compactación empleado:
  • Aplanadoras de rodillo liso de acero
  • Compactadores con neumáticos
  • Compactadores de rodillo de pata de cabra
  • Compactadores vibratorios
  • Compactadores de placa vibratoria
  • Apisonadoras de impacto
Suelos dispersivos: Los suelos dispersivos son aquellos que por la naturaleza de su mineralogía (donde existe una preeminencia de cationes de sodio) son susceptibles a la dispersión y se rechazan en la presencia del agua así posea poco o nada de velocidad hidráulica. Cuando el suelo de arcilla dispersiva es sumergido en agua, la fracción de arcilla tiende a comportarse de manera semejante a las partículas granulares, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electro-química y fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo. Así, el suelo de arcilla dispersiva erosiona con la presencia del agua que fluye cuando las plaquetas individuales de la arcilla son partidas y transportadas. Tal erosión puede suceder por la presencia de quebradas profundas o fallas por tubificación en pequeñas presas, la presencia de aguas nubladas en presas pequeñas o en charcos de agua luego de la lluvia, por mencionar los casos más comunes. También es visible en las grietas de los caminos y a lo largo de las quebradas y en las arcillas unidas a la roca. Identificación de suelos dispersivos La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie, como erosiones en forma de túneles y hondonadas profundas, junto con cualquier depósito de agua. Aunque la falta de tal evidencia no excluye la presencia de arcillas dispersivas en la profundidad, y se debería proceder con exploraciones adicionales. Los suelos dispersivos también pueden determinarse por el comportamiento de los suelos. Por ejemplo:
  • La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos dispersivos.
  • La erosión en grietas de los caminos, la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos potencialmente dispersivos.
  • La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la lluvia indica suelos dispersivos.
Se puede deducir la mineralogía de la arcilla a partir de tales técnicas de observación. La geología del área también puede ser una guía de la dispersividad. Sherard & Decker (1977) señalan que:
  • Muchas arcillas dispersivas son de origen aluvial. Algunas arcillas de las laderas de lechos de río son también dispersivas.
  • Algunos suelos derivados de la lutita y la arcillita bajo un medio marítimo son también dispersivos.
  • Los suelos derivados de la intemperización de las rocas ígneas y metamórficas son casi todos no dispersivos, pero pueden ser erosionables, (por ejemplo, la arena limosa derivada de la granodiorita).
  • Suelos con un alto contenido orgánico probablemente no son dispersivos (esto necesita ser tratado con cautela, desde que muchos suelos tipo "algodón negro" son dispersivos).
  • Las áreas de producción con poca cosecha y el crecimiento mal desarrollado también pueden indicar suelos altamente salinos, muchos de los cuales son dispersivos. Sin embargo, los suelos dispersivos pueden también presentarse en suelos neutrales o en suelos ácidos y pueden apoyar al crecimiento frondoso del césped.

Erosionabilidad de suelos

La erosión es la degradación y el transporte de material o sustrato del suelo, por medio de un agente dinámico, como son el agua, el viento o el hielo. Puede afectar a la roca o al suelo, e implica movimiento, es decir, transporte de granos y no a la disgregación de las rocas, fenómeno conocido como meteorización. La erosión es uno de los principales actores del ciclo geográfico. El material erosionado puede estar conformado por:
  • Fragmentos de rocas producto de la meteorización mecánica (termoclastia, gelifracción, etc.) o formados por abrasión mecánica debida a la acción del viento, aguas o glaciares.
  • Suelos, en especial aquellos que han sido despojados de su cubierta vegetal por tala, sobrepastoreo o incendio.
Erosión de los Suelos Natural y progresiva: es la que se desarrolla alrededor de varios años y se desarrollan en torno de algo natural. Se le puede denominar erosión geológica. En esta erosión el proceso suele ser lento y se prolonga por millones de años, suelen intervenir la lluvia, nieve, frío, calor y viento. En los climas áridos es el calor que agrieta el suelo (pues este se expande) y el viento lleva granos de arena formando dunas y montes de baja altura. En este tipo de erosión los factores moldean perfectamente el paisaje, creando algo considerado hasta ahora bello e impresionante.

Causas de la erosión

    El makhtesh Ramon, en Israel, donde se aprecia erosión por colapso gravitatorio de sus márgenes.     Erosión por gravedad, (zona con polvo), en la Hoya de Guadix, España Los agentes son más eficaces en función dependiendo de qué tipo de tierra sea, la capa que la protege (hierbas, árboles, rocas, etc.), la cantidad de agua existente, el viento y su uso. Uno de los principales factores es el agua. Uno de los tres primeros factores puede permanecer constante. En general depende de que tan resistente sea la tapa vegetal, en las áreas de precipitación intensa, la arena se corre por las cuestas y se va por las corrientes del agua. En las zonas donde se encuentre más arcilla la erosión será de menor intensidad. Como la capa protectora de vegetación protege a la tierra de la erosión, cuando esta se retira (ya sea por desastre natural o la construcción de cultivos, carreteras, etc.) el riesgo de erosión se hace grande, pues hay un riesgo de que, sin su capa protectora, la tierra se corra por las pendientes y las corrientes de agua. Los caminos son los principales aumentos de riesgo en la erosión, la capa protectora de vegetación ha sido retirada y un camino sin drenaje a los lados produce que la capa de asfalto se levante poco a poco produciendo problemas al conducir, y por supuesto, problemas de erosión, en los caminos que se encuentran al lado de una pendiente sufren más riesgo de ser erosionados y producir los molestos hoyos llamados baches. Muchas actividades humanas retiran la capa protectora de vegetación, produciendo una erosión más acelerada. En los cambios de vegetación (como el paso de vegetación nativa a los cultivos) producen un aumento de la erosión produciendo que el suelo pierda sus nutrimentos y sea infértil e inservible. También depende el tipo de vegetación que se encuentre en el lugar, por ejemplo, una zona sin árboles sufre mucho, debido a que el árbol absorbe el agua y en su ausencia el agua se va sin ser absorbida en su mayor parte y llevándose con sigo la arena de la tierra. Además las hojas juegan un papel importante en la erosión, por ejemplo, un arbusto grande con hojas abundantes protege más el suelo de la caída de las gotas. Las gotas al caer sobre una hoja se desbaratan y se dispersan en forma de gotas más pequeñas, por el contrario, al caer al suelo las gotas desbaratan el suelo por su efecto corrosivo (una de las propiedades más interesantes del agua). La vegetación controla también la velocidad de la corriente de agua, entre más juntos estén los tallos de las plantas la velocidad de la corriente del agua será menor. Disolución en suelos Se define la disolución del suelo como la fase liquida del suelo y sus solutos provenientes de iones disociados de las superficies de las partículas del suelo y de compuestos solubles. Podría considerarse a la solución del suelo como el componente acuoso del suelo con una humedad equivalente a capacidad de campo. Químicamente es una solución diluida de electrolitos y compuestos orgánicos hidrosolubles y en equilibrio son algunos componentes sólidos y gaseosos. Actualmente no se discute que la solución del suelo el medio donde se dan los equilibrios de disolución de los sólidos del suelo y es donde la planta obtiene sus nutrientes inorgánicos. La validez de este concepto se ha probado experimentalmente con soluciones nutritivas hechas a igual composición a la solución del suelo. Esto se ha podido hacer gracias al desarrollo de programas para calcular las actividades de la solución del suelo

Disolución en rocas:


El proceso de erosión kárstica

    El agua se acumula en las líneas de debilidad de la roca caliza y disuelve el carbonato cálcico.     El Torcal (Antequera). Un karst se produce por disolución indirecta del carbonato cálcico de las rocas calizas debido a la acción de aguas ligeramente ácidas. El agua se acidifica cuando se enriquece en dióxido de carbono, por ejemplo cuando atraviesa un suelo, y reacciona con el carbonato, formando bicarbonato, que es soluble. Hay otro tipo de rocas, las evaporitas, como por ejemplo el yeso, que se disuelven sin necesidad de aguas ácidas. Las aguas superficiales y subterráneas van disolviendo la roca y creando galerías y cuevas que, por hundimiento parcial, forman dolinas y, por hundimiento total, forman cañones. Existen otras muchas formas kársticas según si estas formas se producen en superficie o por el contrario son geomorfológicas que aparecen en cavidades subterráneas. En el primer caso se denominan exokársticas:
  • Lapiaces o lenares, son surcos o cavidades separados por tabiques más o menos agudos. Los surcos se forman por las aguas de escorrentía sobre las vertientes o sobre superficies llanas con fisuras.
  • Poljés son depresiones alargadas de fondo horizontal enmarcadas por vertientes abruptas. Están recorridos total o parcialmente por corrientes de agua, que desaparecen súbitamente por sumideros o pozos y continúan circulando subterráneamente.
  • Dolinas o torcas son grandes depresiones formadas en los lugares donde el agua se estanca. Pueden tener formas diversas y unirse con otras vecinas, formando uvalas.
  • Gargantas son valles estrechos y profundos, causados por los ríos.
  • Cuevas se forman al infiltrarse el agua. Suelen formarse estalactitas a partir del agua, rica en carbonato cálcico, que gotea del techo, y estalagmitas a partir del agua depositada en el suelo.
  • Simas son aberturas estrechas que comunican la superficie con las galerías subterráneas.
  • Ponors son aperturas de tipo de portal donde una corriente superficial o lago fluye total o parcialmente hacia un sistema de agua subterránea.
Y en el segundo endokársticas (simas, sumideros, sifones, foibas, etc.).

La formación de estalactitas y estalagmitas

Cuando el agua, cargada de gas y piedra caliza disuelta en forma de bicarbonato cálcico, llega a una cavidad más grande que las fisuras por las que ha pasado (fisuras y diaclasas causadas por los movimientos tectónicos o por la crioclastia en superficie, por ejemplo), puede evaporarse lentamente y las sales disueltas en el agua llegan a cristalizarse en determinadas circunstancias, por ejemplo, al gotear desde el techo de una cueva hacia el suelo, formando estalactitas en el techo, estalagmitas en el suelo, columnas cuando estas dos formas llegan a unirse o, si se estanca en una cavidad, se pueden formar geodas.    

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