LOS SUELOS

INTRODUCCIÓN

La Mecánica de los Suelos constituye una disciplina fundamental en las enseñanzas técnicas de Ingeniería Civil.

La Mecánica de suelos es una disciplina fundada formalmente por Karl Terzaghi en la segunda década del siglo XX, que tiene por objeto el estudio y la resolución de los problemas derivados de la aplicación de cargas en la superficie de la tierra (suelo) a través del conocimiento y aplicación de leyes físico-matemáticas. Si tenemos en cuenta que cualquier obra civil está construida sobre o en el suelo o incluso utilizando el suelo como material de construcción, queda patente la importancia de esta disciplina en el desempeño del ejercicio profesional de cualquier Ingeniero Civil.

La disciplina de la Mecánica de suelos tiene un gran contenido conceptual que ha de ser entendido y asimilado, para su posterior aplicación a la resolución de problemas reales. Sin embargo, la experiencia indica que algunos de estos conceptos resultan de difícil asimilación, más aún cuando estos contenidos se desarrollan prácticamente sin conocimientos previos de disciplinas como la hidráulica o la mecánica de medios continuos.

En el presente trabajo se muestra la caracterización de tamaños de partículas, lo que se denomina granulometría. Las granulometrías son básicas para el estudio de suelos. El mecanismo primario de creación de suelos es la erosión de rocas. Todos los tipos de rocas (ígneas, metamórficas y sedimentarias) pueden ser reducidas a partículas menores para crear suelo.

Por tal motivo el presente trabajo ha sido elaborado con la finalidad de desarrollar los aspectos más resaltantes del tema relacionado con los suelos, los cuales abarcan la cubierta superficial de la mayoría de la superficie continental de la Tierra.

El Génesis u Origen de los suelos

Los suelos cambian mucho de un lugar a otro. La composición química y la estructura física del suelo en un lugar dado, están determinadas por el tipo de material geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por la cantidad de tiempo en que ha actuado la meteorización, por la topografía y por los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas. Las variaciones del suelo en la naturaleza son graduales, excepto las derivadas de desastres naturales.

En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supra estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

El mecanismo primario de creación de suelos es la erosión de rocas. Todos los tipos de rocas (ígneas, metamórficas y sedimentarias) pueden ser reducidas a partículas menores para crear suelo. Los mecanismos de erosión dependen del agente, pudiendo ser físico, químico y biológico. Las actividades humanas como las excavaciones, explosiones y deposición de residuos y material pueden crear también suelos. A lo largo del tiempo geológico los suelos pueden ser alterados por presión y temperatura hasta convertirse en rocas metamórficas o sedimentarias, o volver a ser fundidos y solidificados, volviendo a ser ígneos y cerrando el ciclo de las rocas.

La erosión física incluye los efectos de la temperatura, heladas, lluvia, viento, impacto y otros mecanismos. La erosión química incluye la disolución del compuesto de la roca y la precipitación en forma de otro mineral. La arcilla, por ejemplo, puede formarse a través de la erosión del feldespato, que es uno de los minerales más comunes de las rocas ígneas. El mineral más común de la arena es el cuarzo, que es también un componente importante de las rocas ígneas y se le llama Óxido de silicio (IV).

En resumen todos los suelos del mundo son partículas más pequeñas provenientes de las rocas. Las partículas más grandes son denominadas gravas. Si las gravas se parten en partes más pequeñas pueden convertirse en arena, de esta al limo y de este a la arcilla, que es la división más pequeña.

El Suelo es la capa más superficial de la corteza terrestre, que resulta de la descomposición de las rocas por los cambios bruscos de temperatura y por la acción del agua, del viento y de los seres vivos, este es el proceso mediante el cual los fragmentos de roca se hacen cada vez más pequeños, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce con el nombre de meteorización.

Los productos rocosos de la meteorización se mezclan con el aire, agua y restos orgánicos provenientes de plantas y animales para formar suelos. Luego el suelo puede ser considerado como el producto de la interacción entre la litosfera, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. Este proceso tarda muchos años, razón por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables. En el suelo se desarrolla gran parte de la vida terrestre, en él crece una gran cantidad de plantas, y viven muchos animales.

Para entender la mecánica de suelos es necesario entender cómo actúan las tensiones normales y efectivas entre las distintas fases. Ni la fase líquida ni la gaseosa aportan resistencia significativa a tensión cortante. La resistencia de cortante del suelo proviene de la fricción y el bloqueo interno de las partículas. La fricción depende de las tensiones de contracto entre las partículas sólidas. Por otro lado, las tensiones normales se distribuyen por todo el fluido y las partículas. Aunque los poros de aire son relativamente compresibles, pero los poros llenos de agua no por lo que en caso de esfuerzo normal las partículas se reordenarán distribuyendo toda la tensión por los fluidos, juntando aún más las partículas.

Los Suelos poseen unos componentes. Que se pueden clasificar en inorgánicos, como la arena, la arcilla, el agua y el aire; y orgánicos, como los restos de plantas y animales. Uno de los componentes orgánicos de los suelos es el humus. El humus se encuentra en las capas superiores de los suelos y constituye el producto final de la descomposición de los restos de plantas y animales, junto con algunos minerales; tiene un color de amarillento a negro, y confiere un alto grado de fertilidad a los suelos.

Fase Sólida: Comprende, principalmente, los minerales formados por compuestos relacionado con la litosfera, como sílice o arena, arcilla o greda y cal. También incluye el humus.

Fase Líquida: Comprende el agua de la hidrosfera que se filtra por entre las partículas del suelo.

Fase Gaseosa: Tiene una composición similar a la del aire que respiramos, aunque con mayor proporción de dióxido de carbono (CO). Además, presenta un contenido muy alto de vapor de agua. Cuando el suelo es muy húmedo, los espacios de aire disminuyen, al llenarse de agua.

El Mecanismo de Transporte

Los depósitos de suelo están afectados por el mecanismo del transporte y la deposición hasta su localización. Los suelos que no han sido transportados sino que provienen de la roca madre que subyace por debajo de éstos se denominan suelos residuales. El granito descompuesto es un ejemplo común de suelo residual.

Los mecanismos más comunes del transporte son la acción de la gravedad, hielo, viento y agua. Los procesos eólicos incluyen las dunas de arena y los loess. El agua transporta las partículas en función de su tamaño y la velocidad de las aguas, de ahí la distribución granulométrica que aparecen en muchos ríos en función del punto donde se tome la muestra. Generalmente la arcilla y el limo se acumulan en las zonas más lentas del río, o en lagos y pantanos, mientras que las arenas y gravas se acumulan en el lecho de los ríos.

La erosión de los glaciares es capaz de desplazar grandes bloques de piedra y partirlos en su camino hacia la desembocadura. La gravedad también es capaz de transportar grandes cantidades de materiales desde la cima de las montañas a los valles. A estos depósitos formados en las faldas de las montañas se le denominan coluvión. El mecanismo del transporte también afecta a la forma de las partículas, por ejemplo, las partículas de los ríos suelen ser redondeadas y los coluviones suelen presentar fracturas frescas.

Formación de los Suelos

El suelo es resultado de la interacción de cinco factores: El material parental, el relieve, el tiempo, el clima, y los seres vivos. Los tres primeros factores desempeñan un rol pasivo, mientras que el clima y los seres vivos participan activamente en la formación del suelo.

El material parental o roca madre es el sustrato a partir del cual se desarrolla el suelo. De éste se deriva directamente la fracción mineral del suelo y ejerce una fuerte influencia sobre todo en la textura del suelo.

El clima influye en la formación del suelo a través de la temperatura y la precipitación, los cuales determinan la velocidad de descomposición de los minerales y la redistribución de los elementos; así como a través de su influencia sobre la vida animal y vegetal.

Los seres vivos (plantas, animales, bacterias y hongos) son el origen de la materia orgánica del suelo, y facilitan su mezcla con la materia mineral.

El relieve afecta a la cantidad de agua que penetra en el suelo y a la cantidad de material que es arrastrado, sea por el agua

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