Origen y formacion de los suelos Mecanica de suelos Introducción El suelo es el material de construcción más abundante dentro de las prácticas de la ingeniería Civil, y constituye el soporte de las estructuras como edificaciones, vías, puentes, canales, torres, entre otros, además se utiliza como el material de terraplenes viales, muros de tierra reforzada con geotextil, diques, rellenos de adecuación de terrenos en relieves pendientes para áreas urbanas. Los suelos conforman los taludes de corte y de terraplenes viales y son estructuras que cumplen funciones diversas en los proyectos: son los elementos a estabilizar cuando se trata de taludes, y a la vez brindan estabilidad a los demás elementos que hacen parte de un tratamiento de pendientes, como los canales, las bermas, las estructuras y la vegetación que protege el suelo. El ingeniero de suelos debe conocer el contexto geológico del suelo, las condiciones agrológicas de las unidades, el clima de la región y el relieve. Sin ese entendimiento, su trabajo estará lleno de incertidumbres que pueden traducirse en pérdidas de oportunidades al desconocer las propiedades inherentes al material, y sobretodo, al no incorporar los elementos de riesgo para el diseño, por omitir circunstancias fundamentales intrínsecas y ambientales. Desarrollo Los suelos deben su origen o formación por la acción desintegradora que sufren los macizos rocosos preexistentes o rocas madres, debido a factores medioambientales, procesos de meteorización in situ (físicos, químicos y biológicos) y procesos de erosión (transporte de suelos) Cuando una superficie de roca se expone a la atmósfera durante un tiempo apreciable, se desintegra o se descompone en partículas pequeñas y así se forman los suelos. Un suelo puede formarse in situ por la meteorización de los macizos rocosos. En este caso las rocas madres se descomponen y alteran en el mismo lugar y no ocurre transporte de materiales. También puede ocurrir que las partículas que se generan por los procesos físicos, químicos y biológicos, sufran transporte y se genere un suelo transportado, es decir que las partículas se depositaron más abajo. Es necesario comprender como se forma el suelo, para entender las propiedades ingenieriles (parámetros geotécnicos) de los materiales que conforman el suelo y por tanto lograr que las obras de ingeniería civil sean seguras y rentables. Factores que generan el suelo: Factores físicos Factores químicos Factores biológicos Transporte de las partículas Desintegración física La desintegración física o la meteorización mecánica de las rocas se produce debido a los siguientes procesos físicos: Cambios de temperatura Diferentes minerales de rocas tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. La expansión desigual y la contracción de estos minerales ocurren debido a los cambios de temperatura. Cuando las tensiones inducidas debido a tales cambios se repiten muchas veces, las partículas se desprenden de las rocas y se forman los suelos. Acción de la expansión del hielo (acuñamiento del hielo) El agua en los poros y las diminutas grietas de las rocas se congela en climas muy fríos. Como el volumen de hielo formado es mayor que el del agua, ocurre la expansión. Las rocas se rompen en pedazos cuando se desarrollan grandes tensiones en las grietas debido a la acción de acuñamiento del hielo formado. La difusión de las raíces de las plantas A medida que crecen las raíces de los árboles y los arbustos en las grietas y fisuras de las rocas, las fuerzas actúan sobre las rocas. Los segmentos de la roca se separan y se produce la desintegración de las rocas. Abrasión A medida que el agua, el viento y los glaciares se mueven sobre la superficie de la roca, se produce abrasión y fregado. Resulta en la formación de suelos. Nota: en todos los procesos de desintegración física, no hay cambios en la composición química. El suelo formado tiene las propiedades de la roca madre. Los suelos de grano grueso, como la grava y la arena, se forman por el proceso de desintegración física. Descomposición química Cuando se produce la descomposición química o la meteorización química de las rocas, los minerales de roca originales se transforman en nuevos minerales por reacciones químicas. Los suelos formados no tienen las propiedades de la roca madre. Los siguientes procesos químicos generalmente ocurren en la naturaleza: Hidratación En la hidratación, el agua se combina con minerales de roca y da como resultado la formación de un nuevo compuesto químico. La reacción química causa un cambio en el volumen y la descomposición de la roca en partículas pequeñas. Un ejemplo de reacción de hidratación que está teniendo lugar en los suelos es la hidrólisis de SiO 2 SiO 2 + 2H 2 O Si (OH) 4 Carbonatación Es un tipo de descomposición química en la cual el dióxido de carbono en la atmósfera se combina con el agua para formar ácido carbónico. El ácido carbónico reacciona químicamente con las rocas y provoca su descomposición. El ejemplo para este tipo de es que está teniendo lugar en rocas sedimentarias que contienen carbonato de calcio. Oxidación La oxidación ocurre cuando los iones de oxígeno se combinan con minerales en la roca. La oxidación resulta en la descomposición de las rocas. La oxidación de las rocas es algo similar a la oxidación del acero. Solución Algunos de los minerales de roca forman una solución con agua cuando se disuelven en agua. La reacción química tiene lugar en la solución y los suelos se forman. Hidrólisis Es un proceso químico en el que el agua se disocia en iones H + y OH – . Los cationes de hidrógeno reemplazan a los iones metálicos como el calcio, el sodio y el potasio en minerales de roca y los suelos se forman con una nueva composición química. Nota: La descomposición química de las rocas resulta en la formación de minerales de arcilla. Los minerales de arcilla imparten propiedades plásticas de los suelos. Los suelos arcillosos se forman por descomposición química. Descomposición biológica Es producida por actividad bacteriana. Las bacterias inducen putrefacciones de materiales orgánicos y mezclan el producto con otras partículas de origen físico-químico, las mismas que actúan como elemento catalizador, etc. Transporte de suelos Los suelos formados en un lugar pueden ser transportados a otros lugares por agentes de transporte, como agua, hielo, viento y gravedad. Suelos transportados por el agua El agua corriente es uno de los agentes más importantes de transporte de suelos. el tamaño de las partículas de tierra que transporta el agua depende de la velocidad. El agua rápida puede transportar las partículas de gran tamaño, como rocas y gravas. Con una disminución en la velocidad, las partículas más gruesas se depositan. Las partículas más finas se transportan aguas abajo y se depositan cuando la velocidad se reduce. Un delta se forma cuando la velocidad se reduce a casi cero en la confluencia con un cuerpo receptor de agua quieta como un lago, un mar o un océano. Todos los tipos de suelos transportados y depositados por el agua se conocen como depósitos aluviales. Los depósitos hechos en lagos se llaman depósitos lacustres. Los depósitos marinos se forman cuando el agua que sigue transporta los suelos al océano o al mar. Suelos transportados por el viento Las partículas del suelo son transportadas por los vientos. el tamaño de partícula del suelo depende de la velocidad del viento. Las partículas más finas son llevadas lejos del lugar de la formación. Los depósitos de suelo por el viento se conocen como depósitos eólicos. Las dunas de arena grandes están formadas por los vientos. Las dunas de arena se producen en las regiones áridas y en el lado del lado de sotavento del mar con playas de arena. Loess es un depósito de limo hecho por el viento. Estos depósitos tienen baja densidad y alta compresibilidad. La capacidad de carga de tales suelos es muy baja. La permeabilidad en la dirección vertical es grande. Suelos depositados en los glaciares Los glaciares son grandes masas de hielo formadas por la compactación de la nieve. A medida que los glaciares crecen y se mueven, llevan consigo suelos que varían en tamaño desde finos a grandes rocas. Los suelos se mezclan con el hielo y son transportados lejos de su posición original. Tabla resumen sobre el origen y formación del suelo Origen y formación de los suelos Origen Rocas preexistentes Rocas madres Rocas ígneas, sedimentarias, metamórficas Acción ambiental Meteorización, erosión Acción física Variación térmica, Agua, Hielo, Difusión de raíces, Abración Acción química Hidratación, Carbonatación, Oxidación, Solución, Hidrólisis Acción biológica Actividad bacterias, Putrefacción Resultado final Diversos tipos de suelos Conclusión El suelo es un elemento natural compuesto de minerales, agua, gases y material orgánico (organismo vivos y muertos) derivadas de la combinación de factores geológicos, climáticos, biológicos, las partículas que componen el suelo deben su origen a la erosión de los tipos de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias y metamórficas).
