Capítulo 12 METEORIZACIÓN Y SUELOS

Capítulo 12
METEORIZACIÓN Y SUELOS
1. ORIGEN Y CLASIFICACIÓN
1. 1. METEORIZACIÓ Y SUELOS RESIDUALES
1.1.1
GEERALIDADES
En la tierra actúan simultáneamente dos tipos de procesos: los procesos endógenos:
diastrofismo129 y vulcanismo130, los cuales intervienen desde el interior de la tierra
creando relieve. Por otra parte a través de los procesos exógenos que integran la
Gradación, se trata de nivelar o allanar el relieve de la tierra. Estos procesos
comprenden la meteorización, la erosión y la remoción en masa. El relieve que se
observa en la tierra constituye entonces el resultado del trabajo conjunto y antagónico
de fuerzas que crean relieve y fuerzas quo lo modelan.
Debido a la meteorización las primeras rocas que se formaron por endurecimiento de la
corteza primitiva, (primeras rocas de origen magmático), se desintegraron y se
descompusieron al quedar en contacto con la atmósfera. Los materiales sueltos y débiles
que resultaron de este proceso dieron origen a otros tipos de rocas y diferentes tipos de
suelos.
La meteorización comprende entonces un conjunto de procesos a través de los cuales las
rocas liberadas de los esfuerzos de confinamiento natural por denudación, o expuestas a
la acción de los agentes atmosféricos, principalmente la lluvia y la temperatura y los
gases (oxígeno, anhídrido carbónico y vapor de agua), con la contribución de la materia
orgánica, se desintegran o se descomponen. A los productos de la descomposición de
las rocas que yacen sobre su roca parental se les conoce como suelos residuales.
Los suelos residuales están conformados por un conjunto de niveles llamados horizontes
de meteorización, lo cuales tienen características diferentes. La composición varía según
el horizonte y la textura es en esencia saprolítica, con preservación de la estructura
original de la roca parental (textura heredada o relicta). Tanto la composición como la
textura definen el comportamiento de los diferentes horizontes del suelo residual e
ingeniería.
Por otra parte la desintegración y descomposición de las rocas forma un manto suelto e
inconsolidado llamado por algunos regolito.
Diastrofismo: conjunto de procesos mediante los cuales se deforme la corteza terrestre debido a fuerzas tectónicas.
De estas firerzasunas son predominantemente horizontales (orogenéticas); otras predominantemente verticales:
(orogenéticas)
130 Vulcanismo: como resultado de la actividad de los volcanes se originan montañas de ese origen
129
257
Los productos de este manto son transportados por el agua, el viento o el hielo, para
formar suelos transportados y si son transpuestos por gravedad, se forman depósitos de
gravedad como coluviones o talus. Las cenizas y otros suelos debidos a actividad
volcánica explosiva se les puede considerar suelos transportados por el viento.
El comportamiento de los suelos en ingeniería depende de características impresas a
través de estos procesos: los suelos residuales (mezclas de roca, saprolito y suelo)
forman horizontes donde se preserva algo de la estructura y otras características de la
roca parental.
Los suelos transportados presentan características diferentes según el tipo de agente de
trasporte que los haya formado: si son aluviales (transportados y depositados por el
agua), las partículas que los conforman se seleccionan por tamaños y la mayoría de las
veces forman capas con características diferentes; si son eólicos (trasportados y
depositados por el viento), son de tamaño arena (dunas) o tamaño limo con algo de
arcilla (loess); y si son glaciales (trasportados y depositados por el hielo) son muy
heterogéneos. Los depósitos de gravedad por su parte, conforman masas heterogéneas
de bloques roca y suelo, sin selección alguna.
1.1.2 METEORIZACIÓ FÍSICA
En la meteorización física las rocas se desintegran mecánicamente sin cambios en la
composición mineral.
Expansión y contracción térmica
Por calentamiento y enfriamiento cíclico repentino, (calor de sol y frío de la noche y
otras circunstancias), los minerales de muchas rocas se expanden y contraen
diferencialmente dando lugar a la desintegración mecánica de las rocas, debido a que los
coeficientes de dilatación y contracción cúbica de los minerales difiere mucho de un
mineral a otro.
Este proceso es común en los desiertos donde las rocas están desnudas y la temperatura
puede superar los 85°C con fluctuaciones medias de 50°C. En Colombia este fenómeno
se ha observado en regiones como Pescadero (Santander), en el cañon del río
Chicamocha. Allí en horas de la noche, se escuchan chasquidos de las rocas cristalinas
que se desprenden de los macizos.
Alivio por descarga
Muchas rocas expuestas en superficie estuvieron sepultadas en el pasado a más de
20.000 metros de profundidad y quedaron expuestas en los valles por denudación.
Debido a estos procesos la presión de confinamiento disminuye y las rocas sufren
agrietamientos de tensión en respuesta al alivio por descarga. Por este mecanismo se
originan las diaclasas de relajación que se observan expuestas en cortes altos de
carretera, con mucha frecuencia en taludes que exponen filitas, granitos y otras rocas
cristalinas. Estas diaclasas son abiertas y muy juntas y se aprecian en la cara de las
laderas más pendientes, especialmente cuando quedan expuestas en cortes de carreteras.
En estos sitios afectan un espesor variable de aproximadamente 15 a 20 metros, y
258
constituyen la casa principal de desprendimientos, deslizamientos de cuñas y separación
de lozas de roca.
En las masas graníticas aliviadas de carga por denudación la a la vez que se alivian de
carga se expanden diferencialmente, debido a que la parte mas expuestas se decompone
y al descomponerse se incrementa el volumen. Es decir que la roca de superficie, mas
expuesta a la descomposición, se expande y se separa de la sana; de esta manera
terminar por exfoliarse como una cebolla. A nivel regional en una zona de granito sujeto
a este proceso se forman colinas redondeadas conocidas como domos de exfoliación. El
mismo fenómeno se presenta en los bloques individuales de granito en un proceso
conocido como meteorización esferoidal. En este caso se forman grandes bolas de roca
que al separarse original depósitos de esas bolas conocidos en Antioquia como
organales. Estos depósitos plantean problemas espaciales en cimentaciones y
excavaciones para obras de ingeniería.
Desintegración por Hidro-fracturación
Al congelarse el agua que penetra en las fracturas, fisuras y aun poros de las rocas a
0°C, el volumen se incrementan en un 9%, originando presiones de expansión de
aproximadamente 200 Mpa, muy superiores a la resistencia de las rocas a la tensión.
Como consecuencia las rocas se fracturan dando lugar a grandes bloques angulares. Este
tipo de desintegración mecánica es muy efectivo pero solo opera en altas montañas
donde la temperatura oscila alrededor del punto de congelación.
Acción de plantas y organismos
Las raíces de los árboles penetran en las rocas a través de fisuras y grietas y como
consecuencia de su crecimiento en grosor y longitud agrandan las grietas donde
penetran y crean nuevas fracturas, aflojando las rocas.
Un papel similar desempeñan los pequeños roedores y los gusanos que penetran en las
rocas aflojando aun más los fragmentos sueltos a expensas de otros mecanismos.
Humedecimiento-secado cíclico
Las lutitas en general se fisuran y deslíen por cambios cíclicos de humedecimientosecado provocados por lluvia e insolación alternos. Al humedecerse estos materiales se
hinchan y posteriormente por desecación se contraen y agrietan. Por cambios sucesivos
debidos a lluvia y desecación las fisuras se propagan cada vez más profundamente en
los macizos de lutitas, principalmente de la variedad llamada shale.
1.1.3 METEORIZACIÓ QUÍMICA
Este proceso comprende la descomposición de las rocas con formación de nuevos
minerales, más livianos y débiles que los minerales originales.
A) Factores
En la Tabla I se mencionan los factores comunes del clima, la vegetación, la morfología
.y la roca misma, que favorecen la descomposición.
259
En regiones trópicales el efecto combinado del clima y la biota favorece enormemente
la formación de suelos residuales bien desarrollados y espesos.
En las zonas montañosas de la tierra, especialmente las afectadas tectónicamente en el
presente, la meteorización es inhibida por la tasa alta de denudación.
Dentro de los procesos de meteorización física el de alivio por descarga es el de mayor
interés debido a que afecta las laderas rocosas más abruptas donde se realizan
excavaciones de carreteras, trabajos de minería y otras excavaciones.
La estabilidad de muchos túneles viales con escasa cobertura lateral puede verse
amenazada por la presencia de diaclasas de relajación en la sección de excavación.
B) Procesos
Oxidación
Las rocas que contienen minerales ricos en hierro como olivino, augita, horblenda y
biotita, son atacados por el agua portadora de oxígeno en solución, dando lugar a
minerales como la Hematina, Fe2 O3 (color rojizo en las rocas)
En presencia de agua la oxidación de los minerales ricos en hierro da lugar a la Limonita
o Goetita FeO(OH) que es un óxido de hierro hidratado de color amarillento.
En una reacción interesante, la pirita se oxida en presencia de agua y forma limonita
con radicales sulfato y de átomos de Hidrógeno:
4 SO4 - - + Fe2 03 nH2O + 8H ++
. 2FeS2 +15/2 O2 + 4H2O
La oxidación de la pirita relaja calor y puede producir combustión espontánea en
escombros de minería. Se forma ácido sulfúrico.
SO4
- -
+ 2H+
H2 SO4
El ácido en solución en el agua disuelve la limonita así que los escombros de minería
poseen soluciones de hierro en ácidos sulfúrico que desbastan peces. Se detecta por el
piso amarillento en los canales de desagüe. Lo mejor es sellar las minas para evitar el
acceso del oxigeno.
Hidratación
Mediante esta se adiciona agua a la estructura molecular de un mineral como en el caso
del Sulfato de Calcio o Anhidrita Ca SO4 que al incorporar agua se convierte en yeso:
Ca SO4.2H2O Se trata de una reacción extremadamente lenta. La hidratación conlleva
incremento de volumen.
CaSO4 . 2H2 O
Yeso
CaSO4 + 2H2 O (revesible)
anhidrita
260
Tabla I FACTORES QUE CONTROLAN LA METEORIZACIÓN QUÍMICA
Factores
Agentes
Efectos
Climáticos
Temperatura
Las reacciones químicas son endotérmicas y por cada 10°C de incremento en la temperatura, la
velocidad de las reacciones químicas se duplica y aún se triplica (regla de .Van´t Hoff´s)
Humedad
El agua es el agente mayor, por cuanto disuelve las rocas y evacua las sustancias disueltas en el
proceso de drenaje.
Bióticos
.
Plantas
La cobertura vegetal protege el suelo ya formado de la erosión y en zonas tropicales produce
abundante materia orgánica que moviliza el hierro en el proceso de chelation.
Geomorfológicos
y topográficos
Edad del
relieve
En regiones jóvenes de la tierra como los Andes Suramericanos, aunque la velocidad de la
meteorización es muy alta, la denudación es muy agresiva e impide el desarrollo de los suelos
residuales en las regiones más agrestes.
El relieve
mismo
Por otra parte el relieve controla el drenaje, es decir, el movimiento del agua a través del subsuelo y
en superficie. Si hay un buen drenaje, el agua percola el subsuelo a través de las fracturas de las rocas
permitiendo el contacto con los agentes atmosféricos que producen la descomposición.
Los suelos residuales no se desarrollan bien en zonas con altos gradientes donde la denudación es
muy fuerte, ni en zonas de topografía muy suave o plana donde el drenaje es muy pobre.
Por otra parte si el relieve es fuerte las laderas se relajan con más facilidad favoreciendo el alivio de
esfuerzos y el fracturamiento inicial de las rocas.
257
Factores geológicos
Factores
cronológicos
Tipo de roca
Las rocas cristalinas (ígneas y metamórficas) son más susceptibles a la descomposición que las rocas
sedimentarias, las cuales al fin y al cabo están constituidas por minerales que son en su mayoría
productos de descomposición.
Un caso especial lo constituyen las calizas que se disuelven y forman cavidades de muchos tipos en
el subsuelo.
De las rocas cristalinas aquellas con abundantes minerales ferromagnesianos, ricos en calcio, hierro
y magnesio, como los Basaltos y los Gabros, son más susceptibles que la que poseen minerales ricos
en sílice, Sodio y Potasio, como los Granitos. El acceso del agua a las rocas es más fácil entre más
fracturadas estén.
El Ambiente tectónicos y el ambiente climático han cambiado en la tierra constantemente y en el
estudio de suelos residuales es importante tener en cuenta que los suelos de hoy pudieron ser
originados en otras condiciones ambientales.
258
Hidrólisis
Se trata del proceso más importante de descomposición de las rocas en climas
tropicales. El agua, en forma ionizada (H+ OH-), muy activa químicamente, ataca
minerales como los feldespatos y otros silicatos disolviéndolos. Los iones de hidrógeno
H+ reemplazan los cationes metálicos en la red cristalina y los iones OH- se combinan
con estos cationes desplazados para formar carbonatos y bicarbonatos que son
evacuados en disolución en el proceso de lixiviación (drenaje). El carácter de los
productos resultantes depende del ambiente de meteorización, en particular de la
facilidad con que son removidos los cationes, en virtud de la efectividad del drenaje y
del índice de acidez pH del agua, que en regiones tropicales oscila entre 5 y 7
aproximadamente.
Con base en varios estudios se propone el grado de movilidad siguiente:
(1) Mayor movilidad
(2) Movilidad media
(3) Movilidad mínima
Ca ++ Na + Mg ++ K +
K+ Mg++ Si++++ Fe ++ (ferroso)
Fe +++ (férrico)
Al+++
El Calcio y el Sodio se movilizan muy fácilmente en tanto que el magnesio y el potasio
pueden llegar a quedar en el sitio formando nuevos minerales. Por su parte la Sílica se
moviliza muy poco independientemente del pH.del agua.
La movilidad del Hierro y el Aluminio es de mucha importancia y se ha investigado
experimentalmente. El Hierro en estado ferroso, se evacua con relativa facilidad pero lo
más probable es que se combine con el oxígeno y pase al estado férrico. En este estado
es muy difícil de evacuar. En el laboratorio solo ocurre con Ph menor de 3,5, poco
común en ambientes de meteorización.
La movilidad del Aluminio (Al2 O3) solo ocurre experimentalmente con Ph alrededor de
4 o cerca de 10, también poco frecuente en el ambiente real.
En realidad los cationes de movilidad alta se evacuan con muy poco drenaje; los de
movilidad intermedia permanecen un tiempo en solución aunque el drenaje sea
abundante y se vuelven a depositar para formar nuevos minerales principalmente
arcillosos del tipo ilita (potásica) y montmorillonita (K, Mg, Fe). Por su parte, en el
Aluminio y el Hierro férrico permanecen en el sitio formando arcillas del tipo Caolinita
(Al), el hidróxido de hierro Al (OH) 3 conocido como Gibsita y el hidóxido de hierro
FeO (OH) llamado Goetita o Limonita.
Es decir que en ambientes poco drenados se encuentra montmorillonita, acompañada
por lo general de sericita y clorita, y en ambientes bien drenados, Caolinita acompañada
de Goetita y Gibsita.
La intensidad y profundidad de la descomposición es función de una mayor
precipitación, mayor temperatura, mejor cobertura vegetal, buenas condiciones de
drenaje, mayor susceptibilidad de las rocas a la descomposición y más prolongada
estabilidad del relieve. En la región tropical se dan estas condiciones en las regiones
259
tectónicamente tranquilas. En la zona de la región Andina tectónicamente activa, la
formación de suelos residuales es inhibida debido a esta circunstancia y los suelos
residuales se desarrollan muy poco donde la tasa de denudación es muy alta.
El procesos de Hidrólisis afecta principalmente a los feldespatos de las rocas cristalinas
como los granitos y otras rocas que posen estos minerales.
Algunas reacciones que pueden darse en la naturaleza en desarrollo del proceso de
hidrólisis son las siguientes:
4K Al Si3 O8 + 22 H2 O
Feld. Potásico
Al4 Si4O10 (OH)8+4K+ + 8H4SiO4 + 4OH caolinita
a. o
4Na Al Si3 O8 + 22 H2 O
Feld. Sódico
Al4 Si4O10 (OH)8+4Na+ + 8H4SiO4 + 4OH caolinita
a. o.
Al2 Si2 O5 (OH) 4 + n H2 O
Caolinita
Al2 O3 n H2 O +
bauxita (gibsita)
2 Si O2
Si bien la hidrólisis puede darse por el ataque de los iones de hidrógeno del agua en
estado ionizado (H+ y OH-) y sustitución de los cationes metálicos como Ca, Na, K, Fe
y Al, en los silicatos, esta sustitución es más efectiva por la presencia de iones de
hidrógeno adicionales en la naturaleza, provenientes del H2 CO3 (ácido carbónico) que
se forma por disolución de CO2 en el agua natural. Este ácido carbónico se ioniza
( H+ HCO3- ) y contribuye con más hidrógeno de sustitución.
Tarbuck y Lutgens (1999) citan el caso de la reacción del granito, compuesto
principalmente de cuarzo y feldespato potásico:
2 K Al Si3O8 + 2(H+ +HCO3-) + H20
Feldespato
ácido carbónico
Potásico
Al2 Si2O5 (OH)4 + 2K+
+2HCO3 Caolinita
iones: potasio y bicarbonato
agua
4 4SiO2
sílice
Los iones de potasio sirven de alimento a las plantas o forman bicarbonato soluble que
es lixiviado y evacuado por corrientes.
Además de formarse caolinita (arcilla muy común en el ambiente tropical) como
producto estable el agua subterránea extrae algo de sílice del feldespato, la cual se
disuelve y precipita formando nódulos en los sedimentos o llega al océano donde se
convierte en un material cementante o es alimento de minerales microscópicos que
incorporan esa sílice en sus caparazones. También los granos de cuarzo (muy poco
260
solubles) viajan al océano para formar los granos de las areniscas mientras que la
caolinita puede hacer parte de las lutitas.
Chelation
Se ha encontrado que en ambientes tropicales el hierro es evacuado por la acción de
ácidos orgánicos producidos por las plantas. Estos ácidos principalmente húmico y
félvico son producidos en el proceso de putrefacción de las plantas y tienen un marcado
efecto en la solubilidad del hierro liberado en el proceso de meteorización.
Carbonatación
El anhídrido carbónico CO2 de la atmósfera se disuelve en el agua lluvia y forma un
ácido débil llamado ácido carbónico (H2CO3) el cual reacciona con los carbonatos,
principalmente el CO2 para formar bicarbonato en solución. Estos bicarbonatos son
redepositados o arrastrados por las corrientes.
CO2 + H2 O = H2 CO3 (ácido carbónico)
CaCO3 + H2 CO3 = Ca++ + 2HCO3 (bicarbonato soluble).
La calizas se disuelven fácilmente en zonas tropicales por estos procesos originando
cavidades pequeñas y grandes, estas últimas llamada cavernas. En zonas donde existen
cavernas el agua superficial se infiltra para formar cauces subterráneos.
En proyectos de ingeniería es muy importante detectar la presencia en el subsuelo de
tubos y cavernas de disolución que conforman un patrón de drenaje subsuperficial
anómalo.
Cuando se construyó el túnel de carga del proyecto Chivor II en Colombia, la presencia
de este tipo de cavidades no se tubo en cuanta en el diseño. Al llenar el túnel, la presión
del agua lavó estas cavidades y el agua comenzó a escaparse por la ladera. El túnel
debió ser sometido a una costosa reparación.
Y el agua escapada provocó grandes presiones en la base de depósitos de coluvión que
cubren la roca provocando deslizamientos importante en el sitio de puente muros que
afectaron la carretera a Santa María.
Disolución
Muchos minerales como la sal y el yeso se disuelven fácilmente en el agua.
En la Tabla II se presenta en forma muy resumida los procesos y productos de
descomposición más frecuentes
261
Tabla II Algunos ejemplos de procesos y productos de descomposición
PROCESOS
Oxidación
DESCRIPCIÓN
EJEMPLOS
Reacción del los minerales ricos
en hierro con el oxígeno
disuelto en el agua. El hiero A partir de rocas ígneas básicas por
ferroso de muchos silicatos ejemplo se forma Hematita, Limonita
ferromagnesianos se oxida y o Goetita y Gibsita
pasa al estado férrico dando
lugar a óxidos e hidróxidos
insolubles.
Hidratación
Adición reversible de agua a La Anhidrita CaSO4. H2O
ciertos minerales
tranforma en Yeso CaSO4.
Hidrólisis
Acción del agua en estado Se forman las arcillas como la
iónico sobre los silicatos para Caolinita (silicato hidratado de
formar silicatos hidratados
Aluminio) o la montmorillonita
(silicato hidratado de K, Mg, Fe) y
las micas hidratadas como la
vermiculita, y la clorita.
El Anhídrido carbónico se
Carbonatación disuelve en el agua y forma
ácido carbónico el cual
reacciona con minerales ricos
en Ca, Mg, Na y K
Disolución
se
Mediante esta reacción se disuelven
las calizas. Se forman tibos y
cavernas de disolución en ambientes
húmedos
Ciertas substancias se disuelven
fácilmente en presencia del La sal es solubles en agua
agua.
1.1.4 HORIZOTES DEL SUELO RESIDUAL
Como resultado de la descomposición de las rocas se forma una secuencia de
horizontes cada uno de los cuales posee características físicas, químicas y mecánicas
diferentes. El paso de un horizonte a otro es gradual y el comportamiento es
característico para cada horizonte, dependiendo no solo del patrón estructural impuesto
por las proporciones de roca sana, saprolito131 y suelo residual; sino también de la
mineralogía desarrollada en cada horizonte.
131
Roca parcialmente descompuesta con consistencia de suelo pero apariencia de roca
262
Según una antigua concepción agronómica, en el suelo residual se reconocen tres
horizontes: HORIZONTE A, donde las partículas disueltas en el proceso de
descomposición, son removidas por las aguas de percolación hacia la parte inferior del
perfil (lixiviación). Se denomina Horizonte Eluvial y es generalmente poroso. En la
parte superior de este horizonte se concentra la materia orgánica donde se desarrolla la
vegetación. HORIZONTE B, en el cual se acumula el material eluviado de la parte
superior (Horizonte Iluvial) ; se caracteriza por ser algo cementado como consecuencia
del efecto aglutinante del hierro y el aluminio removido en estado de solución o
suspensión desde el horizonte superior. Debajo se sitúa el HORIZONTE C, que
corresponde a la Roca Madre, es decir, la roca parental. Basadas todas ellas en el
concepto agronómico descrito. (Figura1) Con base en esta concepción agronómica, en
geotecnia se reconocen 6 horizontes:
Horizonte VI Suelo Residual. (SR) Con nuevos minerales y sin vestigio de estructura
heredada de la roca parental. Corresponde a los horizonte A y B agronómico s.
Horizonte V
Roca Completamente Descompuesta. (RCD) Con nuevos minerales
pero con vestigios de la estructura heredada. Por presentar vestigio de la roca parental se
le llama Saprolito. (Saprofito Fino). Corresponde al horizonte C agronómico.
Horizonte IV Roca Altamente Descompuesta.(RAD) Parcialmente contiene minerales
producto de la descomposición, saprolito (S. Grueso) y pequeños fragmento de roca.
Horizonte III
Roca Moderadamente Descompuesta. RMD) Con alto porcentaje de
rocas (boques algo entrabados mecánicamente), y algo de saprolito (Meteorización
penetra algo los bloques) .
Horizonte II
Roca Débilmente Descompuesta, (RDD) con 100% de roca fresca
pero con oxidación en la cara de las diaclasas, debido a que éstas estan ligeramente
abiertas y permiten el acceso al agua. Es cecir que los bloques están algo sueltos.
Horizonte I
entrabados132.
Roca fresca (.o descompuesta), (RF) con bloques perfectamente
Desde el punto de vista de ingeniería se deben destacar algunos puntos:
Los 6 horizontes del perfil de meteorización raramente se desarrollan y en la
práctica se debe establecer cuáles de ellos se presentan en los sitios en
investigación. Las características de los horizontes y el grado de su desarrollo
Los bloques de roca no están necesariamente sanos; la roca puede estar muy fracturada o cizallada dentro de
una zona de falla.
132
263
dependen de la roca parental, el clima, la vegetación, la estabilidad del relieve y
el tiempo de exposición de las rocas a los agentes de descomposición.
No existen límites definidos entre un horizonte y otro sino una transición
gradual.
El comportamiento geotécnico de los horizontes (estabilidad de excavaciones y
cimentaciones, erodabilidad, dificultad de excavar los materiales (manualmente,
directamente con equipos pesados o con ayuda de explosivos) depende, tanto de
las proporciones de roca, saprofito y suelo residual en cada horizonte como de la
mineralogía, es decir que ambos aspectos deben ser investigados.
El Horizonte VI por ejemplo no tiene estructura heredada y posee abundante
arcilla y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. En los horizonte saprolíticos
V y IV se presenta estructuras heredadas, es decir que las masas de roca
presentan discontinuidades estructurales que deben ser analizadas. La
mineralogía es diferente de la del horizonte VI. El horizonte III es de transición
y de comportamiento algo complejo por esa razón. Los Horizontes I y II son
muy semejantes pero las manchas de oxidación del horizonte II sugieren que la
masa de roca posee diaclasas abiertas y en consecuencia esos bloques pueden
estar algo flojos. Estos puede ser de interés para alguien que diseña un túnel.
En la Figura1 se muestra una idealización del perfil de meteorización y en la Tabla III
se describen varios aspectos: los criterios de reconocimiento de los diferentes
horizontes, con base en la perdida de agua en las perforaciones, y el comportamiento de
cada horizonte respecto de estabilidad (excavaciones y fundaciones) y dificultad de
excavar.
1.1.5 IFLUECIA DE LA MIERALOGÍA
Es claro que las proporciones de roca, saprolito y suelo tienen una influencia importante
en la interacción puramente mecánica de estos componentes, ligada principalmente a su
resistencia y anisotropía. Pero el ingeniero debe saber interpretar además, el
comportamiento de los suelos residuales en cuanto a las propiedades mecánicas de los
minerales mismos presentes en cada horizonte. La mineralogía controla en gran parte
del tamaño, forma y propiedades físicas y químicas de los suelos y por tanto es decisiva
para comprender su comportamiento.
Los suelos en general contienen proporciones variables de minerales cristalinos
arcillosos y no arcillosos, materiales arcillosos no cristalinos, materia orgánica y sales
precipitadas.
264
Horizonte VI
SR
Horizonte V
RCD
Horizonte IV
RAD
Horizonte III
RMD
Horizonte II
RDD
Horizonte I
RF
Figura 1 Horizontes del perfil de meteorización
Aunque los minerales arcillosos no son los más abundantes, tienen una influencia
predominante en el comportamiento de muchos suelos presentes en taludes y
cimentaciones, donde se presentan, aún en una pequeña proporción.
SUELOS COHESIVOS
Las arcillas integran un grupo de silicatos hidratados de aluminio, con algo de magnesio
o hierro sustituyendo parcial o totalmente el aluminio, y con proporciones variables de
sodio, potasio, calcio y magnesio en algunas ocasiones; en climas tropicales y
subtropicales son producidas por descomposición de varios tipos de roca. Las partículas
de arcilla son muy pequeñas (menores de 2 micras) y tienen forma laminada.
Se clasifican como suelos cohesivos, debido a que su comportamiento depende
fundamentalmente de la interacción físico-eléctrica entre las partículas. La superficie de
estas partículas posee cargas negativas, suficientes para atraer las partículas adyacentes,
junto con los electrolitos disueltos en la capa adsorbida133 La plasticidad de estos
suelos y muchas propiedades relacionadas con la plasticidad, como la resistencia, la
compresibilidad y la expansividad, varían con los contenidos de humedad del suelo y el
tipo de electrolitos disueltos
133 Los electrolitos de sodio, potasio, magnesio, etc disueltos en el agua de los poros son atraídos hacia la superficie
de las partículas minerales, de tal manera que el agua situada en la inmediata vecindad de cada partícula tiene
propiedades distintas a las del agua normal, lo cual establece la diferencia entre agua absorbida y agua adsorbida.
265
Tabla III Comportamiento geotécnico de los horizontes del perfil de meteorización
VI SUELO RESIDUAL
Horizonte laterítico
V ROCA
No se reconoce fábrica relicta o
heredada; a lo sumo algo de
fábrica mineral. Retorno de agua
turbia en la perforación, sin
pérdida.
Sin fábrica relicta
Con fábrica relicta
Incompetente como material de fundación e
inestable en excavaciones, si no se provee
protección. Las fallas de taludes son
semejantes a las de otros suelos, es decir sin
control estructural.
Se puede excavar a mano.
Saprolito Fino
Incompetente como fundación de grandes
Roca decolorada muy deleznable estructuras; cortes
requieren protección
con fábrica relicta.
vegetal. Las fallas de taludes son semiRetorno de agua turbia en la controladas por la estructura heredada.
perforación, con algo de pérdida.
También se puede excavar a mano sin
dificultad.
V ROCA
Sin recobro
Con recobro, pero sin núcleos
DESCOMPUESTA
V ROCA
COMPLETAMENTE
DESCOMPUESTA
DESCOMPUESTA
V ROCA
ALTAMENTE
DESCOMPUESTA
V ROCA
DESCOMPUESTA
V ROCA
MODERADAMENTE
DESCOMPUESTA
V ROCA
DESCOMPUESTA
V ROCA
DÉBILMENTE
DESCOMPUESTA
ROCA FRESCA
Las fallas de los taludes son controladas por
Roca decolorada; los fragmentos la fábrica relicta o heredada.
se pueden desmenuzar aún con la
mano.
Pueden
recobrarse Se requiere parcialmente usar equipos
algunos núcleos de perforación.
pesados y explosivos en las excavaciones.
Pérdidas de agua de lavado.
Recobro de núcleos < (30%-40%)
Recobro de núcleos > (30%-40%)
Roca decolorada; los fragmentos
no pueden romperse con la mano
y los fragmentos presentan
meteorización penetrativa.
Se pierde casi toda el agua de
lavado si no se usa lodo.
Sirve como fundación de estructuras
pequeñas y puede usarse para relleno
semipermeable; su estabilidad en cortes
depende de su actitud estructural.
Requiere el uso de explosivos para
excavarse.
Con meteorización penetrativa
Sin metorización penetrativa
Estable como fundación de grandes
estructuras, las diaclasas abiertas y la
La roca es algo decolorada y posibilidad de que circule agua a presión por
presenta la apariencia de roca éstas, es desfavorables para la estabilidad de
fresca,
salvo
que
posee excavaciones.
meteorización superficial en las
diaclasas y fracturas
Requiere el uso de explosivos para
excavarse.
Con oxidación superficial
Sin oxidaciónsuperficial o muy
Estable como fundación; las fallas de taludes
poca
de corte están controladas estructuralmente.
Roca parental sana
Requiere el
excavarse
uso
de
explosivos
Tabla
266
para
DESCRIPCIÓ Y COMPORTAMIETO DEL PERFIL DE METEORIZACIÓ
SUELOS NO CHESIVOS
Las propiedades de los suelos no cohesivos, como arenas, gravas y algunos limos,
producidos generalmente por meteorización física, dependen más bien de la interacción
física entre las partículas, expresada más que todo en su estado de densidad. Sus
propiedades no cambian apreciablemente con el contenido de humedad.
Cuando provienen de rocas ígneas estos suelos contienen el 60% de feldespatos, 17% de
piroxeno de anfiboles, 12% de cuarzo, 4% de micas y el 8% restante de otros minerales.
También abundan entre los suelos no cohesivos la calcita y la dolomita en forma de
precipitados, en solución o en caparazones y conchas de origen orgánico.
Las gravas están constituidas esencialmente por fragmentos de roca, en tanto que el
cuarzo y el feldespato son los minerales más abundantes en las arenas.
1.1.6 MIERALES ARCILLOSOS Y OTROS SIMILARES
1.1.6.1 GEERALIDADES
Los minerales arcillosos pertenecen a la familia de los filosilicatos, junto con otros
minerales como serpentina, vermiculita, talco, clorita y sericita. Las arcillas están
constituidas por pequeñas láminas o escamas con fuerte carga negativa en superficie, lo
cual controla el intercambio de cationes dentro de la capa adsorbida. Esta circunstancia
y el contenido de humedad de las arcillas hace que la plasticidad en los suelos
cohesivos la plasticidad varía de una manera apreciable y con ello sus propiedades de
expansividad, resistencia al corte, comprensibilidad y conductibilidad hidráulica.
Las dos unidades estructurales en los filosilicatos son los tetraedros de Silica y los
octaedros de Alúmina (Figura 3). La diferente manera como se enlazan fisica y
químicamente estas unidades estructurales para formar láminas y conjuntos de láminas,
determina el tipo de arcilla y su comportamiento.
Varias unidades tetraédricas conforman una Lámina de Silicala ( Si4 O10) 4- en la cual, 3
de 4 oxígenos de cada tetraedro son compartidos para formar una red hexagonal. Las
bases de los tetraedros están todas en el mismo plano y sus puntas se orientan en la
misma dirección; su carga negativa puede ser neutralizada por el reemplazo de 4
oxígenos por hidróxilos o por la unión con láminas de diferentes composición con carga
positiva.
A su vez varias unidades octaédricas se combinan para formar Laminas de Gibsita. Al4
O10(OH)12 o Láminas con Brucita Mg (OH) 6 . En esta lámina el magnesio o el
aluminio se combinan con oxígeno o hidroxilo, o en algunos casos otros cationes como
el hierro y el manganeso pueden remplazar el aluminio (Bibsita) o el Magnesio
(Brucita).
Las láminas de sílica y Alúmina se combinan de diferente naturaleza para formar
distintos tipos de arcillas u otros silicatos hidratados laminados (Filosilicatos).
267
Figura 3. Unidades estructurales
1.1.6.2 CAOLIA – SERPETIA
Los diagramas de la Figura 4 muestran esquemáticamente la estructura de la arcilla del
grupo Caolinita, un silicato hidratado de Aluminio y de Serpentina, otro mineral de
alteración rico en magnesio; en la Figura 5 la correspondiente estructura mostrando la
distribución de la silice, el oxígeno, los hidroxilos y el aluminio en la red cristalina. Si la
capa octaédrica contiene aluminio (Gibsita), se origina Caolinita y si contiene
magnesio (Brucita), se forma Serpentina. En la Figura 6
se presenta una
microfotografía de la caolinita.
Figura 4. Esquema de la estructura de la caolinita y de la serpentina
268
Figura 5. Diagrama de la estructura de la Caolinita
Figura 6. Microfotografía de la caolinita
269
En la Caolinita un conjunto de dos láminas: una de sílica y una de alúmina forman una
capita 1:1 la cual se enlaza con capitas vecinas con Hidrógeno, constituyéndose así una
unión relativamente fuerte y estable.
Existen dos variedades importes de Caolinita: la Halosita (forma hidratada) donde las
capitas de Silica-alúmina están unidas por 4 moléculas de agua y la Metahalosita
(Forma no hidratada) que solo contiene 2 moléculas de agua. Estas variedades de
caolinita abundantes en ambientes tropicales, son particularmente problemáticas debido
a su baja densidad (debida a su estructura tubular) y a que al pasar de la forma hidratada
a no hidratada, se inducen cambios drásticos en el comportamiento en taludes y
rellenos. En las Figuras 7 y 8 se presentan la estructura de la haloisita y la
correspondiente microfotografía.
Las arcillas de este grupo son sensibles a la erosión pero relativamente estables en
fundaciones debido a su baja expansividad.
La variedad Haloisita es problemática en los rellenos debido a su baja densidad y
alto contenido de agua y en los taludes debido a su pérdida de resistencia cuando por
efecto de remoldeo se reduce drásticamente su resistencia.
Este tipo de suelo abunda principalmente en la Cordillera Central de nuestro país,
como producto de la descomposición de granodioritas, cuarzodioritas y rocas
semejantes, propias de zonas de batolitos como el Batolito Antioqueño.
Las Haloisitas en particular abundan en la misma Cordillera Central, como
producto de descomposición de las cenizas volcánicas.
La Serpentina es un mineral magnesiano, laminar, de color verde semejante a la
clorita, producido por descomposición de rocas ricas en magnesio como los basaltos
y diabasas. Se trata de un mineral inestable.
Figura 7. Esquema de la estructura de la haloisita hidratada y de la haloisita no
hidratada
270
Figura 8. Microfotografía de la haloisita
1.1.6.3
ESMECITA: MOTMORILLOITA-SAPOITA (ESTEATITA)
Este grupo de arcillas (Figura 9 y 10), corresponde a silicatos hidratados de Aluminio,
con proporciones variables de hierro, magnesio, calcio y otros cationes que pueden
sustituir al aluminio. Estructuralmente (Figura 11) una lámina de Gibsita se intercala
entre dos láminas de Silica (estructura 2:1) para formar capitas de tres láminas. En las
láminas de Gibsita el Aluminio 3+ puede estar sustituído por Magnesio 2+ o hierro 2+ .
De esta sustitución resulta una gran carga negativa que atrae agua y cationes metálicos
de Mg y Fe entre las láminas, formando un enlace débil e inestable.
Por esta razón estas arcillas son retracto-expansivas
Debido a su baja permeabilidad son erodables.
Es menos escasa de lo que se piensa en nuestro país. Se forman principalmente por
descomposición de rocas básicas en ambientes con escaso drenaje. Abundan en la
Costa Atlántica y en el interior del país, en ambientes con balance hídrico negativo,
es decir, mayor evaporación potencial que precipitación.
1.1.6.4 ILITA – VERMICULITA
En la arcilla Ilita, para algunos más bien una mica hidratada, se presenta una estructura
semejante a la de la montmorillonita solo que alguna Silice 4+ es sustituida por Al3+ lo
cual provoca adherencia de K+ entre las láminas, dando lugar a una unión estable
(Figura 12, 13 y 14).
Se forman principalmente por descomposición de feldespatos y abunda en muchas
rocas metamórficas y lutitas.
271
La Vermiculita, es una mica hidratada formada principalmente por alteración
hidrotermal de la biotita, a la cual se asemeja.
Es algo expansiva y muy inestable en taludes y cimentaciones.
Figura 9. Esquema de la estructura de la montmorillonita
Figura 10. Microfotografía de la montmorillonita
272
Figura 11. Diagrama de la estructura de la Montmorillonita
273
Figura 12. Esquema de la estructura de la Ilita y de la vermiculita
Figura 13. Microfotografía de la ilita
274
Figura 14. Diagrama de la estructura de la Ilita
1.1.6.5 OTROS MIERALES
Clorita
Esta hidromica, rica en Hierro y Magnesio, es el producto de descomposición de las
micas o resulta de alteración hidrotermal de rocas graníticas (Figura 15)
Sericita
(Variedad de moscovita)
275
Figura 15. Esquema de la estructura de la clorita
Talco
Mineral secundario producto de alteración de rocas ígneas máficas y ultramáficas como
gabro o peridorita.
1.1.7 SUELOS TROPICALES
1.1.7.1 GEERALIDADES
En un clima tropical la descomposición es intensa y el suelo residual se desarrolla hasta
una gran profundidad. Con abundante lluvia, alta temperatura, buen drenaje y relieve
estable, abundan las arcillas del grupo de la caolinita, los óxidos e hidróxidos de hierro
y aluminio; goetita, hematita y gibsita y arcillas especiales, no cristalinas provenientes
de suelos volcánicos jóvenes, conocidas como alofanas.
Según las condiciones climáticas del sitio y la profundidad en el subsuelo, en la zona
tropical se reconocen diferentes tipos de suelos, entre otros los siguiente:
1.
2.
3.
4.
5.
Suelos saprolíticos
Suelos Lateríticos
Suelos Andosoles
Suelos expansivos
Suelos colapsibles
276
1.1.7.2 SUELOS SAPROLÍTICOS
Estos suelos corresponden a los horizontes V (saprofito fino) y IV (saprofito grueso) del
perfil de meteorización, bien desarrolados en rocas plutónicas ácidas (granitos y
granodioritas principalmente) de regiones tropicales húmedas.
Estos suelos y el resto de suelos residuales plantean algunas dificultades para su
caracterización en ingeniería: (1) En el tamizado de estos suelos se corre el riesgo de
destruir su estructura original; (2) Es difícil aplicar los límites de Atterberg, puesto que
la porción que pasa el tamiz 40 (que separa el suelo de la fracción fina del suelo de la
fracción gruesa) es por lo general muy pequeña y por lo general no es representativa del
comportamiento total del suelo.
Otros problemas de caracterización se comentan adelante al tratar los suelos lateríticos y
los andosoles, los cuales en parte son saprolíticos.
.
En Colombia los suelos saprolíticos abundan en la cordillera Central y el macizo
Colombiano asociados a los cuerpos plutónicos como el Batolito Antioqueño, el
Batolito de Sonsón y los cuerpos plutónicos de las macizos de Ibagué y Garzón.
1.1.7.3 SUELOS LATERITICOS
El término Laterita se usó originalmente (Buchana ,1807), para designar suelos rojizos
que se endurecen irreversiblemente al quedar expuestos al aire. Recientemente, en
Francia (Duchaufour. 1982) desarrolló una clasifiación para suelos tropicales y
subtropicales, que considera 3 fases en la formación de suelos rojizos, según la
intensidad de meteorización en ambientes tropicales. (Tabla IV)
FASE
TIPO
SUELO
1
Fersialítico
2
Ferrisoles
ferruginosos
(transicional)
Subtropical
Ferralítico
Tropical
3
DE ZONA
Mediterránea,
subtropical
T.
(ºC)
13-20
Anual P (mm/a)
500-1000
Sí
1000-1500
Algunas
veces
>1500
No
20-25
>25
ESTACIÓN
SECA
ota: Las fases 2 y 3, corresponden a laterita joven y madura, respectivamente.
Tabla IV Esquema de los horizontes superiores del perfil de meteorización y fases
del suelo residual en varios ambientes climáticos.
277
En la Figura 16 se muestran los tipos de suelos que pueden encontrarse en un perfil de
meteorización, según se incrementan la precipitación y el grado de meteorización. Así
por ejemplo a partir de las micas; moscovita y biotita, se forman primero clorita y
vermiculita, con meteorización débil; con mayor lavado la vermiculita se transforma en
motmorillonita y ésta en caolinita, goetita y gibsita, a medida que se incrementa el
lavado y por tanto el grado de meteorización. Obsérvese también como las arcillas y los
óxidos provienen de manera similar, del feldespato potásico, el fesdespato Na-Ca y los
minerales ferromagnesianos.
En general en el ambiente tropical, según se incrementa el grado de meteorización se
disuelve mayor cantidad de sílice y se forman diferentes tipos de arcilla, óxidos e
hidróxidos. Inicialmente el feldespato se transforma en caolinita, hierro hidratado
(goetita) e hidróxido de aluminio (Gibsita); el cuarzo y la moscovita no se alteran o muy
poco. Cuando la descomposición continúa, decrece el contenido de caolinita, en tanto
que la Goetita y Gibsita se alteran a Hematita (Fe2 O3), Boemita), Al2O3.H2 O),
respectivamente, originándose así el color rojo característico de estos suelos en el
trópico. Cuando se desecan estos suelos se endurecen debido a la acción cementante de
los óxidos e hidróxidos.
La variedad más alterada es la Ferralítica y la menos alterada la Fersialítica. Así que en
un ambiente tropical, en el horizonte superior del suelo, puedo encontrar suelo
ferralítico, acompañado de caolinita y a una cierta profundidad aparecerá el suelo
fersialítico con montmorillonita. Estos cambios se reflejan en comportamientos
diferentes en ingeniería.
Los suelos ferruginosos o lateritas jóvenes tienen una plasticidad comprable a la de la
caolinita. Mientras que los suelos ferralíticos o lateritas maduras, con mayor efecto
aglutinante de los óxidos de hierro y aluminio y menos caolinita, son menos plásticos.
Los método tradicionales de clasificación de suelos basados en granulometría y
gradación no permiten predecir el comportamiento de estos suelos en
ingeniería. En la determinación de las propiedades índice se presentan algunas
dificultades: (1) la determinación de la distribución granulométrica es de limitada
utilidad en suelos lateríticos debido a debido a que depende del grado de secado y del
tratamiento del suelo antes y durante el ensayo. (2) Los métodos de preparación de la
muestra y procedimientos de laboratorio, pueden influir e manera muy significativa en
la determinación de las características de compactación de los suelos lateríticos,
dependiendo por ejemplo de la manera como se seque la muestra (estado natural, secada
al aire o secada al horno), con valores muy diferentes de la densidad máxima y de la
humedad óptima.
1.1.7.4 ADOSOLES
Los Andosoles son suelos jóvenes de grano fino derivados de la descomposición de
cenizas volcánicas recientes (Edades de 500 a 1500 años) Su nombre significa: suelos
oscuros (FAO-UNESCO, 1974); También se les llama andisoles (USA, JAPÓN), o
suelos alofánicos en Chile Y Argentina.
Están compuestos de vidrio volcánico, que se descompone fácilmente a causa de su alta
superficie específica. Por meteorización se forman mezclas de vidrio, alofana,
278
imogolita, haloisita, caolinita y masas de materiales amorfos semejantes a geles. En
climas tropicales se presentan además concentraciones de de óxidos de hierro (goetita) y
aluminio (gibsita). En la etapa temprana de meteorización se puede formar
montmorillonita.
La alofana es un silicato amorfo con alta porosidad, alta capacidad de intercambio
catiónico, alta capacidad de adsorción de agua y muy alta actividad química debido a la
alta superficie especifica. Cuando la haloisita se seca por tiempo prolongado en el aire
o a temperaturas superior a 60ºC, pierde parte de su agua interna (se convierte en
metahaloisita.) Esta deshidratación es inrreversible y las propiedades del suelo cambian
drásticamente. La alofana y la haloisita se presenta con más frecuencia en climas
húmedos con precipitación mayor de 1.500 mm/a, en climas tropicales. La fábrica de
los suelos volcánicos es de carácter granular, con agregados de partículas en racimos
que pueden estar cementados con sesquióxidos (gibsita por ejemplo).
Abundan en la zona cafetera de Colombia pero en otras regiones fuera de la tropical
también pueden presentarse (América Central, Chile, Argentina). Se observan como
horizontes de color marrón oscuro o negro, generalmente menos oscuro en climas
tropicales donde exhiben un color rojizo marrón. Presentan un contenido alto de
humedad natural, altos límites líquido y plástico y bajo índice de plasticidad. La
plasticidad se incrementa por amasado pero decrece con la desecación.
Los andosoles son otros tipos de suelos propios del clima tropical que no se pueden
caracterizar por los sistemas tradicionales.
Sus características de compactación varían ampliamente: el máximo peso unitario seco
de los andosoles, obtenido en ensayos de compactación tradicionales, tiende a ser
mucho mas bajo que el de otros suelos tales como la laterita y por lo general se plantea
un problema cuando se caracteriza este suelo con ensayos de compactación Proctor. En
primer lugar, se obtienen resultados diferentes secando la muestra al aire o en el horno:
el peso unitario seco puede variar de 9,5 kN/m3 a 11,5 kN/m3, si la muestra se seca al
aire o en el horno respectivamente. Además este peso unitario seco es por lo general
considerablemente más bajo que el contenido natural de estos suelos, de tal manera que
el criterio de compactación basado en el ensayo Protor no es aplicable en la practica.
Debido a su inusual composición, estructura y fábrica, estos suelos presentan un
comportamiento especial: aunque son relativamente estable en su estado no perturbado,
debido a su alto contenido de agua cuando son perturbados por amasado, se remoldean
y se vuelven semilíquidos, causando serios problemas de estabilidad en taludes y
cimentaciones.
Por otro lado los problemas de caracterización relativa a la compactación y su humedad
excepcionalmente alta, origina dificultades en el diseño y construcción de terraplenes.
Los Andosoles abundan también en las zonas volcánicas de la Cordillera Central de
Colombia, en casi toda lana Cafetera.
279
1.1.7.5 SUELOS EXPASIVOS
Son suelos que presentan un gran incremento de volumen en presencia del agua y una
fuerte retracción cuando se desecan. Este comportamiento plantea muchos problemas en
la construcción de edificios, carreteras, canales etc.
El grupo de la motmorillonita representa entre lar acillas, el de los suelos más
expansivos que se conocen debido a que poseen una alta capacidad de absorción con el
máximo comportamiento expansivo-retractil.
1.1.7.6 SUELOS COLAPSIBLES
Estos suelos conocidos también como metaestables, se encuentran en muchas partes del
mundo y se caracterizan por un repentino y enorme decrecimiento de volumen a
esfuerzo constante cuando se inundan. La colapsibilidad depende en primer lugar del
estado y el estado es función de los procesos de formación y de la historia geológica.
Muchos suelos pueden colapsar ejemplo, loes, coluviones, flujos de detritos y lodos,
suelos residuales, tobas volcánicas, materiales aluviales y rellenos construidos por el
hombre. El potencial de colapso se debe por lo general a tres condiciones: (1) estructura
abierta parcialmente saturada y potencialmente inestable; (2) los enlaces intergranulares
de cualquier tipo se pierden por humedecimiento (3) aplicación de esfuerzos
suficientemente mayores para colapsar la estructura. Los loes se reconocen entre los
suelos màs colapsibles que existen.
1.1.7.7 RCILLAS RAPIDAS O MUY SESITIVAS
La sensitividad se refiere a la perdida de resistencia no drenada que se puede desarrollar
por perturbación de la estructura de una arcilla. La mayoría de las arcillas exigen algo
de sensitividad . El término arcilla rápida se aplica a masas arcillosas que se
transforman rápidamente de un estado firme y coherente a la de un liquido viscoso. Este
tipo de suelos se inestabilizan muy rápidamente por sismos, trafico, vibraciones etc.
En las arcillas llamada muy sensitivas esta características es menos dramática.
1.1.7.8 EVOLUCIÓ
TROPICALES
DE
OTROS
MIERALES
E
AMBIETES
En la Figura 17a se puede apreciar el resultado de experimentos que muestran la manera
como se incrementa la solubilidad del hierro en función del pH, en presencia o ausencia
de ácidos orgánicos (Ong, Swanson y Bisque, 1970).
La solubilidad de ambos metales se incrementa con el aumento en concentración de los
ácidos orgánicos, independientemente del . pH de la solución.
280
Estos datos experimentales en el caso del Hierro explican la extracción de este catión
por reacción directa con los ácidos, independiente del pH, en el proceso conocido como
Chelation o Queluviación.
En la Figura 17b se puede observar como, en climas con precipitación baja abundan la
motmorillonita; y a medida que incrementa la precipitación aparecen sucesivamente la
caolinita y la goetita, en concordancia con lo expresado en la Figura 16.
En la Figura 18 se puede comparar el espesor y características del perfil de
meteorización para diferentes tipos de clima. Así por ejemplo en una zona de Taiga (un
clima sur ártico con escasa vegetación) donde la precipitación fluctúa entre 500 mm y
700mm y la temperatura es inferior a 10°C, con evaporación comprable a la
precipitación, no se forman hematita y gibsita; la caolinita es escasa mientras
proporcionalmente abunda la montmorillonita. La profundidad de la descomposición es
pequeña.
En contraste en la zona de bosque tropical con alta precipitación, por encima de los
1.800mm se presenta todos los minerales de alteración y el suelo residual es profundo,
es decir que abundan los suelos lateríticos junto con la caolinita en la parte superior del
perfil. Estos suelos abundan en la Cordillera Central de Colombia, junto con la haloisita
y la alofana, esta última asociada a los suelos volcánicos jóvenes.
281
Figura
16
evolución
mineralógica
según
incremento
de
la
precipitación
282
En la parte superior izquierda de la Figura 17 se aprecia la influencia de la materia orgánica en la extracción del hierro en
ambientes tropicales, mediante chelation; si no hay ácido orgánico el hierro no se moviliza, mientras que la movilización se
incrementa con la mayor concentración de ácido orgánico de 14% y 40%.
Figura 17: izquierda, reproducción del proceso conocido como chelation en el laboratorio; derecha, diferentes tipos arcillas y
óxidos que se producen a medida que se incrementa la temperatura
283
Desierto Polar
En los desiertos
polares y zonas de
tundra,
la
temperatura
es
mínima y la lluvia
escasa.
Descomposición
prácticamente
nula.
Tundra
En la zona de
Taiga, con balance
hídrico positivo, el
drenaje
es
aceptable.
Debido a la baja
temperatura,
la
vegetación y la
materia orgánica
son escasas.
Taiga
En
la
zona
semidesértica
y
desértica, debido a
la alta temperatura y
a la precipitación
muy
baja,
se
presenta un balance
hídrico
negativo,
con
muy
poca
infiltración
y
drenaje.
Bosque Tropical
Alta temperatura y lluvia abundante,
favorecen la infiltración y el drenaje,
con la formación de un bosque denso
que provee abundante materia
orgánica.
El proceso de deforestación conduce
a pérdida de cobertura y protección
lo cual reduce la infiltración y
favorece la escorrentía. En estas
condiciones la remoción en masa y la
erosión
prevalecen
sobre
la
descomposición y formación de
suelos residuales.
Descomposición
moderada.
Descomposición
Máxima descomposición.
prácticamente nula La estabilidad del relieve y la
cobertura
moderan
la
descomposición: es alta en regiones
tectónicamente tranquilas bien
protegidas.
SUELOS
DE SUELOS
SUELOS
DE FERRISOLES
Y
SUELOS
CLIMA POLAR FERSIALÍTICO DESIERTO
FERRALÍTICOS
S,
(ARIDISOLES)
FERRUGIOSO
S Y PODZOLES
Figura 18 Espesor y características del perfil de meteorización para diferentes tipos de clima.
284
1.2 SUELOS TRASPORTADOS
Se forman a partir del desalojo y acumulación de los productos de meteorización por
acción de los agentes de trasporte: agua, viento o hielo, dando lugar a suelos aluviales,
eólicos o glaciales, respectivamente.
1.2.1 Suelos Aluviales
Se les llama así a los depósitos formados por desalojo, transporte y acumulación de
detritos en los lechos de corriente, desde las laderas adyacentes de torrentes y ríos,
junto con detritos dispuestos por gravedad. Todos estos detritos son sometidos a un
tratamiento especial por las corrientes antes de disponerse en capas. Existen varios tipos
de suelos aluviales y muchas geoformas asociadas a estos distintos tipos de depósito.
Los ríos acumulan los depósitos que ellos mismos producen y aún pueden excavar en el
fondo de los lechos a través de estos depósitos.
Aspectos geomorfológicos.
Es conveniente introducir aquí algunos conceptos de morfología relacionado con el
trabajo de los ríos.
En realidad los ríos integran sistemas de corrientes y estos sistemas están conformados
por los ríos principales y los torrentes que les tributa.
En las partes altas del curso de un río el gradiente es muy fuerte y los torrentes socavan
el fondo de sus cauces produciendo fuerte erosión, por lo cual en su sección transversal
el torrentes tiene forma de “V “ muy cerrada y en un plano horizontal los cauces son
relativamente estables, es decir que sus orillas no se desplazan lateralmente. En esta
parte de la sección de un río los torrentes arrastran en forma muy agresiva la carga de
sedimentos que producen y los depositan en las orillas de los ríos conformando los
conos aluviales. Asimilando la evolución de los valles de los ríos a las vidas humanas, a
los valles de los torrentes, en los cuales predomina la erosión de fondo sobre otras
formas de erosión y sobre el depósito y las corrientes arrastran grandes cargas hacia los
ríos donde tributan, se les denomina como valles jóvenes.
En la parte media del curso de un río el gradiente disminuye notablemente y los ríos
socavan preferiblemente sus orillas. Consume su energía en desgastar progresivamente
las orillas de los cauces de tal manera que en la medida que el valle se amplia se va
rellenando con sedimentos tal como se describe en las figuras 19 y 20. A este valle se le
denomina Valle Amplio.
En esta sección los ríos acumulan Depósitos de Canal en todo el fondo de los valles
amplios y en las curvas externas de los meandros. Los depósitos están cubiertos por el
agua o pueden sobresalir formando pequeñas islas en forma de barras alargadas en la
dirección que fluye la corriente.
285
Por encima del nivel de las orillas de los ríos en esta sección media, el río puede excavar
sobre sus propios sedimentos en épocas donde se incrementa notablemente el caudal y
formar uno o varios niveles de terrazas que exponen estos sedimentos en sus taludes.
Cada nivel de terraza corresponde a un incremento del caudal del río.
La presencia de varios niveles de terraza en ríos Andinos, se pueden relacionar también
con pulsos orogénicos que han contribuido a la evolución del relieve en el pasado
geológico de estos ríos.
En la sección del valle amplio de un río se forman entonces: (1) Depósitos de canal
(fondo del canal y curvas externas de los meandros), dentro del lecho y (2) Depósitos
de terraza aluvial, adyacentes al canal por encima del lecho del río.
En el Valle Amplio el fondo del valle alcanza su máxima profundidad y debido a la
dinámica de los meandros, la socavación lateral es muy intensa. Se presenta un cierto
equilibrio o alternancia entre erosión y depósito. Teniendo en cuenta esta dinámica de la
corriente y el estado de evolución del cauce en esta sección del río, a un valle con estas
características se le conoce como Valle Maduro.
Aguas debajo de la sección de un valle maduro el gradiente es mínimo y el río solo es
capaz de arrastrar sus sedimentos. Allí la morfología es muy suave y las orillas de los
cauces de los ríos se distancian considerablemente. Cuando el río desborda sus orillas
en estos cauces debido a crecientes, se forman las planicies aluviales con depósitos de
sedimentos finos por fuera de sus márgenes. En esta sección los ríos se encuentran en su
etapa de Vejez.
Ya en su desembocadura los ríos penetran un poco en el mar conformando deltas donde
el río entrega sus aguas a través de canales digitados.
Tipos de depósitos aluviales
A continuación se describen con algún detalle los depósitos aluviales propios de las
diferentes secciones de un río
- Abanicos.
Cuando un torrente fluye de una parte alta y pendiente sobre el piso ancho y casi plano
del río en el cual tributa, el cambio abrupto de su gradiente provoca de manera brusca el
depósito de la mayor parte de su carga. Este tipo de depósitos se dispone en forma
progresivamente más amplia con un remate semicircular lobulado hacia aguas abajo y
con una pendiente relativamente suave. Se forma así un abanico a causa de la
distribución casi uniforme del material transportado sobre la superficie del depósito. En
su desembocadura, se obstruye transitoriamente el canal del torrente y se forman varios
canales que drenan en forma digitada el depósito. Cuando una parte del abanico ha sido
construido, la corriente deposita sedimentos en un sector más bajo y de esta manera se
va acumulando un amplio depósito simétrico.
286
Los abanicos son comunes en regiones montañosas, en la transición de laderas de
pendiente fuerte a terrenos más suaves y se les denomina también como "depósitos de
pie de monte" cuando son pequeños. En otros casos su extensión puede alcanzar varios
cientos de kilómetros cuadrados. (Figura 21). Varias poblaciones y ciudades de
Colombia como Villaviencio e Ibagué se han construido parcialmente sobre este tipo de
depósitos.
Figura 21 Abanico aluvial
- Depósitos de Canal.
En una cierta parte de los cursos de los ríos se forman curvas sucesivas. La corriente es
desviada hacia el lado externo de esas curvas, lo cual ocasiona socavación, y crea al
mismo tiempo una zona de depósito en la parte interna de esas curvas. (Figura 19) Éstas
se van ampliando y migrando hacia aguas abajo, dejando una extensa y amplia capa de
sedimentos (aluviones) en el piso de los ríos. En valles bien evolucionados a estas
curvas se les llama Meandros y a estos valles: Valles Amplios. La evolución de un valle
amplio se explica en la secuencia de esquemas de la Figura 20.
- Depósitos de Terrazas
Se forman cuando un río corta en una o más ocasiones sobre su propio lecho de
depósitos, debido a factores climáticos o de cambios en el nivel de base. (Figura 22)
287
Figura 22 Se observan dos niveles de terraza de origen aluvial. El río depósito en épocas de bajo
caudal y en épocas de aumento de caudal socavó estos sedimentos dejando expuestos los dos niveles
de terraza.
- Depósitos de llanura de inundación.
Una corriente cuyo nivel de creciente sobrepasa las márgenes de su canal habitual,
causa inundación en el piso adyacente al valle. Cuando el flujo excedente es obligado a
sobrepasar el borde del cauce, su velocidad es contrarrestada rápidamente, causando
depósito de detritos de grava y arena lo largo de los bordes próximos del canal anegado,
con espesor decreciente hacia afuera del mismo El depósito conforma pequeños lomos
en el borde del canal, los cuales permanecen allí después que ha cesado la inundación.
En estos eventos además, el piso del valle se recubre por un manto delgado de
sedimento fino. La parte del piso del valle afectada por las inundaciones se llama
Llanura de Inundación o Lecho mayor.
Figura 19- En los ríos la corriente
socava en la parte externa de sus
curvas y acumula en las parte interna
de las mismas. Estos depósitos
Se van acumulando en el lecho de los
ríos junto con los depósitos que
resultan del transporte y acumulación
de materiales desalojados por erosión
desde las laderas y cabeceras de las
corrientes tributarias y los depósitos
debidos a remoción en masa.
288
1
2
3
Figura 20 Secuencia de procesos para la formación de un Valle Ancho. En (1) las orillas son
socavadas en los bordes externos creando mayor curvatura; en (2) la corriente ha cortado un valle
amplio al desgastar las orillas hacia aguas abajo y (3) el valle ha sido ampliado proporcionalmente
al ancho de las curvas, llamadas ahora meandros. A medida que el proceso avanza el piso del valle
se va cubriendo de depósitos. En la condición (C) se trta ya de un Valle Maduro
- Depósitos Trenzados.
En muchas llanuras de inundación, las corrientes pierden velocidad, debido una
disminución brusca del gradiente (en un pie de monte, por ejemplo), o a la disminución
del caudal. En estas circunstancias las corrientes pierden energía y son obligadas a
depositar una buena parte de su carga, obstruyendo temporalmente sus canales. La
corriente es forzada a desplazarse por una red de nuevos canales que con el tiempo
forman un patrón trenzado.
- Barras.
Se le da este nombre a acumulaciones elongadas de arena y grava en el cauce de algunas
corrientes, en las cuales la carga de sedimentos no alcanzó a producir un patrón
trenzado. En algunas corrientes las barras se forman en el nivel de aguas bajas y son
retrabajadas (socavadas) en las próximas inundaciones, si bien en algunos casos
cambian su forma y posición, según las variaciones del clima.
- Deltas
Cuando la corriente en su desembocadura es contrarrestada por el agua estacionaria de
un océano o un lago, la carga se sumerge gradualmente formando un relleno que crece
hacia la masa de agua que recibe la carga. Cuando el relleno está cerca a la superficie de
agua, puede sobrepasar el nivel de esta superficie, creando un terreno de forma
triangular con su ápice hacia aguas arriba.
CARÁCTER DE LOS DEPÓSITOS ALUVIALES
Cualquiera que sea su forma original, los fragmentos y partículas transportadas por
corrientes se redondean a causa de la abrasión a que son sometidos en el transporte.
Además, debido al delicado equilibrio impuesto por la capacidad de transporte, los
fragmentos se clasifican según su tamaño y peso, a lo largo del cauce (clasificación
progresiva), como en cualquier punto de este, (clasificación local), segregándose
289
también mineralógicamente. Capas de cantos y gravas se intercalan con capas de arena
y éstas a su turno se intercalan con capas y lentes de limo y arcilla.
Las capas no son muy extensas a causa de que las corrientes cambian repetidamente las
condiciones del depósito; por esto, éstas yacen a diferentes ángulos de inclinación y
adquieren más bien un patrón interdigitado. La más cercana condición de uniformidad y
paralelarismo en la estratificación puede presentarse en la estratificación de las capas en
las llanuras de inundación, depositados con mínima turbulencia.
COMPORTAMIETO DE LOS SUELOS ALUVIALES E IGEIERÍA
El comportamiento en ingeniería de los suelos aluviales depende entre otros factores de
los siguientes:
1. De su relación con la roca parental
•
A diferencia de los suelos residuales los suelos transportados presentan capas
diferentes y límites bien marcados entre unas y otras.
•
La Fracción Fina de los depósitos aluviales corresponde a partículas de limo y
arcilla que resultan de la descomposición de las rocas y que poseen tamaños
menores de 0.06 mm de diámetro (caolinita, montmorillonita, ilita, vermiculita,
clorita, y otras partículas diminutas); mientras que la Fracción Gruesa corresponde a
partículas producidas por desintegración mecánica, que poseen un tamaño mayor
de 0,006 mm, y están constituidos principalmente de cuarzo o de fragmetos de
roca.
•
Por lo general, la Fracción Fina (arcillas) forma los suelos cohesivos, es decir
aquellos formados por laminitas pequeñas y livianas con alta superficie específica6
y fuerzas físico eléctricas más importante que las fuerzas de gravedad en su proceso
de sedimentación.
•
Por su parte la Fracción Gruesa (algunos limos, arenas y gravas) corresponde a la de
los suelos no cohesivos, en los cuales las fuerzas de gravedad son más importantes
durante la sedimentación que las fuerzas eléctricas entre partículas. En los suelos de
la fracción fina, su consistencia varía en la medida que cambia su estado de
humedad. El comportamiento de los suelos de la fracción gruesa depende en cambio
de su estado de densidad, el cual varía con la forma como está empaquetadas las
partículas.
2. Del tratamiento de las partículas en el procesos de transporte. En el caso de
los suelos aluviales las partículas gruesas se redondean y su textura se vuelve
muy suave al tacto.
3. De la selección progresiva (a lo largo del cauce de las corrientes) o local (en
una misma sección) de los tamaño de las partículas. Primero las partículas
finas se segregan de las gruesas y luego los depósitos se acumulan formando
6
Superficie específica: relación área/volumen
290
capas con fragmentos de tamaño semejante (capas de grava; lentes de arena etc.)
La consecuencia de la selección progresiva es que en las parte altas de los cursos
de agua, predominan los fragmentos gruesos (gravas y arenas por ejemplo)
mientras en las partes altas los finos (limos y arcillas). Por su parte la selección
progresiva influye en que en un mismo sitio se puedan encontrar secuencias de
capas con diferentes tamaños.
La selección de tamaños propia de los aluviones le permite al ingeniero de suelos
estudiar las características de las distintas fracciones, algo que no es posible en el caso e
los suelos residuales; sencillamente porque la naturaleza no los seleccionó por tamaños.
Además estos suelos, por conformar capas de composición relativamente uniforme, se
pueden tomar muestras y estudiar de manera relativamente fácil.
Los depósitos aluviales de la fracción gruesa (arenas y gravas) constituyen buenos
materiales de construcción de pavimentos, concretos, enrocados y para otros usos
bebido a que en el proceso de transporte los clastos se han desgastado de tal manera que
las parte más débiles de los fragmentos se han desprendido. Además estos tipos de
depósitos son renovables.
Constituyen además buenos materiales de cimentación de estructuras como puentes o
estructuras de carreteras, siempre y cuando no estén expuestos a socavación.
En excavaciones se mantienen más estables en taludes con fuerte inclinación. Los
depósitos de terraza y los abanicos planteas serios problemas de estabilidad si están
expuestos a socavación por corrientes.
En el caso de las terrazas una situación crítica de inestabilidad se presenta en regiones
donde estos depósitos conforman varios niveles expuestos por encima del lecho actual
de las corrientes, situación muy común en la región Andina.
Los aluviones finos ((limos y arcillas) pueden ser muy compresibles y débiles en
cimentaciones además de que los suelos de la fracción limo son muy susceptibles a la
erosión en cualquier tipo de estructura que no esté protegida.
En la Tabla V se presenta una apreciación muy general del comportamiento de los
suelos aluviales con diferente tamaño en ingeniería.
291
Tabla V Comportamiento suelos aluviales en Ingeniería
Tamaño
ARENAS Y
GRAVAS
LIMOS Y
ARCILLAS
Cimentaciones
Excavaciones
Uso
ESTABLES SI NO
ESTÁN SUJETAS
A SOCAVACIÓN,
O ESTÁN
PROTEGIDOS DE
LA EROSIÓN
ESTABLES EN
TALUDES CON
FUERTE
INCLINACIÓN
> ¼ H:1V
MATERIALES DE
BUENE CALIDAD
PARA
PAVIMENTOS Y
CONCRETOS
CONSTITUYEN
CIMENTACIONES
BLANDAS Y
COMPREIBLES
POR LO
GENERAL NO SE
EXPONEN EN
EXCAVACIONES
CORRIENTES. SI
ES DEL CASO,
SON INESTABLES
USO MUY
LIMITADO.
BUENOS COMO
MATERIALES DE
RELLENO, SI NO
POSEEN
PLASTICIDAD
ALTA
1.2.2 SUELOS EÓLICOS
Los depósitos eólicos son aquellos desalojados, trasportados y depositados por acción
del viento en zonas áridas donde la arcilla es escasa y las coberturas muy pobres. En
viento arrastra partículas de arena y de limo, las partículas de arena como carga de
fondo; estas partículas saltan y rebotan en la superficie del terreno, proceso conocido
como saltación eólica. El viento arrastra los granos de arena hasta que caen por
gravedad. Las partículas más finas de tamaño limo arrastradas por el viento son
transportada muy largas distancias en suspensión. El viento también puede arrastrar
algunas partículas de arcilla producida por descomposición, si bien este proceso es muy
escaso en los desiertos.
En su acción turbulenta el viento produce erosión bien sea por deflación: deja la huella
de la remoción de partículas sueltas; o por abrasión: los granos gruesos que arrastra el
viento actúan como herramienta de desgaste sobre otros granos o sobre las rocas
desprovistas de vegetación.
Desde el punto de vista geomorfológico y climático los depósitos eólicos son propios
del clima Seco: Árido y de Sabana. Dentro del clima seco, se considera el clima perenne
o estacionalmente seco. Los procesos geomorfológicos en estas regiones son semejantes
a los que ocurren en otras regiones climáticas y difieren solamente en frecuencia en
intensidad.
Las geoformas afectadas por estos procesos corresponden a Estepas, Praderas, Desiertos
(planicies, altiplanos, montañas).
292
DUAS
El viento arrastra en las regiones áridas, su carga de fondo que corresponde a las arenas,
y la deposita alrededor de cualquier obstáculo cuando las partículas se asientan por
gravedad. Estos depósitos son comunes en los desiertos: la arena se acumula formando
primero pequeñas colinas y luego crestas de mayor tamaño conocidas como dunas. Las
dunas tienen forma asimétrica con el lado de barlovento más empinado. Las dunas
crean muchas geoformas: Barjanes, acumulaciones aisladas semejantes a medias lunas;
dunas transvesales, largas crestas separada por depresiones, orientadas a ángulo recto
respecto de la dirección predominante del viento; y muchas más, dependiendo
principalmente de la manera cómo sople el viento.
Desde el punto de vista ingenieril las dunas constituyen depósitos relativamente sueltos
y algo migrantes. Las partes bajas de torres de trasmisión u otras semejantes pueden
estar sujetas a remoción y acumulación de arena lo que origina una constante
redistribución de carga que puede afectar la estabilidad de estas estructuras, inclusive
dejando al descubierto la cimentación lo cual es por supuesto más grave.
Las carreteras y caminos construidos en zonas de dunas están expuestos a ser invadidos
por la arena y si se realizan cortes, la estabilidad de estos cortes será muy precaria.
Los depósitos de dunas se pueden estabilizar sembrando especies herbáceas o plantas
algo mayores propias de las regiones desérticas o aglutinado la arena con aceite mineral.
Tratándose de estructuras costosas, éstas deben cimentarse sobre pilotes profundos,
por debajo del nivel de influencia del viento.
LOESS
Los depósitos de loess están formados por partículas tamaño limo acarreados en
suspensión por el aire en zonas desérticas o antiguas zonas glaciadas. El término loess
es de origen alemán y significa: suelto o inconsolidado.
Constituyen depósitos homogéneos de limo, no estratificados, extremadamente bien
sorteados, con espesores hasta de 100 m, que cubren muchas regiones áridas de la tierra.
La mayor parte de estos depósitos son debidos a la acción del viento en zonas
desérticas, antiguas zonas glaciales o zona aluviales de sabana. En muchos casos son
desalojados de su origen por corrientes de agua u otros medios o experimentan algo de
descomposición en cuyo caso se les conoce como loess secundarios.
Mineralógicamente los loess están conformados por cuarzo desmenuzado por abrasión
en antiguas zonas glaciadas con tamaño entre 20 y 60 µm algunos pueden ser calcáreos.
Los loess abundan en las pampas argentinas; allí provienen de la meteorización de
rocas volcánicas de la región Andina; debido a su origen contiene vidrio y plagioclasa.
293
Los loess son muy porosos; su plasticidad es escasa a moderada y su permeabilidad
mayor en la dirección vertical debido a que desarrollan una estructura tabular en esa
dirección (posiblemente moldes de raíces de plantas) y a que no forman capas como el
resto de suelos.
Los loess sobrecargados por estructuras, se pueden consolidar y sufrir asentamiento si
se humedecen; este comportamiento lo atribuye Krynine a que en algunos loess las
partículas de limo están rodeados de películas de arcilla que se lubrican y hace que las
partículas resbalen; otra explicación de este comportamiento es la remoción del escaso
cemento cuando se humedecen.
Resumen
LOESS: SE DEPOSITAN EN ESTADO MUY SUELTO Y SON MUY
POROSOS; DE BAJA PLASTICIDAD Y POSEEN MAYOR
PERMEABILIDA
EN
LA
DIRECCIÓN
VERTICAL,
DEBIDO
POSIBLEMENTE A QUE LAS RAICES SE PROPAGAN
PREFERENCIALMENTE EN EDA DIRECCIÓN. SON ADEMÁS MUY
SENSIBLES A LA EROSIÓN Y A LA CONSOLIDACIÓN CUANDO SE
HUMEDECEN.
DEBE PREVENIRSE LA CONSOLIDACIÓN EN EL CASO
CIMENTACIONES Y LA EROSIÓN EN EL CASO DE CANALES.
DUAS: SON DEPÓSITOS SUELTOS Y MIGRANTES DE ARENA EN
REGIONES DESÉRTICAS.
SE PUEDEN ESTABLIZAR CON VEGETACIÓN Y EN ALGUNIOS
CASOS CON EMULSIONES O ASFALTO POBRE.
DE
Figura 23 se muestra un talud de loess. En la cara de esta excavación se puede apreciar
cómo se revela el patrón de crecimiento vertical de raíces en la textura.
294
Figura 23 TALUD DE LOESS
1.2.3
DEPÓSITOS GLACIALES
ORIGEN:
EN EL PASADO GEOLÓGICO GRANDES MASAS DE HIELO CUBRIERON LA
TIERRA EN EL HEMISFERIO SEPTENTRIONAL Y LUEGO FUNDIERON
ABANDONADO EL MATERIAL QUE TRANSPORTABAN HOY DÍA OCURRE
LO MISMO CON LOS GLACIALES DE ALTA MONTAÑA. LAS MASAS DE
HIELO POSEEN CAVIDADES QUE SE LLENAN DE AGUA Y JUNTO CON EL
AGUA QUE FUNDE EN EL FONDO EN CONTACTO CON EL TERRENO MENOS
295
FRÍO LUBRICAN LA BASE DE LOS MANTOS FACILITANDO LA TRASLACIÓN
POR GRAVEDAD.
TIPOS
(1) TILL GLACIAL :
MATERIAL DEPOSITADO DIRECTAMENTE POR EL HIELO. A LAS
GEOMORMAS DE LOS DEPÓSITOS, SE LES LLAMA MORRE.AS
FRO.TALES Y TERMI.ALES, MORRE.AS LATERALES O MORRE.AS DE
RETROCESO, SEGÚN EL SITIO DONDE SE FORMEN RESPECTO DE LA
POSICIÓN DEL GLACIAL AL FUNDIR.
(2) ARREO ESTRATIFICADO O DEPOSITO GLACIO-FLUVIAL.
MATERIAL DEPOSITADO POR LAS AGUAS DE FUSIÓN. ESTOS
DEPÓSITOS SE FORMAN RELLENANDO GRIETAS (ESKERS) O
FORMANDO COLINAS CÓNICAS O IRREGULARES (KAMES)
CARACTERÍSTICAS GEÉTICAS:
EN EL PROCESO DE TRASPORTE NO SE PRESENTA NINGUN TIPO DE
SELECCIÓN NI TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES ACARREADOS,
POR LO CUAL ESTE TIPO DE DEPOSITOS ES MUY HETEROGÉNEO,
COMPARÁDOLO CON LOS ALUVIONES POR EJEMPLO
En la Figura 24 se muestra un glacial de montaña y en la Figura 25 el valle en U,
característico del paso de un glacial
En la Figura 26 se muestra cómo se firma una morrena frontal y en la Figura 27 un
suelo de origen glacial típico, muy heterogéneo.
COMPORTAMIENTO:
LOS DEPÓSITOS GLACIALES (BLOQUES Y FRAGMENTOS GRUESOS EN
GENERAL) CONSTITUYEN BUENOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
CUANDO LOS DEPOSITOS GLACIOFLUVIALES (GENRALMENTE RICOS EN
ARCILLA Y LIMO) CONCENTRAN MUCHA HUMEDAD, SON MUY
INESTABLES EN CIMENTACIONES O EXCAVACIONES, CON UN
COMPORTAMIENTO MUY SIMILAR AL DE LOS COLUVIONES.
296
Figura 24 GLACIAL DE MONTAÑA
Figura 25 VALLE GLACIAL
297
Figura 26 FORMACIÓN DE UNA MORRENA FRONTAL
Figura 27 DEPÓSITO GLACIAL: OBSEVA LA HETEROGENEIDAD Y LA
ANGULARIDAD DE LOS BLOQUES
298
1.3
DEPÓSITOS DE GRAVEDAD
ORIGEN:
Son depósitos de ladera formados por acción directa de la gravedad con alguna
contribución de los agentes de trasporte.
TIPOS
COLUVIÓ:
De las partes altas de las montañas, desde los macizos de roca, se desprenden
fragmentos de roca (tamaños de grandes bolos a gravas) junto con partículas
pequeñas de minerales (arenas, limo y arcillas) que se van acumulando poco a poco
en la parte media y baja de las laderas, creando acumulaciones en la parte media de las
laderas.
TALUS:
Se forman de manera similar a los coluviones solo que los fragmentos se desprenden
de escarpes formados por secuencias sedimentarias con capas horizontales o de las
contrapandientes estructurales de las secuencias sedimentarias.
CARACTERÍSTICAS GEÉTICAS:
En los coluviones los fragmentos más grandes son angulares y están embebidos en una
matriz de suelo fino. son matriz-soportados y cubren por lo general secuencias
sedimentarias. Su comportamiento está definido en gran parte por las características de
la matriz, lo cual es fácil establecer.
A diferencia de los coluviones, los talus poseen muy poca matriz y por lo general los
fragmentos que los conforman presentan entrabamiento mecánico, es decir, son clastosoportados. Su comportamiento está definido en gran parte por el entrabamiento de los
bloques, lo cual es muy difícil de establecer y valorar.
COMPORTAMIENTO:
Los coluviones son muy inestables en excavaciones y cimentaciones,
especialmente cuando su matriz es arcillosa, cubre rocas lodosas (lutitas) y están
mal drenados.
los talus son menos inestables gracias al entrabamiento de sus bloques.
una situación particularmente crítica se presenta en el caso de depósitos de
coluvión con matriz arcillosa, expuestos en laderas con fuerte inclinación
conformadas por lutitas desleíbles muy fracturadas y cizalladas, situación común
el carreteras de colombia en la cordillera oriental. la mayor parte de los
deslizamientos y flujos en estas carreteras se presentan en estos materiales.
299
Clasificación General de los Suelos
En la Tabla VI se presenta una clasificación general de los suelos indicando las
geoformas características que ayudan a identificarlos en imágenes (fotografías u otras )
o en el terreno
Tabla VI
Clasificación genética de los suelos
Origen
ombre de los suelos
ombres de las geoformas
Residual
Suelo Laterítico y Suelo Saprolítico
No tienen un nombre en particular
Transportado
Aluviones en el lecho o fuera de él
Llanura
-Aluvial
de
Inundación, Barras,
Terrazas, Abanicos, Deltas
Barras, lomas, otras
Transportado
Loess y Dunas
-Eólico
Transportado
Drift: Till (no estratificado)
Morrenas
- Glacial
Drift: Depósitos fluvioglaciales (con
Transportado-
alguna estratificación)
Eskers y Kames
Tefra: material piroclástico en general
Mantos y coladas de piroclastos
Volcánico
De Gravedad
Flujos de lodo volcánico y Lahares
Coluviones y talus
Geoformas de agradación
300