Propiedades Fisicas de Suelos

GEOTCNIA

SUELO

Se le define como un agregado de minerales,

unidos por fuerzas dbiles de contacto,

separables por medios mecnicos de poca

energa o por agitacin en agua.

El suelo es una mezcla compleja de organismos vivos,

materia orgnica, minerales, agua y aire. Tome un puado

de tierra y obsrvelo detenidamente. Ver que es una

mezcla de pequeas partculas de muchos tipos.

OTRA DEFINICIN

El suelo se compone de:

Partculas orgnicas, de materias vegetales y animales,

descompuestas que provienen de plantas y animales vivos;

Partculas minerales tales como arena, arciIla, clasto o

grava que, alguna vez, fueron parte de rocas mayores.

Origen y formacin del suelo

TIPOS DE SUELO

Para estudiar un material como el suelo (con diferente

tamao de partculas y composicin qumica) es necesario

seguir una metodologa con definiciones y sistemas de

evaluacin de propiedades, de forma que se constituya un

lenguaje fcilmente comprensible por los tcnicos de

diferentes especialidades y pases. As, se han clasificado

los suelos en cuatro grandes grupos en funcin de su

granulometra (Normas D.I.N., AS.T.M, A.E.N.O.R, etc.):

GRAVASCon tamao de grano entre unos 8 -10 cm. y. 2 mm.; secaracterizan porque los granos son observablesdirectamente. No retienen el agua, por la inactividad de susuperficie y los grandes huecos existentes entre partculas.

Con partculas comprendidas entre 2 mm y 0,060 mm.,todava son observables a simple vista. Cuando semezclan con el agua no se forman agregados continuos,sino que se separan de ella con facilidad.

ARENAS

Con partculas comprendidas entre 0,060 y 0,002 mm (algunas

normativas indican que este ltimo valor debe de ser 0,005 mm,

pero no hay apenas consecuencias prcticas entre ambas

distinciones). Retienen el agua mejor que los tamaos superiores.

Si se forma una pasta agua-limo y se coloca sobre la mano, al

golpear con la mano se ve cmo el agua se exhuda con facilidad

LIMOS

Formadas por partculas con tamao inferiores a los limos (0,002mm). Se trata ya de partculas tamao gel y se necesita que hayahabido transformaciones qumicas para llegar a estos tamaos. Estnformadas, principalmente, por minerales silicatados, constituidospor cadenas de elementos tetradricos y octadricos, unidas porenlaces covalentes dbiles, pudiendo entrar las molculas de aguaentre las cadenas produciendo, a veces, aumentos de volumen(recuperables cuando el agua se evapora). Todo ello hace que lacapacidad de retencin del agua sea muy grande (pequeos huecoscon una gran superficie de absorcin en las partculas y unaestructura que permite retener el agua), por lo que songeneralmente los materiales ms problemticos (tiempos muyelevados de consolidacin o de expulsin de agua bajo esfuerzos).

Arcillas

RESUMEN DE LAS PROPIEDADES Y OCURRENCIA DE LAS ARCILLAS

PROPIEDADES U GRUPOS

OCURRENCIA LA CAOLINITA ILLITA CLORITA MONTMORILONITA

Tamao de partculas

(en micrones) 4.0 - 0.3 0.3 - 0.1 0.3 - 0.1 0.2 - 0.02

Intercambio relativo

de iones ligero moderado moderado grande

Adsorcin relativa

de agua ligera moderada moderada muy grande

Permeabilidad

Relativa grande moderada moderada pequea

Plasticidad

Relativa ligera moderado moderado grande

Ocurrencia Pedlferos Presentes en

en los suelos Laterita Pedocales algunos Pedocales

Ocurrencia en

sedimentos recientes comn abundante comn comn

Ocurrencia en

sedimentos antiguos comn abundante comn comn

Cargas elctricas en las arcillas y sus asociaciones elementales

Estructuras de fIoculacin en arcillas. A) Formasde fIoculacin. B) Estructura fIoculada en medio

acuoso

Estructuras de dispersin en arcillas. A) Formas de dispersin. B) Estructura dispersa en medio acuoso

Reordenamiento de partculas e ndice de poros en funcin de la presin de consolidacin

Reordenamiento de partculas e ndice

de poros en funcin de la presin de

consolidacin

CLASIFICACIN DE SUELOS

Resolver un problema de geotecnia supone conocer ydeterminar las propiedades del suelo; por ejemplo:

1) Para determinar la velocidad de circulacin de unacufero, se mide la permeabilidad del suelo, se utiliza lared de flujo y la ley de Darcy.2) Para calcular los asentamientos de un edificio, se midela compresibilidad del suelo, valor que se utiliza en lasecuaciones basadas en la teora de la consolidacin deTerzaghi.3) Para calcular la estabilidad de un talud, se mide laresistencia al corte del suelo y este valor se lleva aexpresiones de equilibrio esttico.

En otros problemas, como pavimentos, no se dispone de

expresiones racionales para llegar a soluciones

cuantificadas. Por esta razn, se requiere una taxonoma

(ordenamiento) de los suelos, en funcin de su

comportamiento, y eso es lo que se denomina clasificacin

de suelos, desde la ptica geotcnica.

Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos,correlacionar propiedades con los grupos de un sistema declasificacin, aunque sea un proceso emprico, permiteresolver multitud de problemas sencillos. Eso ofrece lacaracterizacin del suelo por la granulometra y laplasticidad. Sin embargo, el ingeniero debe ser precavido alutilizar esta valiosa ayuda, ya que soluciones a problemasde flujos, asentamientos o estabilidad, soportados slo enla clasificacin, puede llevar a resultados desastrosos.

Las relaciones de fases constituyen una base esencial de la

Mecnica de Suelos. El grado de compacidad relativa de

una arena es seguro indicador del comportamiento de ese

suelo. La curva granulomtrica y los Lmites de Atterberg,

de gran utilidad, implican la alteracin del suelo y los

resultados no revelan el comportamiento del suelo in situ.

Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos SUCS

Inicialmente se tienen suelos granulares o finos, segn se distribuyeel material que pasa el tamiz de 3 = 75 mm; el suelo es fino cuandoms del 50% pasa el T#200, si no, es granular.

a. Los suelos granulares se designan con estos smbolos

Prefijos

1. Textura

2. Estructura

3. Elasticidad

4. Consistencia

5. Plasticidad

6. Compactacin

7. Compresibilidad

8. Coeficiente de dilatacin -

Contraccin de los suelos.

9. Resistencia al Esfuerzo

cortante.

10.Permeabilidad

PROPIEDADES FSICAS

DE LOS SUELOS

1. TEXTURA DEL SUELO

DEFINICIN DE LA TEXTURA DEL SUELO

La textura es el contenido relativo de partculas de

diferente tamao, como la arena, el limo y la arcilla,

en el suelo. La textura tiene que ver con la facilidad

con que se puede trabajar el suelo, la cantidad de

agua y aire que retiene y la velocidad con que el

agua penetra en el suelo y lo atraviesa.

TRINGULO DEL DEPARTAMENTO DE AGRICULTURA DE LOS EEUU

Clasificacin de los suelos usada en diferentes pases

Para conocer la textura de

una muestra del suelo,

primero se separa todas las

partculas finas menores a 2

mm. que comprenden a las

arenas, limos y arcillas, con

las cuales se realizarn los

ensayos. Las partculas

mayores a 2 mm como la

grava etc. Se separan a uncostado.

Ensayos de campo rpidos para determinar la

textura del suelo

Cuando se construye con material del suelo, es mejor

emplear un suelo que posea una elevada proporcin

de limo o arcilla, o ambos, que retenga bien el agua.

Para comprobar con rapidez la textura del suelo a

diferentes profundidades, presentamos dos pruebas

muy sencillas que se puede realizar, son las

siguientes:

1. Prueba del lanzamiento de la bola

2. Prueba de compresin de la bola

1. PRUEBA DEL LANZAMIENTO DE LA BOLA

1.1.Tome una muestrade suelo humedo yoprmalo hastaformar una bola (A);

1.2. Lance la bola alaire (B) hastaunos 50 cm.aprox. y deje quecaiga de nuevo ensu mano.

1.3. Si la bola se desmorona(C), el suelo es pobre ycontiene demasiadaarena;

1.4. Si la bola mantiene sucohesin (D),probablemente sea unsuelo bueno con

suficiente arcilla.

2. PRUEBA DE COMPRESIN DE LA BOLA

A. Tome una muestra de suelo y

humedzcala un poco hasta que

comience a hacerse compacta sin que se

pegue a la mano;

B. Oprmala con fuerza y

abra la mano.

C. Si el suelo mantiene la forma de su

mano, probablemente contenga la arcilla

suficiente para construir un estanque

pisccola

D. Si el suelo no mantiene la

forma de la mano, es que

contiene demasiada arena.

Cmo determinar las proporciones aproximadas de arena, limo yarcilla?Esta es una prueba sencilla que dar una idea general de lasproporciones de arena, limo y arcilla presentes en el suelo.

Prueba de la botella

A. Coloque 5 cm

de suelo en una

botella y llnela

de agua

B. Agtela bien y djela reposar

durante una hora. Transcurrido

este tiempo, el agua estar

transparente y observar que las

partculas mayores se han

sedimentado (B);

C. En el fondo hay una capa de arena; luegohay una capa de limo; En la partesuperior una capa de arcilla. Si el agua noest transparente ello se debe a queparte de la arcilla ms fina est todavamezclada con el agua; En la superficie delagua pueden flotar fragmentos demateria orgnica; Mida la profundidad dela arena, el limo y la arcilla y calcule laproporcin aproximada de cada uno

PRUEBAS PRCTICAS PARA DETERMINAR LA

TEXTURA DEL SUELO

CLASIFICAR LA TEXTURA DEL SUELO DE FINA A GRUESA

La textura del suelo puede clasificarse de fina a gruesa. La textura

fina indica una elevada proporcin de partculas ms finas como el

limo y la arcilla. La textura gruesa indica una elevada proporcin de

arena. A continuacin presentamos una prueba sencilla que le

ayudar a clasificar la textura del suelo de gruesa a fina.

Prueba de la bola de barro

A. Se toma una muestra humedecidadel suelo y se la amsela hasta queadquiera consistencia;

B. Se la sigue amasando entre el

pulgar y el ndice y moldee una

bola de barro de unos 3 cm de

dimetro ;

La textura del suelo se puede determinar por la forma enque acta la bola al ser lanzada hacia una superficie slida,como una pared o un rbol...

C. Si al lanzar la bola, mojada o seca, sta sloproduce salpicaduras, la textura es gruesa ;

D. Si al lanzar la bola seca sta se comporta

como una perdigonada y al lanzarla mojada

hacia un blanco a mediana distancia mantiene

su forma, la textura es moderadamente

gruesa ;

E. Si la bola se despedaza al chocar hacia el

blanco cuando est seca, y se mantiene

compacta cuando est hmeda pero no se

adhiere al blanco, la textura es media ;

F. Si al lanzar la bola mojada a gran distancia

sta mantiene su forma y se adhiere al blanco,

pero puede despegarse con relativa facilidad,

su textura es moderadamente fina ;

G. Si la bola se adhiere al blanco cuando est

mojada y se convierte en un proyectil muy

duro cuando est seca, la textura es fina .

2. ESTRUCTURA DEL SUELO

La estructura del suelo se define por la forma en que

se agrupan las partculas individuales de arena, limo y

arcilla. Cuando las partculas individuales se agrupan,

toman el aspecto de partculas mayores y se

denominan agregados.

La agregacin del suelo puede asumir diferentes

modalidades, lo que da por resultado distintas estructuras

de suelo. La circulacin del agua en el suelo vara

notablemente de acuerdo con la estructura; por

consiguiente, es importante que conozca la estructura del

suelo donde se propone construir una granja pisccola.

Aunque quizs no pueda recopilar toda est informacin

por cuenta propia, los tcnicos especializados del

laboratorio de anlisis de suelos podrn suministrrsela

despus de examinar las muestras de suelo no alteradas

que tome. Le podrn decir si la estructura del suelo es mala

o buena (poros/canales capilares, red, etc.). Tambin

podrn ofrecerle informacin sobre el grado de circulacin

del agua o la permeabilidad.

DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA DEL SUELO

La forma ms provechosa de describir la estructura delsuelo es en funcin:

a) Del grado (grado de agregacin),b) La clase (tamao medio). yc) El tipo de agregados (forma).

La estructura caracterstica de un suelo se puede reconocer

mejor cuando est seco o slo ligeramente hmedo.

Cuando se estudia un perfil del suelo, no se le debe alterar

para determinar el grado de la estructura.

CLASES Y TIPOS DE ESTRUCTURA DEL SUELO

Por definicin, la clase de estructura describe el tamaomedio de los agregados individuales. En relacin con eltipo de estructura de suelo de donde proceden losagregados, se pueden reconocer, en general, cinco clasesdistintas que son las siguientes:a) Muy fina o muy delgada;b) Fina o delgada;c) Mediana;d) Gruesa o espesa;e) Muy gruesa o muy espesa;Por definicin, el tipo de estructura describela forma o configuracin de los agregados individuales.

Existen cuatro tipos de suelo:

1) ESTRUCTURAS GRANULARES Y MIGAJOSAS

Son partculas individuales de arena, limo y arcillaagrupadas en granos pequeos casi esfricos. El aguacircula muy fcilmente a travs de esos suelos. Por logeneral, se encuentran en el horizonte A de los perfilesde suelos;

2) ESTRUCTURAS EN BLOQUES O BLOQUES SUBANGULARES

Son partculas de suelo que se agrupan en bloques casicuadrados o angulares con los bordes ms o menospronunciados. Los bloques relativamente grandes indicanque el suelo resiste la penetracin y el movimiento delagua. Suelen encontrarse en el horizonte B cuando hayacumulacin de arcilla;

3) ESTRUCTURAS PRISMATICAS Y COLUMNARES

Son partculas de suelo que han formado columnas opilares verticales separados por fisuras verticalesdiminutas, pero definidas. El agua circula con mayordificultad y el drenaje es deficiente. Normalmente seencuentran en el horizonte B cuando hay acumulacin dearcilla

4) ESTRUCTURA LAMINAR

Se compone de partculas de suelo agregadas en lminaso capas finas que se acumulan horizontalmente una sobreotra. A menudo las lminas se traslapan, lo que dificultanotablemente la circulacin del agua. Esta estructura seencuentra casi siempre en los suelos boscosos, en partedel horizonte A y en los suelos formados por capas dearcilla*

3. ELASTICIDAD DEL

SUELO

La elasticidad es aquella propiedad de un material porvirtud de la cual las deformaciones causadas por elesfuerzo desaparecen al removrsele. Algunas sustancias,tales como los gases poseen nicamente elasticidadvolumtrica, pero los slidos pueden poseer, adems,elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elsticose concibe como uno que recobra completamente suforma y sus dimensiones originales al retirarse elesfuerzo.

4. CONSISTENCIA DEL SUELO

La consistencia del suelo es la firmeza con que se unen losmateriales que lo componen o la resistencia de los suelos ala deformacin y la ruptura. La consistencia del suelo semide por muestras de suelo mojado, hmedo y seco. En lossuelos mojados, se expresacomo adhesividad y plasticidad, tal como se define infra.La consistencia del suelo puede estimarse en el campomediante ensayos sencillos, o medirse con mayor exactituden el laboratorio.

CONSISTENCIA DEL SUELO

CONSISTENCIA DEL SUELO MOJADO

La prueba se realiza cuando el suelo est saturado de agua,como por ejemplo, inmediatamente despus de unaabundante lluvia. En primer lugar, determinela adhesividad, que es la cualidad que tienen los materialesdel suelo de adherirse a otros objetos. Despus, determinela plasticidad, que es la cualidad por la cual el materialedfico cambia continuamente de forma, pero no devolumen, bajo la accin de una presin constante, ymantiene dicha forma al desaparecer la presin.

ADHESIVIDAD DEL SUELO MOJADO

Presionar una pequea cantidad de suelo mojado entre elpulgar y el ndice para comprobar si se adhiere a los dedos.Despus, separe los dedos lentamente.Clasificacin de la adhesividad :

a) No adherente

b) Ligeramente adherente

c) Adherente

d) Muy adherente

DETERMINAR LA PLASTICIDAD DEL SUELO MOJADO

Amasar una pequea cantidad de suelo mojado entre las palmas delas manos hasta formar una tira larga y redonda parecida a uncordn de unos 3 mm de espesor. Califique la plasticidad de lamanera siguiente:

5. PLASTICIDAD

ndice de plasticidad

Partiendo del lmite liquido y el lmite plstico, el ndice deplasticidad (IP) puede definirse como la diferencianumrica entre ellos:

IP = LL LP

El ndice de plasticidad se expresa con el porcentaje delpeso en seco de la muestra de suelo, e indica eltamao del intervalo de variacin del contenido dehumedad con el cual el suelo se mantiene plstico.

En general, el ndice de plasticidad depende slo de lacantidad de arcilla existente e indica la finura del suelo y sucapacidad para cambiar de configuracin sin alterar suvolumen. Un IP elevado indica un exceso de arcilla o decoloides en el suelo. Siempre que el LP sea superior o igualal LL, su valor ser cero.

El ndice de plasticidad da una buena indicacin dela compresibilidad. Mientras mayor sea el IP, mayor ser lacompresibilidad del suelo.

ndice de plasticidad

Consistencia del suelo utilizando los lmites de Atterberg

La consistencia del suelo cambia segn la cantidad de aguapresente (mojado, hmedo y seco). Estos cambios en laconsistencia del suelo se pueden medir con exactitud en ellaboratorio, utilizando las normas preestablecidas quedeterminan los Imites de Atterberg, los cuales se puedenutilizar para juzgar la aptitud del suelo en la construccin dediques de estanque y pequeas presas de tierra.

Un lmite de Atterberg corresponde al contenido de

humedad con que una muestra de suelo cambia de

una consistencia a otra. Dos de los lmites de

Atterberg resultan de especial inters son, el lmite

lquido y el lmite plstico, cuya definicin se basa en

tres consistencias del suelo:

a) Consistencia Lquida: barro, fluido o lquido

b) Consistencia Plstica: se puede amasar y

moldear

c) Consistencia Semislida: ya no se puede

moldear y el volumen disminuye(contraccin) a

medida que se seca la muestra

lmites de Atterberg

LMITE LQUIDO (LL)

Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia, aldisminuir su humedad, de la consistencia lquida a la plstica, o, alaumentar su humedad, de la consistencia plstica a la lquida.

LMITE PLSTICO (LP)

Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia aldisminuir su humedad de la consistencia plstica a la semislida, o, alaumentar su humedad, de la consistencia semislida a la plstica.El lmite plstico es el lmite inferior del estado plstico. Un pequeoaumento en la humedad sobre el lmite plstico destruyela cohesin* del suelo.

lmites de Atterberg

Los lmites lquido y plstico dependen de la cantidad y eltipo de arcilla presentes en el suelo:

a) Un suelo con un alto contenido de arcilla generalmenteposee altos LL y LP;

b) Las arcillas coloidales poseen un LL y un LP superiores alos de las arcillas no coloidales;

c) La arena, la grava y la turba no tienen plasticidad. Su LP= 0;

d) Los limos presentan plasticidad slo ocasionalmente, suLP es igual o ligeramente superior a 0.

lmites de Atterberg

6. COMPACTACIN

Las caractersticas de compactacin de un suelo indican lareaccin relativa de ese suelo al esfuerzo deapisonamiento (consolidacin). Los suelos con buenascaractersticas de compactacin se pueden apisonarmucho con un mnimo de esfuerzo. El material edfico conun ndice de plasticidad de aproximadamente 16%presenta las mayores caractersticas de compactacin.Todo suelo tiene un contenido de humedad ptimo quepermite compactarlo al mximo con el menor esfuerzo yque har que el suelo compactado alcance supermeabilidad ms baja.

7. COMPRESIBILIDAD

La compresibilidad es el grado en que una masa de suelo disminuyesu volumen bajo el efecto de una carga. Es mnima en los suelos detextura gruesa, que tienen las partculas en contacto. Aumenta amedida que crece la proporcin de partculas pequeas y llega almximo en los suelos de grano fino que contienen materia orgnica.

Ejemplos de compresibilidad para diversos suelos:

Las gravas y las arenas son prcticamente incompresibles. Si secomprime una masa hmeda de estos materiales no se produceningn cambio significativo en su volumen;

Las arcillas son compresibles. Si se comprime una masa hmeda dearcilla, la humedad y el aire pueden ser expelidos, lo que trae comoresultado una reduccin de volumen que no se recuperainmediatamente cuando se elimina la carga.

Los suelos de grano fino que contienen por lo menos 50%de limo + arcilla, pueden clasificarse con arreglo a tresclases de compresibilidad, sobre la base de su lmiteLquido. Estas clases son las siguientes:

Compresibilidad baja: LL inferior a 30;Compresibilidad media: LL de 30 a 50;Compresibilidad alta: LL superior a 50.

En general, la compresibilidad es aproximadamenteproporcional al ndice de plasticidad.Mientras mayor es el IP, mayor es la compresibilidad delsuelo.

8. COEFICIENTE DE DILATACIN-CONTRACCIN

DE LOS SUELOS

La dilatacin-contraccin de un suelo es la cualidad quedetermina su cambio de volumen cuando cambianlas condiciones de humedad. Algunos suelos se contraencuando estn secos y se dilatan cuando estn mojados. Elcambio de volumen de la masa de suelo depende dela magnitud del cambio de la humedad y de la cantidad yla clase de arcilla presente en el suelo.a) Coeficiente de dilatacin-contraccin bajo:

arenoso franco, arena y arcilla caolinita ;

b) Coeficiente de dilatacin-contraccin alto:arcilla montmorillonita.

9. RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE

La resistencia de un suelo al esfuerzo cortante indica laresistencia relativa de ste a los corrimientos de tierrabajo carga. La resistencia mxima a los corrimientos detierra se da en los suelos compuestos de grava limpia conmenos de 5% de limo + arcilla.

La resistencia de los suelos al esfuerzo cortante disminuyea medida que aumentan las partculas finas. Es mnima enlos suelos orgnicos de grano fino y, por ejemplo, alconstruir una presa, es importante eliminar todo el sueloorgnico para disminuir la posibilidad de corrimientos.

POROSIDAD TOTAL Y EFICAZ

POROSIDAD TOTAL:

mt = Volumen de huecos/volumen total

Puede expresarse en % en tanto por 1 (en cualquier

caso es adimensional). Es decir que 28% es equivalente a

0,28, pero dejando claro cmo se est expresando, porque

tambin puede existir una porosidad extremadamente baja

del 0,28%

Porosidad eficaz:

POROSIDAD TOTAL Y EFICAZ

me = Volumen de agua drenada por gravedad / volumentotal

Se expresa igual que la porosidad total (% en

tanto por 1).

Retencin especfica:

Diferencia entre la Porosidad total y Porosidad

Efectiva.

Porosidad Eficaz:

El volumen de huecos disponible para el flujo respectodel volumen total".

Rendimiento especifico:

Indica el volumen de agua que podemos obtener de unmedio poroso saturado.

Porosidad efectiva:

Se refiere al volumen de huecos disponible para la circulacin del agua.

* En ambos casos respecto del volumen total

Ejemplo:

Con estos datos podemos calcular:

1 m3 = 1000 dm3 ~ 1000 litros

mt = 280 /1000 =0,28 ~ 28%

me =160 / 1000=0,16~ 16%

Retencin especfica = 0,28 - 0,16

= 0,12 ~ 12%

Disponemos de 1 m3 de arena seca, le introducimos agua hasta que

est completamente saturado (todos los poros llenos de agua).

Supongamos que para ello hemos necesitado 280 litros. Despus

dejamos que el agua contenida escurra libremente; supongamos que

recogiramos 160 litros. Evidentemente los 120 litros que faltan se

han quedado mojando los granos.

Aproximadamente son equivalentes: el agua que queda

adherida a los granos y que no se mueve por gravedad

tampoco permite el flujo.

En la figura se representa en rayado el agua adherida a los

granos; los huecos que quedan (en el dibujo en blanco)

representan tanto el agua extrable como la seccin

utilizable por el flujo del agua subterrnea

En un laboratorio se

puede medir el specific

yield, pero no existe un

mtodo experimental para

obtener el valor de la

effective porosity (la

seccin utilizada por el

flujo).

POROSIDAD PRIMARIA Y SECUNDARIA

Al hablar de porosidad, intuitivamente se piensa en los poros de un

material detrtico, pero las rocas compactas tambin pueden contener

cierta proporcin de agua en su interior en sus fisuras. Tras su

formacin, estas fisuras pueden ser ocludas por los minerales

arcillosos resultantes de la alteracin, o por el contrario la disolucin

hace aumentar la abertura, a veces hasta formar amplios conductos

(especialmente en calizas).

Normalmente, estas fisuras

son fracturas producidas por

esfuerzos tectnicos, pero

pueden deberse a otras

causas: enfriamiento (rocas

volcnicas), planos de

descompresin o

discontinuidades

sedimentarias, etc.

10. PERMEABILIDAD DEL SUELO

PERMEABILIDAD DEL SUELO

Permeabilidad es la propiedad que tiene elsuelo de transmitir el agua y el aire y es unade las cualidades ms importantes que hande considerarse para la piscicultura. Unestanque construido en suelo impermeable

perder poca agua por filtracin.

Mientras ms permeable sea el suelo,mayor ser la filtracin. Algunos suelos sontan permeables y la filtracin tan intensaque para construir en ellos cualquier tipo deestanque es preciso aplicar tcnicas deconstruccin especiales.

Generalmente, los suelos se componen de capas y, a menudo, lacalidad del suelo vara considerablemente de una capa a otra. Antesde ejecutar algn trabajo, es importante determinar la posicinrelativa de las capas permeables e impermeables. Al planificar undiseo se debe evitar la presencia de una capa permeable enel fondo para impedir una prdida de agua excesiva hacia el subsueloa causa de la filtracin.

Cuando se construyen diques para represamiento se debenhacer con un tipo de suelo que garantice una buenaretencin del agua. La calidad del suelo tendr quecomprobarse, teniendo presente ese aspecto.

FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD DEL SUELO

Los factores son: Las fisuras y crcavas. Es difcil hallar valores

representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales.

Un estudio serio de los perfiles del suelo proporcionar una

indispensable comprobacin de dichas mediciones.

Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura,

consistencia, color y manchas de color, la disposicin por capas, los

poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la

roca madre y la (s) capa (s) de arcilla, constituyen la base para decidir

si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean

representativas.

Como se sabe, suelo est constituido por varios horizontes,

y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades

fsicas y qumicas diferentes.

Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad,

se debe estudiar cada horizonte por separado.

LA PERMEABILIDAD DEL SUELO CON RELACION A SU TEXTURA Y ESTRUCTURA

El tamao de los poros del suelo reviste gran importancia

con respecto a la tasa de filtracin (movimiento del agua

hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolacin

(movimiento del agua a travs del suelo). El tamao y el

nmero de los poros guardan estrecha relacin con la

textura y la estructura del suelo y tambin influyen en su

permeabilidad

TRANSMISIVIDAD

Si observamos el dibujo intuimos que los dos estratos

acuferos deben proporcionar el mismo caudal: uno tiene

la mitad de permeabilidad, pero el doble de espesor que

el Otro. Efectivamente, el parmetro que nos indica la

facilidad del agua para circular horizontalmente por una

formacin geolgica es una combinacin de la

permeabilidad y del espesor:

Como las unidades de la permeabilidad son L / T y

del espesor L, las unidades de la Transmisividad

sern L2 / T

Por ejemplo: m2/da, o cm2/seg.

En el ejemplo mostrado en la figura, la

transmisividad en ambos casos sera de 150 m2/dia

Transmisividad = Permeabilidad x Espesor

a) VARIACIN DE LA PERMEABILIDAD SEGN LA

TEXTURA DEL SUELO

Por regla general, mientras ms fina sea la texturadel suelo, ms lenta ser la permeabilidad:

Suelo Textura Permeabilidad

Suelos arcillosos Fina De muy

Suelos Moderadamente fina Lenta

limosos Moderadamente gruesa a muy

Suelos arenosos Gruesa rpida

Arenosos 5

Franco arenosos 2.5

Franco 1.3

Franco arcillosos 0.8

Arcilloso limosos 0.25

Arcilloso 0.05

Permeabilidad media para diferentes texturas

de suelo en cm/hora

Ejemplo

b) VARIACIN DE LA PERMEABILIDAD SEGN LA

ESTRUCTURA DEL SUELO

La estructura puede modificar considerablemente las tasas depermeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente:

PERMEABILIDAD

Gran traslape De

Laminar Ligero traslape muy lenta

a

muy rpida

En bloque

Prismtica

Laminar

TIPO DE ESTRUCTURA

Existe la prctica general de alterar la estructura del suelo

para reducir la permeabilidad mediante

la compactacin por medios mecnicos de las presas de

tierra, con miras a reducir la filtracin de agua.

ENSAYOS DE CAMPO RPIDOS PARA DETERMINAR LA PERMEABILIDAD DEL SUELO

1)Excavar un

hoyo hasta la

altura de la

cintura;

2) En las primeras

horas de la

maana llenar el

hoyo con agua

hasta el borde

3)Por la

noche, parte

del agua se

habr

filtrado en el

suelo

4) Vuelva a llenar elhoyo con agua hastael borde y cbralocon tablas o ramasfrondosas

ENSAYOS DE CAMPO RPIDOS PARA DETERMINAR LAPERMEABILIDAD DEL SUELO

5) Si a la maana siguiente lamayor parte del aguapermanece en el hoyo, lapermeabilidad del suelo esapta para construir en eselugar;

ENSAYOS DE CAMPO RPIDOS PARA DETERMINAR LAPERMEABILIDAD DEL SUELO

6) Repita este ensayo en diferentes lugares las

veces que sea necesario de acuerdo con la

calidad del suelo

1) Examine cuidadosamente los dibujos que hizo al estudiar

los perfiles del suelo;

2) Basndose en la textura y la estructura, determine los

horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad

ms lenta;

3) Marque con un lpiz de color en sus dibujos los horizontes

del suelo que parezcan tener la permeabilidad ms lenta;

ENSAYO MS PRECISO DE CAMPO PARA MEDIR LAS TASAS DE PERMEABILIDAD

4) Excave un hoyo de aproximadamente 30cm de dimetro hasta alcanzar elhorizonte superior menos permeable;

5) Recubra completamente las

paredes del hoyo con arcilla

pesada mojada o revstalas con

una lmina de material plstico, si

dispone de ella, para

impermeabilizarlas;

ENSAYO MS PRECISO DE CAMPO PARA MEDIRLAS TASAS DE PERMEABILIDAD

6) Vierta agua en el hoyo hasta que sta alcance

unos 10 cm de profundidad.


7) Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendr quereponerla a medida que desaparece. La filtracin disminuircuando los poros del suelo se saturen de agua. Entonces podrmedir la permeabilidad del horizonte de suelo en el fondo delhoyo;


8) Cercirese de que el aguacontenida en el hoyo tiene unos10 cm de profundidad comoantes. Si no es as, aada aguahasta alcanzar esa profundidad;

9) Introduzca en el agua una vara demedir y anote la profundidadexacta del agua en milmetros(mm);


10) Compruebe el nivel del agua en el hoyo cada hora, durantevarias horas. Anote la tasa de filtracin por hora. Si el agua sefiltra con demasiada rapidez, aada agua hasta alcanzarnuevamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo cuidado laprofundidad del agua;


11)Cuando las mediciones porhora sean casi iguales, la tasa depermeabilidad es constante ypuede dejar de medir;

12)Si hay grandes diferencias en lafiltracin por hora, contineaadiendo agua en el hoyo paramantener la profundidad de 10cm hasta que la tasa de filtracinse mantenga casi igual;


Puede deberse a que la estructura del suelo se ha

desarrollado fuertemente. En esos casos, tratar de reducir

la tasa de permeabilidad destruyendo la estructura de la

manera siguiente:

SI LA TASA DE PERMEABILIDAD ES SUPERIOR A 5 MM/H,

1) Escavar el suelo del fondo del

hoyo a la mayor profundidad

posible;

2) Repita el anterior ensayo de

permeabilidad hasta que pueda

medir un valor de filtracin casi

constante (vanse las diapositivas

anteriores).

3) Si esta nueva tasa de permeabilidad no sobrepasa los 4 mm/h.

puede considerar que este horizonte de suelo es apto para el

fondo del estanque. Sin embargo, ser preciso escavar el fondo

antes de llenarlo de agua;

4) Si esta nueva tasa de permeabilidad sobrepasa los 4 mm/h, ello

puede deberse a la presencia de un horizonte de suelo

permeable debajo del horizonte en que ha realizado el ensayo.

Con frecuencia se encuentran estas capas permeables entre

capas de suelo que son semipermeables o incluso impermeables.

5) Comprobar con el ensayo siguiente:

5.1) Excave un nuevo hoyo de 30 cm de dimetro desde la

capa superior menos permeable (A) hasta la prxima

capa menos permeable (B);

5.2) Repita el ensayo de permeabilidad hasta obtener un valor de

filtracin casi constante

5.3) Si esa tasa de permeabilidad no sobrepasa los 3 m m/h, puede

considerar este horizonte de suelo apto para el fondo del

estanque. No obstante, recuerde que una permeabilidad tan lenta

debe encontrarse en una capa de no menos de 0,7 a 1 m de

espesor para asegurar que la filtracin a travs del fondo sea

limitada.

DETERMINACIN DE LOS COEFICIENTES DE PERMEABILIDAD

Para obtener una medicin ms exacta de la permeabilidad

del suelo, puede realizar el siguiente ensayo de campo que

le dar un valor para el coeficiente de permeabilidad:

1) Utilizando una barrena de

sondeo, perfore en el suelo un

hoyo de aproximadamente 1 m

de profundidad (A), en el lugar

donde desea determinar el

coeficiente de permeabiiidad;

DETERMINACIN DE LOS COEFICIENTES DEPERMEABILIDAD

2) Llene el hoyo de aguahasta el borde (B/C);


3) Durante por lo menos 20 minutos (B/C),vuelva a llenar el hoyo hasta el bordecada cinco minutos para asegurarse deque el suelo est completamentesaturado;

4) Aada agua basta el borde del hoyo yempiece a medir la velocidad a quebaja la superficie del agua, utilizandoun reloj para medir el tiempo y unaregla graduada en centmetros paramedir la dstancia (P) entre la superficiedel agua y el borde del hoyo (D). Dejede medir cuando la velocidad sea casiconstante;


EjemploLa velocidad se hace constante

Mida exactamente la profundidad total del hoyo (H) y su dimetro(D). Exprese todas las mediciones en metros (m):

H = 1,15m y D=12cm o 0,12 m

Para cada una de las dos mediciones anteriores consecutivas detiempo/distancia, calcule el coeficiente de permeabilidad K utilizandola frmula siguiente:

K= (D2) x In (h1 h2) / 2 (t2- t1)

Donde:

(D 2) es el radio del hoyo o la mitad de su dimetro en metros;

In = se refiere al logaritmo natural;

h1 y h2 = son las dos profundidades consecutivas del agua en metros, h1 al

inicio y h2 al final del intervalo de tiempo;

(t2 - t1 ) = expresa el intervalo de tiempo entre dos mediciones consecutivas,

en segundos.

Nota: los valores de h se pueden calcular fcilmente como las diferencias

entre la profundidad total del hoyo (H) y los valores de P sucesivos. Para

obtener K en m/s cuide de expresar todas las mediciones en metros y

segundos.

Ahora compare los valores de K (en m/s) con el cuadro siguiente:

Clases

de permeabilidad de los suelos

Coeficiente de permeabilidad

(K en m/s)

Lmite inferior Lmite superior

Permeable 2 x 10-7 2 x 10-1

Semipermeable 1 x 10-11 1 x 10-5

Impermeable 1 x 10-11 5 x 10-7

Clases de permeabilidad de los suelos para obras de ingeniera civil

Ejemplo

Si (D 2) = 0.12 m 2 = 0.06 m y H = 1.15 m, los clculos de los

diferentes valores de K se hacen progresivamente de acuerdo con la

frmula.

Nota:para obtener el logaritmo natural de (h1 h2), tendr que

utilizar una tabla de logaritmos o una calculadora de bolsillo.

Recuerde tambin que10 - 6 = 0.000001 y 6.8 x 10-6 = 0.000006.

Nota: recordar que el exponente negativo de 10 refleja el lugardecimal que hay que darle al multiplicando:

K=2X 10-3 =0,002 m/sK = 5 X 10-7 = 0,0000005 m/s

Si desea comparar el valor de K (m/s) con las tasas de permeabilidad(cm/da)

multiplique K por 8 640 000 u 864 x 104

K = 1 x 10-5 m/s = 86.4 cm/dia

Pasos sucesivos para el clculo de los coeficientes de

permeabilidad

sobre la base de mediciones de campo

(para la perforacin de ensayo con H = 1.15 m y D = 0.12 m)

PROPIEDADES HIDRAULICAS

PERMEABILIDAD

Y

CAPILARIDAD

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Propiedades Fisicas de Suelos