Factores geológicos que influyen en las propiedades de los suelos
CARACTERISTICAS Y ESTRUCTURACION DE LOS SUELOS
Las propiedades y características del suelo son enormemente variadas, de acuerdo al tipo de suelo y a la historia particular de la región donde se encuentra. Pero a grandes rasgos podemos identificar las siguientes características:
- Variabilidad. Los suelos presentan por lo general componentes poco homogéneos en su tamaño y constitución, por lo que a pesar de mostrarse como una mezcla homogénea, en realidad poseen rocas y elementos de diverso tamaño y diversa naturaleza.
- Fertilidad. La posibilidad de los suelos de albergar nutrientes derivados del nitrógeno, azufre y otros elementos de importancia para la vida vegetal, se llama fertilidad y está relacionada con la presencia de agua y materia orgánica y con la porosidad del suelo.
- Mutabilidad. Si bien los procesos de cambio del suelo son a largo plazo y no podemos constatarlos de manera directa, es verdad que se encuentran en constante mutación física y química.
- Solidez. Los suelos presentan distintas propiedades físicas, entre ellas la solidez y la textura: existen algunos más compactos y rígidos, otros más maleables y blandos, dependiendo de su historia geológica particular.
LA ESTRUCTURACION DEL SUELO
La estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las partículas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las partículas individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se denominan agregados. |
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La agregación del suelo puede asumir diferentes modalidades, lo que da por resultado distintas estructuras de suelo. La circulación del agua en el suelo varía notablemente de acuerdo con la estructura; por consiguiente, es importante que conozca la estructura del suelo donde se propone construir una granja piscícola. Aunque quizás no pueda recopilar toda está información por cuenta propia, los técnicos especializados del laboratorio de análisis de suelos podrán suministrársela después de examinar las muestras de suelo no alteradas que tome. Le podrán decir si la estructura del suelo es mala o buena (poros/canales capilares, red, etc.). También podrán ofrecerle información sobre el grado de circulación del agua o la permeabilidad.
TIPOS DE ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS
La estructura granular o simple: La estructura es propia de los suelos gruesos como las arenas y gravas, estando regida mayormente por las fuerzas de gravitación, sin que existan fuerzas de adherencia entre las partículas. las partículas se disponen apoyándose directamente una sobre las otras y cada partículas posee varios puntos de apoyo.
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Estructura apanalada o panaloide: Es típica de las partículas de grano pequeño que se sedimentan en un medio continua que normalmente es agua y en ocasiones aire.
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Estructura floculenta: Es observada en suelos menores de 0.02 mm, donde las partículas al tocarse se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas, en su proceso de sedimentación otras partículas se unen al grupo y forman un grumo.
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Estructura dispersa: Estructura de suelos finos como las arcillas, que algunas veces al sedimentarse tienden a formar una estructura de castillo de naipes, pero que tienen puntos de contacto mutuos y no llegan a formar los castillos porque se deforman.
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Estructura compuesta: Este tipo de estructura es el mas común y se define como un esqueleto mineral constituido por granos gruesos y por masas pequeñas llamadas coloides de flóculos que se unen entre ellos.
Cabe mencionar que este tipo de suelos presentan una textura fina, con un alto predominio de arcillas (45 % de arcillas, 30% de limo y 25% de arena).
- Arcillas Caolinitas (Estables)
En la construcción es usado como:
• Terraplén
• material crudo en la formulación de crisolita
• placas de vidrio• Usado para producir arcillas pesadas.
• En pistas para aterrizaje de aviones
• En mezclas termoplásticas para techar.
• Como relleno en linóleo y en cementos resistentes a los ácidos y refractarios.
• En cojines de fieltro para paneles o tableros de metal.
• En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar mezclas.
• En mezclas termoplásticas para techar.• En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava
- Arcillas ilitas
La illita es un mineral de la clase 9 silicatos, según la clasificación de strunz, del grupo de las micas. Es una arcilla no expansiva, micácea. La illita es un filosilicato o silicato laminar.
Estructuralmente la illita es bastante similar a la moscovita o a la sericita con algo más de silicio, magnesio, hierro, y agua; y ligeramente menos aluminio tetrahédrico y potasio interlaminar.
La fórmula química es (K,H3O)(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10[(OH)2,(H2O)], pero hay además considerable sustitución iónica. Se produce como agregados de pequeños cristales monoclínicos grises a blancos. Debido a su pequeño tamaño, la identificación certera usualmente requiere análisis de difracción de rayos X. La illita es un producto de la alteración o meteorización de la moscovita y el feldespato en ambiente de meteorización hídrica y térmica. Es común en sedimentos, suelos, rocas arcillosas sedimentarias, y en roca metamórfica. Se diferencia de la glauconita en sedimentos por análisis de rayos X.
- Arcilla motmorilonitas
Es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos.
Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon, y fue descubierta por el geólogo Gonzalo Preto (Investigador Argentino). Se caracteriza por una composición química inconstante. Es soluble en ácidos y se expande al contacto con agua. Estructuralmente se compone por una capa central que contiene aluminio y magnesio coordinados octaédricamente en forma de óxidos e hidróxidos. Dicha capa central está rodeada por otras dos capas. Las capas externas están formadas por óxidos de silicio coordinados tetraédricamente.
Para cimentación de construcciones es uno de los terrenos en los que se deben tomar más precauciones debido a su carácter expansivo. También posee propiedades tixotrópicas, lo que permite su utilización como lodos de perforación.
Sondeos preliminares
Este método de sondeo consiste en introducir una punta cónica dentro del suelo para así obtener la resistencia que puede presentar el suelo. Dependerá del tipo de terreno, ya sea estático o dinámico, para saber qué procedimiento y qué tipo de cono utilizar.
Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e inalterado.
El método de pozo a cielo abierto es el método más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo. Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para poder introducirse en él, examinar los diferentes estratos del suelo en su estado natural y extraer muestras alteradas e inalteradas.
¿Que es una muestra alterada?
Una muestra alterada es aquella que está constituida por material fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad.
¿Que es una muestra inalterada?
Muestras inalteradas, que son aquellas en las que se conserva la estructura y la humedad que tiene el suelo en el lugar donde se obtenga la muestra. Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen.
Perforacion con posteadora y barrenos.
A diferencia de los sondeos a cielo abierto, el método de perforación con posteadora únicamente permite obtener muestras alteradas, pero que basta para saber las características del suelo y la relación que tiene con la cantidad de agua, en un suelo plástico. Para obtener estas muestras se usan barrenos helicoidales y posteadores que son como dos palas muy cerradas en la parte baja las cuales tienen un agarre en forma de T, Esta herramienta se hace penetrar en el suelo haciéndola girar sobre el material.
Metodo de lavado.
Proceso de perforación
La perforación comienza con el hincado por percusión de un tramo de tubería de revestimiento de 1.5 a 3.0 m de longitud, en cuyo extremo se enrosca un acople especial de refuerzo de acero y sección robusta (zapata cortante) con extremo inferior cortado en chaflán, para facilitar la penetración sin daño de la tubería.
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Equipo de perforación por lavado. Hincado de revestimiento |
Una tubería de lavado (o barra de perforación) se inserta y desplaza en el interior del revestimiento. Luego, en el extremo inferior de ella se conectan por roscado las diferentes herramientas para perforación y toma de muestras.
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Equipo de perforación por lavado. Remoción de suelo por lavado y barrenado |
Penetracion Estandar.
El penetrómetro consiste en un tubo de acero en cuyo extremo se acopla una zapata afilada del mismo material. El tubo está cortado longitudinalmente para facilitar la observación y recuperación de la muestra. Si se estima necesario, se pueden usar canastillas para entrampar la muestra.
Procedimiento de campo
- Se hace un chequeo general de los niveles del motor de la perforadora. Esta actividad ha de realizarse diariamente al inicio de cada jornada.
- Se ubica con exactitud el punto a perforar.
- Se posiciona la perforadora, manejando el camión, de modo que el broquero en su movimiento vertical coincida con el punto a perforar.
- Con los gatos laterales, se nivela la plataforma de la perforadora. Para ello, el operador debe guiarse con los niveles que están acoplados a la consola de operaciones.
- Se levanta la torre de la perforadora con los controles ubicados en la consola de operaciones.
- Se posiciona el cárcamo para la circulación del fluido de perforación, y se prepara lodo bentonítico (mezcla de agua y bentonita).
- Se acopla manualmente el tubo partido a la cuerda del martinete.
- Se levanta el martinete con el malacate y la soga, y se ubica el tubo partido sobre el punto a perforar.
- Se aplican golpes con el martinete sobre el tupo partido, igualmente levantándolo con el cable manila, hasta que haya penetrado 60 centímetros. La operación debe detenerse si para un tramo de 15 centímetros se requieren más de 50 golpes, extrayendo la muestra que hasta ese punto haya recuperado el tubo partido.
- Se retira el tubo partido del barreno y se desacopla manualmente del martinete, o en caso de ser necesario, utilizando llaves stillson. El tubo se entrega al supervisor para que este extraiga, embolse y clasifique la muestra.
- Se lava con broca tricónica de 2 15/16” hasta la profundidad del terreno natural, para eliminar azolve. Para ello, la mencionada broca se debe colocar en la parte inferior de la columna de barras de acero, la cual se debe acoplar al broquero. Si es necesario se deben acoplar varias barras, siempre sosteniendo las inferiores con llave stillson, y ajustando la parte superior con el torque del broquero. También se debe hacer circular lodo bentonítico con el empuje de la Bomba hidráulica dispuesta para tal fin.
- Se retira la broca del barreno, desacoplando con llave stillson la columna de barras. Dicha columna de barras se levanta con un elevador deslizable atado a un cable de acero.
- Se acopla manualmente el tubo partido a la columna de barras y se introduce con la ayuda del elevador deslizable y llaves stillson en el barreno.
- Se repite el procedimiento de golpeteo con el martinete y extracción de la muestra, en todas las profundidades a estudiar, esto hasta que el sondeo se dé por terminado.
- El lodo de perforación debe sustituirse cuando se torna muy espeso o tiene alto contenido de arena, o si este se pierde por fracturas en el barreno. Lo anterior queda a juicio del operador.
Sondeos Definitivos.
Sondeo de tubo con pared delgada.
El proceso consiste en hincar el tubo en el terreno a una velocidad constante; después de hincado se deja por un minuto embebido en el suelo, se rota y se extrae. Finalmente, la muestra se clasifica, se rotula y envuelve para llevarla al laboratorio.
Perforación rotatoria para rocas.
La perforación rotatoria se utiliza para desarrollar pozos de observación y para adquirir muestras de rocas. Implica el uso de un cabezal de corte giratorio motorizado en el extremo de un eje que se introduce en el suelo a medida que gira. Para mantener frío el cabezal de corte, se requiere lubricación con agua, lodo o aire.
Los diferentes tipos de perforación rotatoria utilizados en las minas incluyen,
Perforación con barrena
La perforación rotatoria con barrena utiliza una broca de hoja simple montada en el extremo de un resorte giratorio de varillas para cortar y romper rocas en pedazos. Las rocas, cuando se rompen, se recogen en una barrena de cubo o en una barrena de tornillo. En la barrena de cangilones, las rocas rotas se recogen en un pequeño contenedor ubicado en la parte posterior de la barrena. Cuando está lleno, el contenedor se tira del suelo y se vacía. Para la perforación con barrena de tornillo, las rocas rotas se mueven a la superficie mediante una rosca de tornillo en espiral a lo largo de la sarta de varillas.
Perforación con broca de hoja
Este método de perforación rotatoria utiliza brocas para romper rocas reforzadas por la energía suministrada por un vástago de perforación giratorio. En una roca blanda, la broca corta y elimina las rocas mediante un proceso de arado/raspado. En una roca dura, la broca utiliza una acción de trituración y astillado para cortar y eliminar rocas. Las brocas utilizadas para esta forma de perforación rotativa utilizan aire comprimido o agua a alta presión.
Métodos Geofísicos.
Todos los métodos geofísicos estudian la repartición en profundidad de alguna determinada propiedad físico-química de las capas del subsuelo, o de alguna característica relacionada con dichas propiedades.
Método Sísmico.
El método sísmico consiste en el análisis de ondas sísmicas, provocadas por terremotos o explosiones. El movimiento vibratorio originado por la sacudida sísmica se resuelve en forma de trenes de ondas concéntricas que, partiendo del hipocentro o foco sísmico, se propagan en todas direcciones. La velocidad de transmisión de estas ondas es constante para un mismo medio, pero varía en función de la rigidez (entre otros factores) del medio atravesado.
De tal manera que, cuando las ondas se encuentran en su trayectoria un material diferente, cambian su velocidad. Este cambio de velocidad se conoce como discontinuidad y su presencia marca el tránsito de una capa a otra.
Cuando una onda cambia de medio se refracta, es decir, sufre una desviación en su dirección. Dado que con la profundidad, al aumentar la presión, cambian las propiedades del medio, las ondas sufren desviaciones infinitesimales que se traducen en trayectorias parabólicas (no rectilíneas). De igual forma, el valor de velocidad puede ir aumentando de forma gradual.
Método de resistividad eléctrica
En el método de resistividad eléctrica (método resistivo), las corrientes eléctricas generadas artificialmente se introducen en el suelo y las diferencias de potencial resultantes se miden en la superficie.
Las desviaciones del patrón de diferencias potenciales que se esperan de un terreno homogéneo proporcionan información sobre la forma y las propiedades eléctricas de las inhomogeneidades del subsuelo.
Aplicaciones del método de resistividad eléctrica
Los estudios geofísicos de resistividad por lo general se limitan a investigaciones de escala relativamente pequeña debido al trabajo involucrado en la plantación física de los electrodos antes de cada medición.
Por esta razón, los métodos de resistividad no se usan comúnmente en la exploración de reconocimiento.
Sin embargo, es probable que con la creciente disponibilidad de dispositivos de medición de conductividad sin contacto esta restricción ya no se aplique.
Los métodos de resistividad se usan ampliamente en las investigaciones geológicas de ingeniería de los sitios antes de la construcción (Barker 1997).
Los sondeos eléctricos verticales (SEV) son un método muy conveniente y no destructivo para determinar la profundidad de las rocas para propósitos de cimentación y también proporciona información sobre el grado de saturación de los materiales del subsuelo.
En el método de separación constante de desplazamiento (CST) se puede usar para determinar la variación en la profundidad de la parte superior de la roca entre los sondeos y también puede indicar la presencia de condiciones del terreno potencialmente inestables.
