Reacciones de la naturaleza del suelo

Todos los suelos están formados por partículas grandes o pequeñas derivadas de uno o más de los minerales que forman la roca sólida. Estas partículas han sido transportadas desde su ubicación original por diversos medios. Por ejemplo, hay depósitos notables de suelo eólico en el oeste de América del Norte, que fueron depositados por el viento. También hay numerosos depósitos de labranza glacial, una mezcla de arena, grava, limo y arcilla, movidos y depositados por los glaciares.

Otros suelos han sido depositados por la acción del agua (aluvial), mientras que otros, conocidos como suelos residuales, consisten en partículas de roca que no se han movido de su ubicación original pero que son producto del deterioro de la roca sólida.

Los tipos de suelo, según lo determinado por el tamaño de partícula, son los siguientes:

  • Cantos rodados: 12 pulg. (300 mm) o más de diámetro.
  • Adoquines: más grandes que 3 pulg. (75 mm), más pequeños que 12 pulg. (300 mm).
  • Grava: más pequeña que 3 pulg. (75 mm) y más grande que tamiz # 4 (5 mm) (aproximadamente 1/4 pulg).
  • Arena: partículas más pequeñas que el tamiz # 4 (5 mm) y más grande que el tamiz # 200 (630 µm) (40,000 aberturas por pulgada cuadrada).
  • Limos: partículas menores de 0.02 mm y mayores de 0.002 mm de diámetro.
  • Arcillas: partículas menores de 0.002 mm de diámetro

La clasificación del suelo según el tamaño de partícula proporciona al ingeniero geotécnico un enfoque para la descripción del suelo; sin embargo, el suelo en su condición natural no siempre ocurre en un estado homogéneo. La naturaleza del suelo está influenciada por muchos factores, incluidas las propiedades físicas y químicas de las partículas del suelo, la mezcla de tamaños de partículas, el contenido de agua y las fuerzas geológicas.

Los suelos sin cohesión incluyen suelos de arena y grava en los que las partículas tienen poca o ninguna tendencia a pegarse. Los suelos cohesivos pueden incluir limo denso, limo de densidad media, arcilla dura, arcilla rígida, arcilla firme y arcilla blanda. Las partículas de estos suelos tienden a pegarse, particularmente con la adición de agua. Los suelos diversos incluyen labranza glacial y conglomerado. Este último es una mezcla de arena, grava y arcilla, con la arcilla actuando como un cemento débil para mantener juntas las partículas.

Hay excepciones a la reacción y el rendimiento de varios tipos de suelo, por lo que se debe buscar el consejo de un ingeniero geotécnico calificado cuando se trata de suelos. Como ejemplo, algunos limos son ligeramente cohesivos, mientras que otros no tienen cohesión. La mayoría de las arcillas son cohesivas pero en grados muy variables.

La roca se subdivide en su categoría geológica, típicamente como ígnea, metamórfica o sedimentaria. Además, la roca puede clasificarse como masiva, foliada, blanda o rota. Un problema causado por el suelo en las operaciones de construcción se relaciona con el relleno alrededor de las paredes de los cimientos y en las zanjas de servicio.

El suelo subsuperficial, en su estado natural, está compactado por el peso del suelo suprayacente y, en muchos casos, se ha consolidado por fuerzas geológicas como las presiones debidas a los glaciares. Cuando se altera el suelo, como es el caso durante la excavación, la liberación de presión y la reorganización de las partículas del suelo dan como resultado un aumento de volumen.

Cuando este suelo se devuelve a la excavación en este estado expandido o abultado, y a menos que se tomen algunas medidas especiales durante el relleno, el tiempo y el clima traerán un retorno al volumen original. Esta contracción del suelo de nuevo a su condición casi natural da como resultado el asentamiento de los suelos suprayacentes y cualquier estructura que pueda haberse colocado sobre el material no consolidado.

Penetración de escarcha

En muchos casos, cuando el suelo se congela, no hay cambios visibles en el suelo. Sin embargo, los suelos de grano fino, como las arenas arcillosas y los limos, son susceptibles a los cambios de volumen debido a la expansión de la humedad del suelo a medida que se congela.

El aumento resultante en el volumen de suelo en la línea de hielo y más arriba puede causar presión no deseada en losas de piso y cimientos de edificios. Cuando la temperatura media del aire cae por debajo del punto de congelación durante un período prolongado, aumenta la profundidad de penetración de las heladas en el suelo. En suelos de grano fino que tienen una fuente de humedad debajo de la línea de escarcha, ocurre un fenómeno peculiar.

En el plano de congelación, cuando el agua del suelo se convierte en hielo, la acción de secado extrae agua del suelo no congelado. Esta agua, a su vez, se congela y se une a los cristales de hielo de arriba, lo que aumenta el crecimiento de una capa de hielo puro. Este bloque de hielo se conoce como lente de hielo. Debido a que el agua se expande a medida que se congela, estas lentes de hielo pueden producir una presión indeseable sobre los cimientos. Las áreas de estacionamiento pavimentadas son susceptibles a los efectos de las lentes de hielo, ya que cuando el hielo se derrite en la primavera, el suelo debajo del pavimento no tiene resistencia de soporte y se produce un bache.

Las presiones debidas a los cambios en el volumen del suelo tienen un amplio rango y están relacionadas con el tamaño de grano del suelo y el contenido de humedad. El tipo de suelo también influye: los suelos de grano fino desarrollan más presión que los de grano más grueso. Por lo tanto, los suelos arcillosos desarrollan una presión más alta que los limos, y los limos desarrollan una presión más alta que las arenas finas.

En general, las arenas gruesas y las gravas no experimentan un cambio de volumen significativo, y los suelos saturados experimentarán cambios de volumen máximos, lo que resulta en presiones máximas. A medida que disminuye el contenido de humedad, también disminuye la presión resultante.