Colapsibilidad en suelos
Reginatto (1977) señala que, en general, los suelos colapsables presentan una serie de características comunes, tales como:
- Estructura macroporosa, con índice de huecos (e), entre relativamente alto, a muy alto.
- Granulometría predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el comportamiento mecánico de la estructura intergranular.
- Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas por espacios abiertos, y unidas entre sí por acumulaciones o «puentes» de material predominantemente arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o uniones arcillosas.
Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier disminución rápida de volumen del suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores:
- Contenido de humedad (w)
- Grado de saturación (Sr)
- Tensión media actuante (τ)
- Tensión de corte (σ)
- Presión de poros (u)
Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por una variedad de procesos diferentes de la saturación.
A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (1973,1974) clasifican a los suelos colapsables o desmoronables en:
- Grupo I: Suelos en los que tiene lugar un rápido cambio de la relación entre presiones efectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia última del material. De acuerdo con esto la causa del colapso es únicamente el cambio de las presiones efectivas. A este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad. Cuando se ensaya a humedad constante, se detecta una notable modificación de su módulo de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas.
- Grupo II: Suelos en los que, sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el colapso, no hay cambio abrupto en la relación presión-deformación. Tal es el caso de los loess y algunas arcillas que contienen sulfatos. Si se ensayan a humedad constante, la relación tensión-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros. La saturación produce, sin embargo, un importante cambio volumétrico, debido probablemente a un incremento de la presión de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al corte del suelo.
Compactación de suelos
Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.
El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo.
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. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación:
Clasificación de las maquinas de compactación
Clasificación de las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo:
1.- Por presión estática.
Trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos.
Maquinas que compactan por presión estática:
Apisonadoras de rodillos lisos.
Rodillos de patas de cabra.
Compactadores con ruedas neumáticas.
2.- Por impacto.
Trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas.
Maquinas que compactan por impacto.-
Placas de caída libre.
Pisones de explosión.
3.- Por vibración.
Trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos mas pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será mas o menos efectivo. Según propia experiencia y a titulo orientativo voy a ir hablando a continuación de los diversos tipos de maquinas, con expresión mas o menos concreta de los trabajos de compactación que a cada una de ellas se les debe encomendar.
Máquinas que compactan por vibración.-
Placas vibrantes.
Rodillos vibratorios.
Dispersividad en suelos
Los suelos dispersivos son aquellos que por la naturaleza de su mineralogía (donde existe una preeminencia de cationes de sodio) son susceptibles a la defloculación (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.
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.
Ensayos Químicos:
Estos ensayos analizan la composición química del agua de poros de una muestra de suelo para determinar su grado de dispersividad, entre éstos están:
Proporción de Absorción de Sodio (SAR): es un parámetro que refleja la posible influencia del Ion sodio sobre las propiedades del suelo. Se basa en una fórmula empírica que relaciona los contenidos de sodio, calcio y magnesio y que expresa el porcentaje de sodio de cambio en el suelo en situación de equilibrio
SAR= Na/ ( ( Ca+Mg)/2 ) 1/2
Ensayos Físicos:
El Ensayo de Crumb
El ensayo de Emerson Crumb (Emerson, 1967) fue desarrollado como un procedimiento simple para identificar el comportamiento dispersivo en campo, pero ahora es muy frecuente usado en el Laboratorio. Entrega una buena indicación del potencial de erodibilidad de los suelos de arcillas; sin embargo un suelo dispersivo puede a veces dar una reacción no dispersiva en el ensayo de Crumb. Si el ensayo de Crumb señala dispersión, lo más probable es que el suelo sea dispersivo.
El ensayo consiste en colocar una muestra de suelo en agua, observando la dispersión como el grado de nubosidad del agua, para luego clasificarlo de la siguiente manera:
Grado 1: Ninguna reacción
Grado 2: Reacción ligera
Grado 3: reacción moderada
Grado 4: reacción fuerte
El Ensayo del Doble Hidrómetro
Este ensayo implica dos ensayos del Hidrómetro en suelos tamizados a través del tamiz de 2.36 mm. Los ensayos del Hidrómetro son conducidos con y sin dispersante.
La dispersión en porcentaje es:
A x100/B
Donde
A = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo sin dispersante.
B = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo con dispersante.
La interpretación del porcentaje de dispersión es la siguiente:
Mayor que 30% es no dispersivo
Entre 30% a 50% es intermedio
Mayor al 50% es dispersivo
El Ensayo de Pinhole
La clasificación de dispersión de Pinhole, conocido también como el Ensayo de Pinhole, o el ensayo de Pinhole Sherard según Normas de la Asociación de Australia, 1980.
Este ensayo fue desarrollado por Sherard en 1976. Consiste en perforar un hueco de 1.0 mm de diámetro en el suelo a ser ensayado, y a través del agujero se pasa agua bajo diferentes cargas y duraciones variables. El suelo es tamizado a través del tamiz de 2.36 mm y compactado aproximadamente en el límite plástico a una proporción de densidad del 95 % (las condiciones a simular en un terraplén de presa con una fisura o agujero en el suelo).
Ensayo de Pinhole; la muestra de la izquierda se trata de un suelo dispersivo.
Soluciones a la dispersividad
Este tipo de suelos padece una destrucción de su estructura, y por tanto al disminuir su porosidad, utilizar el lavado para su corrección no es muy aconsejable, debido a la deficiencia de su drenaje. La recuperación, por tanto, tiene que ser abordada mediante la eliminación de sodio de cambio (rebajar el pH) aplicando yeso, cal viva, entre otros productos, que reaccionarían con el carbonato sódico, formando carbonato cálcico y sulfato sódico (álcali blanco).
Es necesario implantar cultivos, a ser posible de regadío y resistentes a las sales, así como la incorporación de enmiendas orgánicas.
La enmienda con yeso representa una alternativa adecuada para corregir problemas de suelos dispersivos. La adición de yeso, mediante la disminución del Na intercambiable, produce una recuperación en las condiciones físicas del suelo, repercutiendo en un incremento de la productividad de forraje y posibilitando una mejor utilización del fertilizante por parte del cultivo.
Erosión de suelos
La erosión del suelo –el proceso de arrastre de granos del suelo por la acción del agua o del viento– es cada vez más común en el mundo. Naturalmente, es uno de los principales actores del ciclo geológico, suele ser lento y se prolonga por millones de años. Es causado por diferentes factores climáticos: la precipitación mediante la lluvia y la nieve, el viento y los cambios en la temperatura. Estos factores físicos causan el desprendimiento y arrastre acelerado de las partículas de suelo –arcilla, limo y arena– por las corrientes superficiales de agua o el viento. Durante los últimos cincuenta años, la erosión se ha incrementado de manera dramática a nivel mundial, causando una degradación y deterioro irreversible que afecta a la biodiversidad, la agricultura, los sistemas de agua dulce, y la humanidad en general. El resultado final de la continua degradación de las tierras, su vegetación, más la erosión y pérdida de la capa superficial del suelo, es la desertificación.
Disolución de suelos y rocas
En este proceso los minerales se disuelven con el agua y son arrastrados por ella. Al disolverse, la roca desaparece poco a poco y termina por no quedar ni rastro de ella.
La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por la meteorización de las rocas. Los geólogos emplean el término meteorización de las rocas para describir todos los procesos externos, por medio de los cuales la roca experimenta descomposición química y desintegración física, proceso mediante el cual masas de roca se rompen en fragmentos pequeños. Esta fragmentación continua es un mero 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 firmemente soldados en grandes masas de roca compacta.
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.
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