descripcion de las caracteristicas del suelo

8/17/2019 descripcion de las caracteristicas del suelo

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Características físicas de suelos.

Como se ha explicado, el suelo es una mezcla de materiales sólidos,

líquidos (agua) y gaseoso (aire). La adecuada relación entre estos

componentes determina la capacidad de los componentes determina

una serie de propiedades que se conocen como propiedades físicas o

mecánicas del suelo.

La construcción de una estructura de presas y si se pretende

impermeabilizar los suelos naturales permeables, es importantes

conocer los coeficientes de permeabilidades, es por esto que se

mencionaran las principales características y propiedades físicas

mecánicas de los suelos para determinaran las composiciones de

estos, facilitando los criterios de elección y sus respectivos análisis.

Las propiedades físicas de suelo son:

a. Textura (Granulometría)

b. Consistencia (Limites de consistencia)

c. Estructura

d. Color

e. Humedad

f. Peso especifico

g. Porosidad

h. Permeabilidad


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a. Textura

La textura de un suelo es la proporción de los tamaños de los grupos

de partículas que lo constituyen (granulometría) y está relacionada

con el tamaño de las partículas de los minerales que lo conforman y

se refiere a la proporción relativa de los tamaños de varios grupos de

partículas de un suelo. La distribución proporcional de los diferentes

tamaños de partículas minerales determina la textura de un

determinado suelo. La textura del suelo se considera una

característica básica porque los tamaños varían considerablemente

entre los suelos, pero no se alteran fácilmente en un determinado

suelo.

El proceso analítico mediante el que se separan las partículas de una

muestra de suelo se llama análisis mecánico o granulométrico y

consiste en determinar la distribución de los tamaños de las

partículas. Este análisis proporciona datos de la clasificación,

morfología y génesis del suelo como plasticidad o consistencia.

La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin

necesidad de empleo de equipos o ensayos de Laboratorio. Más

tarde, los ensayos de laboratorio confirmaran y permitirán precisar la

información obtenida del suelo. La American Society for Test ing

and Materials (ASTM) define los diferentes tipos de suelos como:

Bloques : Partículas de roca mayores que 12’’ (300mm)

Bolones : Particulas de rocas menores 12’’ (300mm), pero

mayores que 3’’ (75mm)


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Grava : Suelo que pasa por malla 3’’ (75mm) y es retenida

en malla N° 4 (4.75mm); tiene las siguientes sub divisiones:

Grava gruesa: pasa la malla de 3’’ (75mm)y es retenida en la

malla de ¾’’ (19mm)

Grava fina: pasa la malla de ¾’’ (19mm) y es retenida en la

malla N° 4 (4.75mm)

Arena : Particulas de roca que pasan la malla N° 4 (4.75mm)

y son retenidas en la malla N° 200 (75um), tiene las sub

divisiones

Arena Gruesa: pasa la malla N° 4 (4.75um) pero se retiene en

la malla N° 10 (2mm).

Arena Media: pasa la malla N° 10 (2mm), pero es retenida en

la malla N° 40 (425um)

Arena Fina: Pasa la malla N°40 (425um), pero es retenida por

la malla N° 200 (75um)

Arcilla : Suelo que pasa por la malla N° 200 (75um) que

presenta plasticidad dentro de un rango de contenidos de

humedad y que es resistente en estado seco.

Arcilla orgánica: es una arcilla con suficiente contenido

orgánico como para influenciar en las propiedades de suelo.

Para su clasificación, una arcilla orgánica es un suelo que

podría ser clasificado como arcilla, excepto cuando el valor de


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su límite líquido después del secado sea menor del 75% del

valor de su límite liquido antes de su exposición al secado.

Limo: Suelo que pasa la malla N° 200 (75um), no tiene

propiedades plásticas o tiene muy poca plasticidad y que en

estado seco no tiene resistencia.

Limo orgánico: es un limo con suficiente contenido orgánico

como para influenciar en las propiedades de suelo. Para su

clasificación, un limo orgánico es un suelo que podría ser

clasificado como un limo excepto cuando su valor de límite

liquida después de su exposición al secado sea menor del 75%

de su valor de límite antes de su exposición al secado.

Turba: es un compuesto en primer lugar por un tejido vegetal

en diferentes etapas de descomposición, usualmente con un

olor orgánico de color marrón oscuro a negro, de consistencia

y textura que varía de fibrosa a amorfa.

El sistema unificado de clasificación de suelos fue originalmente

propuesto por A. Casag ran de en 1942 y después revis ado y

adop tado po r el Bu reau of. Reclamat ion de Estado s Unidos y por

el cuerpo de ingenieros de ejército de Estados Unidos, este sistema

se usa en casi todo trabajo de geotecnia, en el sistema unificado

(SUCS) los siguientes símbolos se usan como identificación como:

G : Grava (Gravel)


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S : Arena (Sand)

M : Limo (Silt)

C : Arcilla (Clay)

O : Limo orgánicos y arcillas

Pt : Turba y suelos altamente organicos (Peat)

H : Alta plasticidad

L : Baja plasticidad

W : Bien gradada (Well graded)

P : Mal graduados (Poorly graded)

En el Figura N° 01, se observa cinco curvas FPT para cinco tipos de

suelo, que varían de grava/arena a arcilla pesada. Estudie

cuidadosamente cada una de ellas y observe su posición relativa en el

gráfico, su punto de inflexión y su inclinación.

FPT = Frecuencia de partículas según su tamaño.


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Figura N° 01: Curva de Granulometría según FPT. (Gonzales 2002)

a. Grava y arena

b. Arena

c. Limo

d. Limo arcilloso

e. Arcilla

b. Consistencia

La consistencia es la característica física que gobierna las fuerzas de

cohesión – adhesión, (Límites de consistencia) responsables de la

resistencia del suelo a ser moldeado, dichas fuerzas dependen del

contenido de humedades por esta razón que la consistencia se debe

expresar en términos de seco, húmedo y mojado. Se refiere a las

fuerzas que permiten que las partículas se mantengan unidas, se

puede definir como la resistencia que ofrece la masa de suelo a ser

deformado o amasada, las fuerzas que causan la consistencia con

Cohesión y adhesión.


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Cohesión.- Esta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a

que las partículas de arcilla presentan carga superficial, por una parte

y la atracción de masas por las fuerzas de Van der Walls , por otra

(gavand e, 1976) …Además de estas fuerzas, otros factores tales

como compuestos orgánicos, carbonatos de calcio y óxidos de hierro

y aluminio, son agentes que integran el mantenimiento conjunto de las

partículas, la cohesión, entonces es la atracción entre partículas de la

misma naturaleza.

Adhesión.- Se debe a la tensión superficial que se presenta entre las

partículas de suelo y las moléculas de agua. Sin embargo, cuando el

contenido de agua aumenta, excesivamente, la adhesión tiende a

disminuir. El efecto de la adhesión es mantener unidas las moléculas

por lo cual depende de la proporción Agua/Aire. De acuerdo a lo

anteriormente expuesto se puede afirmar que la consistencia de los

suelos posee dos puntos máximos, uno cuando está en estado seco

debido a cohesión y otro cuando es húmedo que depende de la

adhesión.

Las fuerzas de cohesión y adhesión juntas regulan el movimiento de

agua. En suelos arcillosos la adhesión y cohesión ejercen sus fuerzas

sobre sus propiedades de plasticidad.

Límite de Consistencia – Límite de Atterberg.

Es cuando se cambia de humedad el suelo cambia de consistencia,

pudiéndose encontrar en estado como:

- Solido


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- Semi solido

- Plástico

- Liquido

Atterberg dividió y considero tres límites o estados de consistencia,

observe la fig. N° 02, el límite de contracción que es la frontera

convencional entre estado sólido y semisólido, el limite plástico que

es la frontera entre los estados semisólido y plástico; y el limite líquido

que se define como la frontera entre estado plástico y semilíquido.

También se denomina al límite líquido como la frontera entre el estado

plástico y líquido.

Figura N° 02, Plasticidad del material – Limite de Atterberg (Elab. propia)

Las humedades en los cuales el suelo cambia de una consistencia a

otra se llaman los límites de Atterberg (Sueco), quien los definió en

1911 para el área de agricultura; en 1932 los procedimientos para

encontrar estos límites de una manera precisa, fueron definidos, por

Arthur Casagrande .

Se deja un tiempo de curado para que la fase liquida y sólida se

mezcle homogéneamente. La cual depende del grado de plasticidad

del suelo existiendo la siguiente clasificación: suelos de alta

plasticidad ≥ 24 h, suelos de plasticidad media ≥ 12 h, suelos de baja

plasticidad ≥ 1 h.

RETRACCION L.R PLASTICO L.P LIQUIDO

L.LLIMITES

Ws Wp Wi HUMEDADES

SOLIDASEMISOLIDA

(Fragil)

PLASTICA

(Moldeable)

FLUIDA

(Viscosa)CONSISTENCIA


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Los límites de atterberg y los índices asociados resultan muy útiles

para la identificación y clasificación de suelos (AASHTO y SUCS).

Limite Líquido

El límite líquido está definido, como el contenido de humedad en el

cual una masa de suelos se encuentra entre el estado plástico para

pasar al estado líquido o semilíquido, en donde el suelo toma las

propiedades y apariencias de una suspensión, puesto que no existe

una separación muy clara entre los estados de consistencia

semilíquida, plástico y semisólido, se ha ideado el procedimiento

estándar para la determinación de este límite; el cual se denomina

“método mecánico” el que ideo Casagrande y también denominado

“Copa de Casagrande”.

Para controlar la velocidad de golpeado de la copa, se debe rotar la

manivela a una velocidad aproximadamente de 120 revoluciones por

minuto o sea a una tasa de 120 golpes por minuto.

Limite Plástico

El límite plástico está definido como el contenido de humedad, en el

cual una masa de suelo se encuentra entre el estado semisólido y el

estado plástico; en el estado semisólido el suelos tiene la apariencia

de un sólido, pero aun disminuye de volumen al estar sujeto a secado

y en el estado plástico el suelos se comporta plásticamente.

Arbitrariamente, también se define como el contenido de humedad del

suelo al cual un cilindro se rompe o se agrieta, cuando se enrolla a un


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diámetro aproximado de tres milímetros (1/8”), al rodarse con la palma

de la mano sobre una superficie lisa.

Con la práctica, se encuentra que los valores del límite plástico

pueden reproducirse sobre el mismo suelo por parte de diferentes

laboratorios dentro de un rango del uno al tres por ciento.

Si la disgregación (agrietamiento) se produce cuando tiene un

diámetro mayor que tres milímetros, puede considerarse como un

punto final satisfactorio siempre que el material haya podido

conformar previamente un cilindro de tres milímetros.

Índice de plasticidad

Numéricamente es la diferencia entre el límite líquido (LL) y el límite

plástico (LP). El cual representa la variación de humedad que puede

tener un suelo que se conserva en estado plástico. Tanto el límite

líquido como el límite plástico dependen de la calidad y tipo de arcilla

presente en la muestra, sin embargo el índice de plasticidad depende

generalmente de la cantidad de arcilla en el suelo

IP = LL - LP

Atterberg clasificó el IP en diferentes secciones, que varía de cero

hasta 17, en los cuales los suelos se comportan de acuerdo a la

magnitud del índice de plasticidad, es decir, que se muestra un

indicativo para razonar como trabaja el suelo en el terreno.


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Cuadro N° 04

Valores de IP (Bowles. Pag. 21)

Si IP = 0

Si no es posible determinar uno de los dos limites

(LL o LP), o si la diferencia es negativa (IP), elsuelo se clasifica como No Plástico (NP)

Si IP < 7 El suelo tiene baja plasticidad

Si 7< IP 17 Suelo altamente plástico

c. Color.

El color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como

una medida indirecta de ciertas propiedades, el color varia con el

contenido de humedad. El color rojo indica contenido de óxidos de

hierro y manganeso; el amarillo indica óxidos de hierro hidratado; el

blanco y el gris indican presencia de cuarzo, yeso y caolín; y el negro

y marrón indican materia orgánica. Cuanto más negro es un suelo,

más problemática será en ingeniería Civil.

El color de los suelos puede proporcionar información clave sobre

otras propiedades del medio edáfico. Por ejemplo, suelos de colores

grisáceos y con presencia de manchas, como se aprecia en la Figura

N° 03 Tabla de colores Munsell (Munsell – 1990) y fotografía N° 02,

Identificando los colores de cada estarto.


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Figura N° 03: Tabla de colores Munsell, Hoja de colores (Munsell 1990)

Fotografía N° 02: Comparación Suelo con la tabla de colores MunseIl

d. Humedad.

Dada su importancia en varios campos de investigación, la

clasificación, retención y movimiento del agua en el suelo ha llamado


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la atención de muchos investigadores durante el último siglo. En este

trabajo se investiga el efecto de la humedad sobre las propiedades

físicas del suelo tales como la densidad o la conductividad hidráulica.

Además se exploran algunos métodos para la medición indirecta de

humedad. Como resultado de las mediciones de humedad se

encontró que las sondas de resistencia eléctrica tienen un tiempo de

respuesta grande (días) y la respuesta de la sonda de neutrones en

arena es una función cuadrática con el contenido de humedad del

suelo (Zamo ra, 2008).

El suelo es un sistema natural que consta de una o más sustancias y

de una mezcla de interacciones entre sus fases, fase solida (las

partículas de suelos), fase liquida (agua) y fase gaseosa (aire). La

fase solida puede ser mineral u orgánica, la mineral está compuesta

por partículas de distintos tamaños, formas y composición química, la

orgánica está compuesta por residuos vegetales en diferentes etapas

de descomposición y organismos en estado de vida activa. La fase

liquida está constituida por el agua en el suelo con sustancias en

solución y ocupa una parte o totalidad de los poros entre partículas

sólidas. La fase gaseosa corresponde al vapor o aire que ocupa aquel

espacio entre poros no ocupado por el agua.

En la primera parte de este trabajo se estudia el contenido de agua o

llamado nivel freático del agua en el suelo a partir de la solución

numérica de la ecuación de Richard, en la última se investigan tres

métodos para la medición indirecta de humedad en el suelo: sonda de

resistencia eléctrica, reflectometro y sonda de neutrones para grandes


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profundidades, se calcula con la siguiente formula la humedad que

plantea (Zamora 2008):

100% x Ms MwW

Donde: W% = Porcentaje de agua

Mw = Cantidad de agua

Ms = Muestra seca

e. Densidad del suelo.La densidad del suelo se ve afectada principalmente por dos razones,

la relación aire – agua en los poros (humedad) y la disminución del

volumen total de los poros – compactación. (Zamo ra y Suarez 2008 ).

En el suelo se considera dos tipos de densidad: densidad aparente,

densidad real, se expresa por Kg/m3, gr/cm3.

Densidad aparente (da).- es la masa contenida en una unidad de

volumen de una muestra de suelo tal y como es, incluyendo el

volumen ocupado por los poros. Para determinarla, se divide el peso

de un determinado volumen de tierra secada a estufa por ese volumen

de suelo, y se expresa el resultado en Kg/m3.

33 //)(.

secmkg cm g

poros sueloVol

omasasueloap

La densidad aparente de los suelos varía según la textura y estructura

entre los 1.100 a 1.900Kg/m3.


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Densidad real (dr).- es la densidad de las partículas sólidas del suelo.

Se determina dividiendo el peso de los suelos secado a estufa por el

volumen que ocupa los sólidos.

33 //)(.

)(mkg cm g

Vs solidosVol

Ms smasasolido solidos

La densidad real de los suelos minerales más comunes varía de 2.500

a 2.700 Kg/m3, clara ejemplo en Fig. N° 04 de densidad aparente y

real

Figura N° 04: Densidad real y aparente de suelos

f. Porosidad

Como consecuencia de la textura y estructura del suelo tenemos su

porosidad, es decir su sistema de espacios vacíos o poros.

Los poros en el suelo se distinguen en: macroscópicos y

microscópicos.


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Los suelos arenosos son ricos en macro poros, permitiendo un rápido

pasaje del agua, pero tienen una muy baja capacidad de retener el

agua, mientras que los suelos arcillosos son ricos en micro poros, y

pueden manifestar una escasa aeración, pero tienen una elevada

capacidad de retención del agua, veamos la fórmula:

V

VeV

Dónde: Ve = volumen de espacios vacíos, comprendido los

que están ocupados por gases o líquidos.

V = vol. total de la muestra, sólidos, líquidos y gases.

La porosidad puede ser determinada por la formula:

100 xS

SaS P

Dónde: P = porosidad en porcentaje del vol. total de muestra

S = densidad real del suelo

Sa = densidad aparente del suelo

Figura N° 05: Diferencia de porosidad entre arena y arcilla


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g. Estructura de suelo

La estructura es la forma en que las partículas del suelo se reúnen

para formar agregados, de acuerdo a esta característica se distinguen

suelos de estructura esferoidal (agregados redondeados), laminar

(agregados en láminas), prismática (en forma de prisma), bloque (en

bloques), y granular (en granos).

La estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las

partículas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las partículas

individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se

determinan agregados.

Clases y Tipos de estructura de suelos

La clase de estructura describe el tamaño medio de los agregados

individuales. En relación con el tipo de estructura de suelo de donde

proceden los agregados, se pueden reconocer, en general, cinco

clases distintas que son las siguientes:

Muy fina o muy delgada

Fina o delgada

Mediana

Gruesa o espesa

Muy gruesa o muy espesa

El tipo de estructura describe la forma o configuración de los

agregados individuales, aunque generalmente los técnicos en suelos


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reconocen siete tipos de estructuras del suelo, estos se clasifican de

la forma siguiente.

- Estructuras granulares.- son partículas individuales de arena, limo

y arcilla agrupadas en granos pequeños casi esféricos. El agua circula

muy fácilmente a través de esos suelos, por lo general se encuentran

en el estrato E-1 de los perfiles de suelos. Fig. 6(f).

- Estructuras en bloques o bloques subangulares.- son partículas

de suelo que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con

los bordes más o menos pronunciados, los bloques relativamente

grandes indican que el suelo resiste la penetración y el movimiento

del agua, suelen encontrarse en estrato E-2 cuando hay

acumulaciones de arcilla. Fig. 6(d)

- Estructuras prismáticas y columnares.- son partículas de suelo

que han formado columnas o pilares verticales separados por fisuras

verticales diminutas, pero definidas. El agua circula con mayor

dificultad y el drenaje es deficiente, normalmente se encuentra en el

estrato E-2 cuando hay acumulación de arcilla. Fig. 6 (a,b)

- Estructura laminar .- se compone de partículas de suelo agregado

en láminas o capas que se acumulan horizontalmente una sobre otra.

A menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la

circulación del agua. Esta estructura se encuentra casi siempre en los

suelos boscosos en el estrato E-1 y en los suelos formados por capas

de arcilla. Fig. 6 (e).


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- Estructura columnar .- semejante a la estructura prismática, pero

con la base redondeada. Esta estructura es típica de suelos

envejecidos. Fig. 6 (b).

Figura N° 06: Diferentes tipos de estructuras de suelos

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