Geotecnia: Suelos y Rocas - Descripción y Parámetros

Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
INTRODUCCIÓN A LA GEOTECNIA. SUELOS Y ROCAS.
DESCRIPCIÓN Y PARÁMETROS FUNDAMENTALES
DESCRIPCIÓN DE LOS SUELOS
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
© Structuralia, 2019
2
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
ÍNDICE
ÍNDICE........................................................................................................................................................................... 3
1. EL SUELO- CONCEPTO Y FORMACIÓN ................................................................................................................ 4
1.1 Presentación y objetivos ........................................................................................................................................ 4
1.2 El suelo. Concepto y Formación ............................................................................................................................ 5
2. EL SUELO- TIPOS DE SUELOS Y DEPÓSITOS SEDIMENTARIOS .................................................................... 20
2.1 Tipos de suelos ................................................................................................................................................... 20
2.2 Depósitos sedimentarios ..................................................................................................................................... 24
3. SUELOS GRANULARES – GRAVAS Y ARENAS ................................................................................................. 36
3.1 Introducción y generalidades ............................................................................................................................... 36
3.2 Las gravas ........................................................................................................................................................... 38
3.3 Las arenas ........................................................................................................................................................... 42
4. SUELOS COHESIVOS- LIMOS Y ARCILLAS ........................................................................................................ 51
4.1 Introducción y generalidades ............................................................................................................................... 51
4.2 Limos ................................................................................................................................................................... 57
4.3 Arcillas ................................................................................................................................................................. 64
5. SUELOS COHESIVOS- ESTRUCTURA, TIPOS Y PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS..................................... 74
5.1 Introducción ......................................................................................................................................................... 74
5.2 Unidades básicas de la estructura de las arcillas ................................................................................................ 74
5.3 Principales tipos de arcilla ................................................................................................................................... 79
5.4 Estructura de las arcillas...................................................................................................................................... 86
5.5 Propiedades de interés geotécnico de las arcillas ............................................................................................... 94
3
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
1. EL SUELO- CONCEPTO Y FORMACIÓN
1.1 Presentación y objetivos
Bienvenidos al primer módulo del Máster de Geotecnia de Structuralia. En este módulo, el
objetivo es que el alumno estudie y aprenda los conceptos fundamentales de suelo y roca,
que son los elementos naturales principales en los que se sustenta la Ingeniería Geotécnica
(o simplemente Geotecnia) o Ingeniería del Terreno y que constituyen la base de la Mecánica
del Suelo (Soil Mechanics en inglés) y la Mecánica de Rocas (Rock Mechanics en inglés)
respectivamente. Por tanto, es imprescindible conocer y comprender bien las características y
propiedades de estos dos elementos, así como las principales y significativas diferencias entre
ellos, puesto que su comportamiento es radicalmente distinto, siendo necesario emplear
métodos y técnicas de análisis, diseño, cálculo y estudio distintos para cada uno de ellos.
Como concepto inicial principal en el marco de este módulo, es importante resaltar que el
término “terreno” es mucho más amplio y general que los términos “suelo” y “roca” (que son
más precisos). Un terreno puede estar formado por suelos, rocas o ambos, por lo que este
término no debe emplearse como sinónimo de suelo o de roca, debiendo matizarse siempre a
qué tipo de terreno nos estamos refiriendo.
Este primer módulo, al igual que el resto de los módulos del Máster de Geotecnia, se
estructura en cuatro unidades. Cada una de estas unidades consta de cinco sesiones, siendo
el total de veinte sesiones por módulo (sin contar esta primera sección de introducción y
presentación al módulo). De estas veinte sesiones, las primeras diez se dedican al estudio de
los suelos, y las diez siguientes al estudio de las rocas. Dado que este programa está enfocado
a la Geotecnia o Ingeniería del Terreno y no a la Geología, la parte descriptiva de tanto suelos
como rocas se ha desarrollado con el objetivo de que el alumno adquiera unos conocimientos e
ideas claros sobre los diferentes tipos y clases de estos elementos, pero sin el excesivo detalle
(como correspondería a un programa dedicado a la Geología) que nos impediría dedicar el
tiempo (y el espacio) necesario al estudio y al aprendizaje de las propiedades, características y
sistemas de clasificación de suelos y rocas que resultan imprescindibles para el eficiente
desempeño de las labores y funciones del profesional dedicado a la Geotecnia/Ingeniería del
terreno, ya sea en su vertiente de Mecánica de Suelos o de Mecánica de Rocas.1
1
Francisco A. Izquierdo Silvestre, Cuestiones de Geotecnia y Cimientos, Editorial Universidad
Politécnica de Valencia, 2001 (2005). Ref 2001.4202.
© Structuralia, 2019
4
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Así pues, en base a lo anterior, tanto las diez sesisones dedicadas a suelos como a rocas
empiezan con una descripción de estos elementos, para después dar paso a los capítulos en
los que se estudian sus principales magnitudes, propiedades y características, siendo estas
sesiones de carácter más cuantitativo, ingenieril, numérico y técnico que las anteriores, de tipo
más descriptivo y cualitativo.
1.2 El suelo. Concepto y Formación
1.2.1. Definición y concepto de suelo
De manera simplificada, pero suficiente para el alcance de este módulo, puede decirse que la
Tierra está formada por tres capas bien definidas: la corteza, el manto y el núcleo. La corteza
es la capa más superficial de las tres, con un espesor de unos 30-35 kilómetros en los
continentes y de 5-6 kilómetros bajo los océanos. Los materiales que componen la corteza
terrestre son los suelos y las rocas, siendo ambos los materiales más antiguos conocidos y
utilizados por el hombre. Tal y como se ha mencionado anteriormente, tanto suelo como roca
constituyen el TERRENO, que para el profesional de la Geotecnia o Ingeniería del Terreno es
un material de construcción por medio del cual, sobre el cual y en el cual construye sus
estructuras (puentes, edificios, carreteras, túneles, etc.), que deben diseñarse para constituir un
conjunto o unidad inseparable, integral, funcional y estética en la que ambos elementos
(terreno y estructura) interaccionen de forma uniforme y solidaria. El terreno también es el
medio en el que el hombre lleva a cabo otro tipo de actuaciones (también encuadradas en el
ámbito de la Geotecnia) como pozos, bombeos, tratamientos del terreno, minería y
prospecciones petrolíferas, entre otros.
Las rocas suelen encontrarse tanto en superficie como en profundidad sobre la corteza
terrestre. Por su parte, los suelos se encuentran en cotas más superficiales de la corteza,
llegando únicamente hasta una cierta profundidad, que en ocasiones puede ser de cientos de
metros. Independientemente de cuál sea la profundidad a la que llegue el suelo en cualquier
punto de la corteza terrestre, a partir de un determinado nivel siempre encontraremos roca por
debajo del suelo. Así pues, podemos afirmar que, por debajo del suelo (que puede estar
compuesto de distintas capas o estratos), siempre llegará un momento en el que encontremos
roca de un determinado tipo (o de clases distintas, según la profundidad).
5
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
La distinción entre suelo y roca no siempre es sencilla, tal y como corresponde a dos
elementos que mantienen una muy estrecha relación entre ellos, dado que los suelos resultan y
provienen, tal y como veremos, de la alteración y descomposición física, química y biológica de
las rocas. Esta dificultad en diferenciar entre estos dos elementos radica en que pueden existir
suelos muy duros (que podrían considerarse como rocas blandas) así como rocas muy blandas
(que podrían considerarse como suelos muy duros), quedando la frontera entre ambos, tal y
como puede imaginarse, muy poco clara y definida.
Una primera aproximación, desde el punto de vista de la ingeniería geotécnica (no de la
geología) a la diferencia entre suelo y roca, muy útil y sencilla conceptualmente y apropiada en
multitud de casos, es la definición de suelo dada por Karl Terzaghi, considerado generalmente
como el padre de la Mecánica de Suelos2. Según este autor, se puede considerar suelo a todo
material de las capas más superficiales de la corteza terrestre que puede clasificarse como un
agregado natural de partículas minerales conectadas por fuerzas cohesivas (o de contacto)
débiles y no necesariamente permanentes, separables por medios mecánicos de poca
intensidad y energía tales como agitación en agua, una pala o incluso la acción de la mano del
hombre. Por el contrario, también según Terzaghi, las rocas serían agregados naturales de
partículas minerales conectadas por fuerzas cohesivas (o de contacto) fuertes y permanentes,
situadas en las capas superficiales y/o más profundas de la corteza terrestre, siendo
necesarios medios mecánicos de gran intensidad y energía como explosivos, martillo hidráulico
y taladros (entre otros) para poder separarlos3.
La definición anterior demuestra, tal y como se ha dicho anteriormente, que la frontera entre
suelo y roca no está claramente definida y establecida, sino que en muchos casos es arbitraria,
puesto que los términos “permanente” y “fuerte” pueden estar sometidos a diferentes
interpretaciones. Aunque la definición proporcionada por Terzaghi suele estar aceptada
globalmente entre los profesionales de la geotecnia, su uso no es del todo universal.
2
Sanjay Kumar Shukla, Core Principles of Soil Mechanics, ICE Publishing, ©Thomas Telford
Limited 2014.
3
Karl Terzaghi and Ralph B. Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd Edition, John
Wiley & Sons, 1967.
© Structuralia, 2019
6
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Para el geólogo, por ejemplo, puesto que los suelos provienen de la descomposición y
alteración de las rocas (tal y como veremos), el término “roca” hace referencia a todo material
que constituye la corteza terrestre, independientemente de la magnitud de la fuerza de contacto
entre las partículas minerales que lo integran, mientras que el término “suelo” hace referencia
solamente a la porción de la corteza terrestre que puede soportar vegetación3
La dificultad a la hora de distinguir entre suelo y roca es la responsable de que algunos autores
consideren que, aunque está muy arraigado en el campo de la ingeniería del terreno
(geotecnia), es inapropiado distinguir entre suelos y rocas. Lo procedente y lógico, según estos
autores, sería hablar exclusivamente de rocas con unas determinadas características
dependientes de su constitución y contenido en agua. Así pues, las disciplinas de Mecánica de
Suelos y Mecánica de Rocas deberían englobarse en una sola denominada Mecánica del
Terreno (concepto que abarcaría tanto a los suelos como a las rocas), puesto que tanto los
suelos como rocas son en realidad el mismo elemento, es decir, rocas4. Esta visión, que no
considera la distinción radical entre suelos y rocas, es propia del ámbito y del dominio de la
geología.
Sin embargo, desde el punto de vista de la geotecnia (ingeniería del terreno), en especial
desde su vertiente más ligada a la ingeniería civil y la arquitectura, la mayoría de los autores
consideran apropiada la distinción absoluta entre suelos y rocas (aun reconociendo que en
ocasiones la diferenciación entre ambos puede ser complicada), siendo la Mecánica de Suelos
y la Mecánica de Rocas, cuyos elementos centrales son los suelos y las rocas
respectivamente, dos ciencias distintas e independientes. Por lo tanto, estos autores
consideran que ambas disciplinas son dos ramas de un mismo árbol, que es la Ingeniería del
Terreno o Geotecnia156
Lo anterior queda perfectamente resumido en las siguientes palabras del profesor José Antonio
Jiménez Salas (1985), uno de los pioneros y mayores divulgadores de la Geotecnia en España1
4
Juan Manuel Lopez Marinas, Geología aplicada a la ingeniería civil, Tercera edición, CIE
Inversiones Editoriales Dpssat 2000, 2006 (ampliaciones hechas por Alejandro Losmoschitz
Mora-Figueroa).
5
A. Verruijt (revised by S. Van Baars), Soil Mechanics, VSSD, 1st Edition, 2007.
6
Luis I. González de Vallejo et al, Ingeniería Geológica, Pearson Prentice Hall, 2005.
7
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
“…el Ingeniero Civil tiene hoy a su disposición dos excelentes herramientas: la Mecánica de
Rocas y la Mecánica del Suelo. Ambas pueden integrarse, si se quiere, en una unidad
superior, que podemos llamar Ingeniería del Terreno. Ambas constituyen lo que
denominamos Geotecnia, que es la vertiente de la citada Ingeniería que mira hacia la
actuación, en contraste con la Geología, que mira hacia el conocimiento, aun cuando el
Ingeniero este conocimiento lo contemple como el prolegómeno necesario para la acción…”
Dado que, como se ha mencionado anteriormente, este máster está enfocado a la geotecnia o
ingeniería del terreno (en su vertiente más relacionada con la ingeniería civil y la arquitectura) y
no a la geología, el punto de vista que se considera más apropiado es el segundo, en el que se
realiza una total diferenciación entre suelo y roca y entre Mecánica de Suelos y Mecánica de
Rocas. La figura que se presenta a continuación presenta de forma conceptual y esquemática
dicho enfoque.
GEOTECNIA / INGENIERÍA DEL TERRENO
MECÁNICA DE SUELOS
MECÁNICA DE ROCAS
ELEMENTO
FUNDAMENTAL:
ELEMENTO
FUNDAMENTAL:
SUELO
ROCA
Figura 1: La Geotecnia (Ing. del Terreno) y su relación con la Mecánica de Suelos y la Mecánica de Rocas
Así pues, la definición de suelo principal, más intuitiva, útil, generalmente aceptada y de
aplicación en la mayoría de los casos, así como su diferencia más significativa con las rocas
que conviene retener son las establecidas por Terzaghi descritas anteriormente. Estos son sin
duda dos de los conceptos fundamentales que conviene retener a lo largo de todo el programa
y durante la trayectoria profesional.
© Structuralia, 2019
8
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Aunque la definición de suelo y su diferencia con el concepto de roca proporcionados por
Terzaghi son acertados y apropiados en numerosas situaciones, convendría ampliar este
concepto fundamental para poder distinguir entre suelo y roca de manera más detallada, en
especial en los casos en los que la frontera no está particularmente clara. En este sentido, en
determinadas ocasiones, puede ser conveniente recurrir al valor de la resistencia a compresión
simple para distinguir entre suelos y rocas, siendo la resistencia a compresión simple de las
rocas superior por lo general a la de los suelos.
A partir de la clasificación de la International Society for Rock Mechancis (ISRM, 198187), puede
considerarse que la frontera entre una roca blanda y un suelo duro se encuentra en el valor de
una resistencia a compresión simple de 1 MPa aproximadamente. Aun así, en algunas
situaciones, la roca puede presentar tal nivel de alteración y descomposición que impide
diferenciarla fácilmente de un suelo a partir del valor de la resistencia a compresión simple.
En este caso, además de basarnos en la definición de Terzaghi3 y en el valor de la resistencia
a compresión simple, será necesario tener en cuenta el comportamiento geotécnico del
material7 para poder clasificarlo como suelo o como roca. Así pues, un material que satisfaga la
definición de Terzaghi, cumpla con los valores establecidos de resistencia a compresión simple
y además su comportamiento geotécnico resulte de la interacción de un conjunto de
partículas individuales, que pueden interactuar entre sí de un modo físico-mecánico
(suelos de grano grueso) o físico-químico (suelo de grano fino), puede considerarse y
clasificarse como suelo.
A partir de todo lo anterior, puede establecerse una definición de suelo más detallada que la
proporcionada por Terzaghi (si bien esta es muy intuitiva y de general aceptación) por la cual
se puede considerar a los suelos como materiales de la corteza terrestre formados por
partículas minerales individuales y discretas que interaccionan entre sí, con un grado de
consolidación y resistencia a compresión simple inferior a la de las rocas (< 1 MPa), que
permite disgregarlos por medios mecánicos de baja intensidad y energía (pala, mano del
hombre, etc.) y que se puede modelizar, para el estudio de su comportamiento
geotécnico, mediante las teorías de los SOLIDOS CONTINUOS (Mecánica del Medio
7
José Bernardo Serón Gañez, Introducción a la Mecánica de Rocas, Departamento de Ingeniería del
Terreno, ETSICCP-UPV. Apuntes de la Asignatura Geotecnia y Cimientos II (Cuarto Curso ICCP Curso
2008-2009).
9
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Continuo), siendo un material trifásico en el que las tres fases (sólida, líquida y gaseosa)
juegan un papel primordial.
Así pues, dado que un suelo consiste de un sistema de partículas individuales que
interaccionan entre sí, la respuesta de un suelo, a nivel práctico, frente a las acciones que
introducen las obras de ingeniería civil , supone un movimiento de dichas partículas a través de
deslizamientos y giros entre ellas6, tal y como se muestra de forma esquemática en la siguiente
figura.
Figura 2: El suelo como un sistema de partículas
68
8
Fco. Javier Torrijo Echarri y Rafael Cortés Gimeno, Los suelos y las rocas en Ingeniería Geológica:
Herramientas de estudio, Departamento de Ingeniería del Terreno ETSICCP-UPV. Editorial Universidad
Politécnica de Valencia, 2007.
© Structuralia, 2019
10
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Los movimientos y giros de las partículas individuales del suelo dependerán de6:

La proporción de materia sólida que exista en un volumen unitario de suelo de
referencia.

El tamaño y distribución de las partículas (que facilita o dificulta el movimiento de los
granos entre sí).

El volumen relativo de huecos (a medida que éste aumenta, el suelo es más
deformable).

El tamaño medio de los huecos.
De este modo, en base a todos los conceptos anteriores, podemos establecer que, en el caso
de los suelos, la respuesta y el comportamiento de estos vendrá determinada por los siguientes
aspectos8:

Los suelos están formados por partículas minerales pequeñas e individualizadas de
diverso origen que, a efectos prácticos (tal y como veremos), pueden considerarse
indeformables. Muchas de las propiedades de los suelos dependen del tamaño y
forma de estas partículas, así como de su configuración espacial, también llamada
estructura o fábrica de un suelo2.

La estructura (o fábrica) de las partículas del suelo es función del origen y tipo de los
minerales de la roca de la que proviene el suelo, de los agentes cementantes,
transformaciones químicas y medios de deposición, entre otras variables. Las
propiedades del suelo dependen en gran medida del tipo y origen de los minerales de
la roca madre de los que están compuestos sus partículas2.

Entre las partículas minerales individualizadas del suelo quedan huecos, también
denominados poros o intersticios. Estos poros o intersticios pueden o no estar
rellenos de fluido intersticial, es decir, agua o aire o una combinación de ambos. A
temperaturas y presiones normales, y a efectos prácticos, el agua puede
considerarse como incompresible. Si los huecos están completamente rellenos de
agua, se dice que el suelo está saturado. Por el contrario, si los huecos están
rellenos de una mezcla de aire y agua, se dice que el suelo está parcialmente
saturado o semisaturado. Si únicamente se encontraran rellenos de aire, el suelo se
clasificaría como seco.
11
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos

A partir del punto anterior, puede concluirse que el suelo es un sistema multifase
(bifase o trifase, según la presencia de suelo y agua o suelo, agua y aire,
respectivamente). Se denomina fase de un suelo a cada una de sus partes que es
física y químicamente distinta a sus otras partes2. La presencia y la cantidad de agua
y/o aire en los poros del suelo jugará un papel fundamental en el comportamiento y
respuesta del suelo frente a cargas y acciones exteriores, así como en sus
propiedades y características2.

Tal y como hemos visto, las deformaciones del conjunto del suelo se producen por
giros y desplazamientos relativos entre las partículas y por la expulsión de agua y/
aire de los poros, todo lo cual hace que estos poros modifiquen su tamaño y volumen.
Las particulares del suelo se consideran indeformables y solo en raras ocasiones se
producen roturas de estas partículas6.
Dadas estas características y propiedades de los suelos, nace la Mecánica del Suelo como
ciencia que estudia y analiza el comportamiento, equilibrio, deformaciones y movimientos de
estos frente a acciones externas. En gran parte, la Mecánica del Suelo se basa en la Mecánica
de los Medios Continuos, siendo sus objetivos principales:

Analizar y estudiar los problemas de deformabilidad del suelo debido a la acción de
cargas y acciones exteriores. La importancia de este aspecto radica en que unas
deformaciones excesivas del suelo pueden provocar el fallo o la no funcionalidad de
la estructura que se construya sobre él.

Estudiar y determinar la capacidad resistente (o resistencia) de un suelo, con el fin
de limitar las cargas y acciones que pueden aplicarse sobre él.

Determinar el comportamiento, propiedades y calidad del suelo para su uso como
material de construcción, por ejemplo, terraplenes y presas de materiales sueltos.

Definir y calcular las acciones que los suelos ejercen sobre determinadas
estructuras como túneles, pilotes, muros de contención de tierra, etc.

Estudiar y resolver los problemas de flujo de agua en el interior del suelo, que
condiciona de manera notable su comportamiento y propiedades.
© Structuralia, 2019
12
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Además de los objetivos anteriores, la Mecánica del Suelo se ha desarrollado como disciplina
relevante e independiente dentro de la geotecnia y la ingeniería civil debido a que los suelos
tienen una serie de características fundamentales respecto a otros materiales empleados por el
hombre (como el acero, hormigón, madera, aluminio, etc.) que describimos brevemente a
continuación5:

La rigidez de un suelo depende del nivel tensional al que esté sometido. A
mayor nivel tensional, mayor será generalmente la rigidez del suelo Así pues, los
suelos sometidos a compresión se vuelen gradualmente más rígidos.

La rigidez del suelo depende también del nivel de deformación al que esté
sometido, en especial a deformación cortante o desviadora. Así pues, un suelo
sometido a acciones de corte se volverá menos rígido al aumentar su deformación
cortante.

Los suelos (en especial las arenas) pueden estar sometidos al fenómeno de
dilatancía. Se denomina dilatancia al cambio de volumen debido a esfuerzos
cortantes.

Algunos suelos presentan deformaciones que se desarrollan a lo largo del tiempo,
aun bajo cargas constantes. A este comportamiento diferido y dependiente del tiempo
se le denomina fluencia (creep en inglés).

El suelo puede contener agua en sus poros. La presencia de agua y el flujo de esta a
través del suelo condicionará de forma muy significativa el comportamiento del suelo.

Dado que se trata de un material de origen natural, el estado tensional inicial del
suelo, previo a la construcción de cualquier obra, actuación o estructura, es
desconocido y debe determinarse.

Al tratarse de un material no creado ni concebido por el hombre sino por el medio
natural, el suelo está sujeto a una gran variabilidad y heterogeneidad en sus
propiedades, aun entre puntos situados muy próximos entre sí.
13
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
1.2.2. Formación de suelos
Una vez establecidos la definición y concepto de suelo, es necesario conocer los procesos de
formación de estos. Tal y como se ha mencionado anteriormente, los suelos resultan de la
alteración y descomposición de las rocas preexistentes (roca madre), siendo los procesos
fundamentales para su formación los de erosión (en sus tres facetas física, química y
biológica), transporte y sedimentación y cementación y consolidación8.
Erosión
Se denomina erosión al proceso de alteración y descomposición de la roca madre preexistente.
La erosión puede clasificarse en tres grandes categorías: física, química y biológica. En este
sentido, es importante destacar que los suelos de grano (partículas) más fino (arcillas) precisan
de procesos tanto físico como químicos para su formación. Por el contrario, los suelos de grano
(partículas) menos finos (gravas, arenas y limos) solo precisan de procesos físicos, aunque los
químicos también pueden intervenir.
Erosión física: La erosión física puede descomponerse en dos grupos, la erosión física insitu y la erosión física debido al transporte.

Erosión física in-situ: La erosión física in-situ se debe en primer lugar a los cambios
térmicos, que origina dilataciones diferenciales entre los diferentes minerales y da
lugar a acciones y fisuras internas. Otro de los mecanismos de erosión física in-situ
es el crecimiento de cristales de hielo (en regiones frías y polares) y salinos (regiones
áridas), que al aumentar su volumen dentro de las fisuras y discontinuidades de las
rocas las rompen y disgregan debido a la formación de elevadas tensiones internas.
Dentro de este grupo encontramos también la acción de la gravedad, que produce la
rotura y disgregación de ciertos perfiles de roca inestables y las tensiones de la
corteza terrestre que descomponen las rocas por medio de los terremotos y los
plegamientos. Finalmente, en este grupo debemos incluir también la acción de golpeo
del agua (mares y ríos) y el viento.
© Structuralia, 2019
14
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos

Erosión física de transporte: Este grupo engloba los procesos por los cuales las
rocas se descomponen y disgregan debido al choque con fragmentos de roca ya
disgregados y separados de la roca madre. Entre estos procesos, cabe destacar la
acción de la gravedad, que produce desprendimientos y deslizamientos que provocan
choques entre la roca y los fragmentos de roca (o entre los fragmentos),
contribuyendo a su desmenuzamiento. El agua (de ríos y mares) y el hielo de los
glaciares también producen fenómenos de arrastre de fragmentos y bloques de roca
que, al golpearse entre ellos o con otras rocas, originan su disgregación. Por último,
en este grupo se debe incluir la acción del viento, que puede ir “armado” por granos y
partículas que, al chocar con las rocas debido a la acción de arrastre del viento,
producen gradualmente su descomposición y rotura.
Todas estas acciones físicas, ya sean in-situ o de transporte, contribuyen a romper la roca
inicial y dividirla en fragmentos de tamaño cada vez más pequeños.
Erosión química: La erosión química es la que da lugar a los suelos más finos, es decir, las
arcillas, que se estudiaran más en detalle más adelante en el módulo. La erosión química se da
por procesos de hidratación (adición de agua a un compuesto químico para formar otro
compuesto químico), hidrólisis (descomposición química de una sustancia por medio del agua),
disolución (de sales, como los sulfatos en agua, fundamentalmente con presencia de ácidos),
oxidación (de minerales de hierro por efecto ambiental), cementación y carbonatación. Estas
acciones, por lo tanto, tienden tanto a disgregar como a cementar, lo que quiere decir que
puede ayudar a la acción física y, posteriormente, cementar los productos formados, dando
unión química a las partículas pequeñas, tamaño suelo, que se forman, aunque la mayor parte
de las veces contribuye más a destruir y transformar que a unir6.
Erosión biológica: La erosión biológica es la que provoca la acción bacteriana y de los
microorganismos, los animales (roedores y sus madrigueras, gusanos de tierra, etc.) y los
vegetales (plantas y arboles, cuyas raíces pueden disgregar y romper las rocas). La
putrefacción y descomposición de los organismos y su mezcla con partículas minerales da
lugar a los suelos orgánicos, entre los que pueden destacarse la turba. Estos suelos suelen
distinguirse por su olor característico, color (grises claros a oscuros, negros y marronesverdosos) y la presencia de gases resultado de la descomposición de la materia orgánica.
15
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Todos estos procesos erosivos combinados dan lugar a lo largo del tiempo a los diferentes
tipos de suelos. Es importante destacar que la formación de unos pocos centímetros de suelo
puede requerir de miles de años de procesos erosivos. Los fenómenos de disgregación
(alteración o meteorización) y transformación de la roca producidos por estos procesos
generan el perfil de meteorización que se presenta en la figura que aparece a continuación.
VI
Figura 3: Perfil de meteorización según diversos autores
68
Puede verse como la roca madre (la roca sana) ocupa la parte más baja (profunda) y alejada
de la superficie, mientras que el suelo ocupa la más alta. Ello no implica que no pueda
encontrarse roca en superficie, pues existen afloramientos rocosos en la superficie de la
corteza terrestre. Lo que sí pone de manifiesto la figura, tal y como se ha dicho anteriormente,
es que el suelo ocupa los niveles más superficiales de la corteza y que, por debajo de cierta
profundidad en cada punto, siempre acabaremos encontrando roca.
© Structuralia, 2019
16
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
Transporte y sedimentación
Los fragmentos de roca, una vez disgregados de la roca madre, son transportados por medio
de cuatro agentes fundamentales: gravedad, agua, hielo y viento. De todos ellos, el más
importante es el agua, que tiende a favorecer la acción de la gravedad.
Las corrientes más fuertes (mares y grandes ríos) pueden arrastrar fragmentos de todos los
tamaños, mientras que las corrientes más débiles (arroyos, riachuelos, etc.) solo transportan
partículas finas. El transporte por hielo se lleva a cabo fundamentalmente en los glaciares.
Por su parte, el viento es también un elemento de transporte de la fracción más fina de las
rocas disgregadas.
El transporte termina con el depósito o sedimentación. La granulometría de los suelos depende
en gran medida de las condiciones de depósito. Cuanto más tranquilo esté el medio en que se
produce la sedimentación, más fino será́ el suelo resultante.
La sedimentación de las partículas transportadas por el viento recibe la denominación de eólica
y los depósitos de suelo así́ formados se llaman depósitos eólicos.
Cementación y consolidación
Los suelos flojos que quedan tras la sedimentación pueden endurecerse por cementación y
consolidación. En climas áridos y húmedo-cálidos, la sílice, los carbonatos y los sesquióxidos
pueden cementar las partículas sueltas de arena y limo, produciendo agregados o pseudoconglomerados estables y duros.
A medida que va creciendo el espesor de suelos sedimentados, los que quedan más profundos
se comprimen y consolidan por efecto del peso de los sedimentos posteriores (presión
litostática), haciéndose más densos, menos compresibles y más resistentes.
La figura que se presenta a continuación muestra de forma esquemática la formación de los
suelos y los diferentes procesos descritos.
17
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentales-Descripción de los suelos
Figura 4: Proceso de formación del suelo
18
6
© Structuralia, 2019
Introducción a la geotecnia. Suelos y rocas. Descripción y parámetros fundamentalesDescripción de los suelos
1.2.3. Suelo edáfico, residual y transportado
Se denomina suelo edáfico a la primera capa de suelo, que suele oscilar entre unos pocos
centímetros y algunos metros (2-3) de material no consolidado que contiene materia orgánica y
nutrientes y sirve de soporte a la vida vegetal y la actividad biológica. Esta capa no es objeto de
estudio de la Mecánica de Suelos, que se interesa por los materiales constituidos por rocas
más o menos descompuestas, que no presentan actividad biológica y se encuentran por debajo
del suelo edáfico. Esta capa, según su espesor, suele eliminarse total o parcialmente antes de
construir las estructuras. La Edafologia es la ciencia que se ocupa de esta zona del suelo.
Por suelo residual se hace referencia a los suelos que se han formado por alteración,
descomposición y meteorización de la roca madre inferior, pero no han experimentado ningún
fenómeno de transporte (ni por tanto de sedimentación), habiendo permanecido en el mismo
lugar en el que estaba la roca madre de la cual provienen. Se trata por tanto de suelos
formados in-situ, siendo típicos de zonas llanas, con rocas muy meteorizables y con fuerte
precipitación como los trópicos. El espesor de los suelos residuales es muy variable (de unos
pocos metros a decenas de metros), dependiendo de la intensidad de la alteración y también
de la erosión física. Si ésta última es fuerte, los materiales serán arrastrados casi al mismo
tiempo de su formación y no se creará el suelo residual, de ahí que estos suelos sean propios
de zonas “tranquilas” (con escasa erosión física y de poca intensidad). En España los suelos
residuales más típicos son el jabre gallego y el sauló catalán, ambos provenientes del granito.
Finalmente, se conocen por el nombre de suelos transportados aquellos suelos que han
experimentado algún tipo de transporte tras su formación, ya sean por medio de la gravedad,
agua, viento o hielo, formando depósitos de distintos tipos y habiendo experimentado
fenómenos de sedimentación, cementación y consolidación más o menos intensos. Estos
suelos por tanto se originan en lugares distintos al de la roca madre de la que provienen.
19
© Structuralia, 2019