dRepública Bolivariana de VenezuelaMinisterio Del Poder Popular Para la Defensa

Universidad Nacional Experimental PolitécnicaDe las Fuerzas Armadas Nacional

Núcleo- Apuree

Unidad 4 Erosión de suelos

Venezuela

San Fernando, Abril 2012.

Que es erosión: Es la degradación del ecosistema, transformándolo en un desierto provocado por los agentes naturales. La erosión es el arrastre de partículas constituyentes del suelo por la acción del agua en movimiento o por la acción del viento.

Meteorización: Es la desintegración, descomposición y disgregación de una roca en la superficie terrestre o próxima a ella como consecuencia de su exposición a los agentes atmosféricos, físico-químicos y biológicos.

Tipos de meteorización Meteorización Física: En esta se produce una ruptura en la roca, sin afectar su composición química o mineralógica, por ejemplo la roca se va disgregando en materiales de menor tamaño esto facilita el proceso de erosión y transporte, posteriormente las rocas no cambian sus características químicas pero si las físicas. Los agentes que la provocan son:

La descompresión: Es la expansión y el agrietamiento que se producen en rocas que se han formado a gran profundidad, al encontrarse en la superficie donde la presión es mucho menor. A causa de esta dilatación comienzan a experimentar la formación de grietas.

Diaclasas: Son planos o superficie de ruptura de un estrato rocoso debido a un esfuerzo en las cuales no existe un desplazamiento, Determinadas rocas, como el granito o algunas calizas, presentan redes de diaclasas que favorecen su fragmentación y la meteorización.Ministerio Del Poder Popular Para la DefensaEjemplo de diaclasas sobre una roca:

Fragmento de la red de diaclasas:

Según su origen las diaclasas pueden ser: Retracción:, originadas por pérdida de volumen durante el enfriamiento de un magma en el interior de una colada de lava.Descompresión: Es lo que experimentan las rocas a medida que se aproximan a la superficie terrestre debido a la erosión de las rocas suprayacentes.

Termoclastia: Es la fisura de las rocas aflorantes como consecuencia de la diferencia de temperatura entre el interior y la superficie. Por ejemplo La diferencia térmica día-noche es la causa: durante el día, al calentarse, la roca se dilata; sin embargo, por la noche, al enfriarse, se contrae. Al cabo de un tiempo acaba rompiéndose.

Gelifracción: Es la rotura de las rocas aflorantes a causa de la presión que ejercen sobre ellas. Por ejemplo, el agua, al congelarse, aumenta su volumen en un 9%. Si se encuentra en el interior de las rocas, ejerce una gran presión sobre las paredes internas que acaba, tras la repetición, por fragmentarlas.

Haloclastia: Es la rotura de las rocas por la acción de la sal. Por ejemplo; en los ambientes áridos, las lluvias lavan el suelo llevándose consigo la sal. La sal, se incrusta en los poros y fisuras de las rocas, y, al recristalizar y aumentar de volumen, aumenta la presión que ejercen sobre las paredes internas, lo cual puede ocasionar la ruptura. Por tanto el resultado son rocas muy angulosas y de menor tamaño, lo que generalmente da lugar a los procesos de erosión.

Por consiguiente: Todas las obras de infraestructura se construye sobre o dentro de la tierra. Lo anterior se refiere tanto al suministro de materiales de construcción

adecuados como a la necesidad indispensable de proveer condiciones apropiadas de soporte en el terreno de dichas obras, Puede decirse que la geotecnia en ingeniería de fundaciones y en geotecnia vial son piezas fundamentales de la ingeniería civil para concebir, estudiar, diseñar, construir, operar, mantener y conservar adecuadamente las obras civiles o físicas de todo tipo, que una sociedad requiere diariamente.

Ejemplo: En obras civilesLa topografía, las construcciones de obras civiles en terrenos de alta pendiente exigen monitoreo de los sistemas de fundación y en la estabilidad de los taludes.La no uniformidad de los procesos de meteorización y las características mineralógicas y físicas que originan estos procesos imponen a dichos suelos un comportamiento especial de capacidad de soporte y deformabilidad que debe investigarse y estudiarse con rigor.

También se requiere mucho conocimiento sobre los métodos de construcción de cimientos profundos, excavaciones profundas y estructuras de contención.

Considerando las condiciones geotécnicas complejas que muchas veces se deben enfrentar, es clara la importancia del profesional altamente capacitado en el área de geotecnia, ya sea como planeador, diseñador, constructor, asesor, interventor o investigador.

Meteorización química: En esta se produce una transformación química de la roca provocando la pérdida de cohesión y alteración de la roca.

Los procesos más importantes son los atmosféricos: vapor de agua, oxígeno y dióxido de carbono y los ácidos: En suelos de consistencia fina disminuye según el clima, obteniendo un suelo de grano fino (arcilla, limo). Por ejemplo en climas húmedos y calientes los suelos son de baja resistencia, sus agentes pueden ser:

Oxidación: Implica la adición de iones de oxígeno, como ocurre en las rocas que contienen Fe, manifestándose como cambios de coloración y a veces hasta de consistencia.

Hidratación: Significa la adición de agua a los minerales o absorción, pero dentro de su propia estructura atómica o molecular.

Carbonatación: Es la disolución de algunos materiales por medio de aguas con elevado contenido de CO2, (el potasio, el calcio, el sodio y el magnesio, suelen

unirse con el anhídrido carbónico y el oxígeno para formar carbonatos).

Efectos químicos de la vegetación: Los ácidos orgánicos que se forman donde hay vegetales en descomposición tienden a aumentar el poder de disolución de las aguas que los contienen.   Como resultado de estos procesos, puede separarse la sílice de los silicatos minerales, llamándose a este fenómeno de separación de la sílice, deslización.

Factores de formación de los suelos  La materia de origen, de la cual se ha originado el suelo: Puede ser una roca ígnea, sedimentaria o metamórfica que se ha transformado lentamente. El agua: al atravesar las distintas capas produciendo en su contacto con los elementos químicos y materia orgánica una serie de reacciones físico-químicas, que hacen que este vaya transformando lentamente.

La topografía del lugar: El agua también actúa en el relieve o topografía del terreno ya si el terreno es llano, o hay colinas esta se distribuirá según su relieve.

El clima de la región: Determina el color de un suelo.

La temperatura: Está asociada íntimamente al clima, pues a mayor temperatura existe mayor cantidad de arcilla en un suelo. Además, el espesor de los estratos o capas depende de la temperaturaLos organismos existentes: Particularmente los microorganismos, plantas y animales intervienen en la formación del suelo.

El ser humano y sus obras: La construcción de represas, autopistas, carreteras, alteran las condiciones naturales existentes.

Movimientos sísmicos, ciclones y maremotos: Estos producen grandes deformaciones en la corteza terrestre.

Explosiones nucleares: Ocasionan violentos cambios en la corteza terrestre y alteran las condiciones climáticas atmosféricas y ambientales existentes. Propiedades físicas de los suelos: Se debe considerar   1.- Composición mineralógica y composición química. 2.-Granulometría (Forma, tamaño influencia en la composición mineralógica (redondeada, sub-redondeada, angulosa).3.- Peso específico. 4.- Estructura.

5.- Densidad.

6.-Absorción.

7.-Porosidad y permeabilidad se confunden generalmente. La porosidad es el espacio vacío en la unidad de volumen del material, expresado en porcentaje. Por lo tanto, la porosidad es el volumen de vacíos dividido por el volumen total. Expresado de otra manera es la capacidad de un suelo de absorber agua.

8.-Permeabilidad en lo que se refiere a los suelos y a las rocas, se define como aquella propiedad que permite el paso o la penetración de fluidos a través de la masa. Expresado de otra manera: es la capacidad de un suelo de dejar pasar agua.

Meteorización biológica: Algunos seres vivos contribuyen a transformar las rocas. Así, las raíces de las plantas se introducen entre las grietas actuando de cuñas. Al mismo tiempo segregan sustancias que alteran químicamente las rocas, También algunos animales, como las lombrices de tierra, las hormigas, las termitas, los topos, favorecen la alteración de las rocas en la superficie.

Tipos de erosión: Según su origen pueden ser:1. Natural:

Erosión Pluvial: Una gota de agua es aproximadamente 1000 veces más grande que una partícula de suelo. Por lo tanto, la fuerza del impacto de una sola gota de lluvia es suficiente para dispersar y arrastrar las partículas de suelo que encuentre a su paso. Es decir, millones de gotitas golpearán el suelo y arrastrarán sus partículas. Si la lluvia continúa, el agua se juntará sobre la superficie y aumentará la velocidad con la que escurre; se formará una red de pequeños canales que ,al unirse, irán formando otros más grandes, que luego se transformarán en surcos, zanjas y, finalmente, en zanjones muy grandes llamados “cárcavas”.

Erosión Eólica: El viento, al soplar con fuerza, levanta las partículas de suelo y las moviliza en distintas direcciones. En ocasiones, a través de un proceso lento, pero persistente, puede llegar a producir concavidades o depresiones que alcanzan varios metros de diámetro, hasta formar dunas de polvo o dunas de arena sobre un terreno.

2.- Antrópica (Causada por el hombre): Está es causada por lo siguiente1.- La realización de cualquier actividad sobre un terreno inclinado o incluso una labranza en el mismo sentido de la pendiente.2.- La eliminación de vegetación en suelos de aptitud forestal, ya sea por medios mecánicos químicos o usando el fuego. 3.- La ocurrencia reiterada de incendios forestales en un mismo lugar.

4.- Todas estas provocan las condiciones para que el agua y el viento arrastren las capas fértiles del suelo e incluso provoquen daños a mayor profundidad, por escurrimiento o infiltración acelerada.

Agentes causante:

1.- acción eólica (por viento)

2.- acción hídrica (por agua)

Factores de erosión:

Naturales: Clima. Relieve. Vegetación. Suelos.

Antrópicos: Uso y Manejo. Tenencia de la tierra. (Poder, dominio social y político). Educación (Falta de consulta Técnica).

Erosión hidráulica

 Tipos:1.-Laminar (Es una erosión superficial). Estás dan origen 2.-Surcos (favoreciendo la remoción de la parte superficial del suelo).3.-Zanjas o cárcavas. (Consiste en pérdidas de grandes masas de suelo formando surcos de Gran profundidad y largura trayendo como consecuencia: Pérdida de suelo, Cambio en el régimen térmico, Pérdida en la calidad del relieve, Pérdidas en la capacidad de reserva de agua.

Se debe: Impacto de la gota de lluvia. Percolación. Se refiere al paso lento de fluidos a través de los materiales

porosos. Ejemplo la filtración y lixiviación. Deslizamiento. Movimiento de masa provocado por la inestabilidad de

taludes.

Erosión en surcos

Surcos Cárcavas o Zanjas

Cárcavas: Se define como zanjas o canales, que se desarrollan sobre capas de materiales no consolidados de la superficie terrestre. Estas pueden llegar a medir aproximadamente 30 cm de anchura.

Estas se describen de la siguiente manera: 1.- Son surcos ramificados que van creciendo verticales, longitudinales y laterales, generalmente poseen un perfil de suelo agudo en forma de V (Crecimiento vertical). Cuando el crecimiento vertical se detiene avanza el desgaste lateral el perfil deja de tener un fondo agudo y desarrolla una superficie plana, dando al conjunto una forma de cajón.

A medida que se va socavando el fondo del barranco, las paredes se van desmoronando. La rata de crecimiento dependerá de la intensidad de las lluvias. Cuando la cabecera o punta de la cárcava presenta un escarpe, durante las lluvias más intensas se genera un salto de aguade alto poder erosivo, cuyo impacto al pie del talud produce una intensa salpicadura radial, capaz de hacer retroceder el barranco varios metros durante un mismo aguacero.

Otro ejemplo en bloques: Las cárcavas se originan por causas naturales, pero en muchas circunstancias su origen se asocia a las actividades antrópicas; el hombre desforesta la superficie con diferentes propósitos ( agricultura, mineras, urbanización).

Ejemplo: E áreas urbanas

1.- En áreas urbanas, cuando el agua de lluvia que deja de infiltrarse escurre en exceso pendiente abajo. Causa problemas tales como terremotos que en su gran mayoría son de mayor inclinación, ya que la inestabilidad de los taludes pueden verse influida por la infiltración de agua.

2.- La litología: Los materiales sueltos, tales como las arenas, facilitan la remoción.

3.- Los materiales cohesivos, como las arcillas, ofrecen mayor estabilidad. El contenido de arcillas en las capas arenosas disminuye la susceptibilidad a la erosión como los desplomes.

4.- Las cárcavas activas, se caracteriza por su crecimiento.

5.- Las cárcavas inactivas, se destacan por estabilidad.

6.- Como pronosticar el crecimiento tridimensional de los barrancos, unas de las medidas serían monitorear durante la época de lluvia, colocando marcas y realizando visitas resientes al sitio de interés.

Modos de control de erosión en cárcavas

En obras civiles, para controlar el crecimiento de las cárcavas se debe considerar:

1.- La construcción de canales. Elaborados con hierro y concreto, de forma escalonada; este permite disminuir la velocidad y el potencial erosivo de la corriente que se desplaza.

2.- La finalidad es siempre la misma: disminuir la fuerza del agua y eliminar la socavación.

3.- Construcción de “chimeneas”, cuya función es que el chorro de agua que cae desde el borde de una mesa invierta la mayor parte de su energía sobre un fondo de concreto.

4.- El problema que presentan las obras de control es el descuido, ya que una vez que se construyen, se abandonan a su suerte: no hay mantenimiento, no hay monitoreo sobre su funcionamiento y los mismos vecinos no se preocupan por la pérdida de los recursos invertidos ni por el peligro, porque lo perciben a largo plazo.

La erosión es función:

La erosividad: Es la capacidad potencial de la lluvia para erosionar está se puede dar en todas las estaciones.Erodabilidad: Es la vulnerabilidad del suelo frente a la erosión .Se consideran las características del suelo y el tratamiento que se le dé. Depende de la textura, la estabilidad estructural y la capacidad de infiltración.

Erosión por impacto de gota de lluvia: Actúa compactando y destruyendo su estructura, haciendo saltar partículas a una cierta altura las cuales son, arrastradas por el flujo de agua. El mecanismo que existe para evitar ese efecto es la presencia de biomasa vegetal la cual actúa como una cubierta protectora del suelo. La cubierta vegetal ejerce su acción a dos niveles: uno por encima del suelo

y otro por debajo. En el primero, existe un efecto de intercepción de las gotas de lluvia y en el segundo interviene directamente el enraizamiento.

Etapas del proceso de erosión hídrica:

1.- Desagregación: Es la dispersión del agente cementante, disminuye la cohesión, aumenta la humedad existe compresión del aire atrapado. 2.- Transporte. (Fragmentos de rocas, minerales y sales)3.- Deposición.

De la lluvia debemos considerar  Cantidad de lluvia Intensidad Tamaño de gota

Del suelo debemos considerar Cobertura vegetal Condiciones de superficie

 Fórmula universal de pérdida de suelo: E=RKLSCPE: Pérdida de suelo estimada como promedio anual.R: Factor de erosividad.K: Factor de erodabilidad de suelo.

L y S: Longitud y pendiente.C: Factor cultivo.P: Prácticas de manejo

Definición de intemperismo: Son los cambios que tienen lugar en los minerales y las rocas en o cerca de la superficie de la tierra por efectos de la atmósfera, el agua, las plantas y los animales.

Puede ser fundamentalmente mecánico o físico (desintegración de la roca en trozos cada vez más pequeños)

O bien dominantemente químico (descomposición de los componentes originales de la roca a otros diferentes)

Tipos de intemperismo:A) El intemperismo mecánico: Se define como desintegración, es decir es

un proceso por el que las rocas se rompen en fragmentos más y más pequeños, como resultado de la energía desarrollada por las fuerzas físicas. Por ejemplo, cuando el agua se congela en una roca fracturada, la presión debido a la expansión del agua congelada puede desarrollar suficiente energía para astillar fragmentos de las rocas, provocando que la fuerza de gravedad descienda sobre una pendiente pedregosa y ocasionen fragmentos más pequeños.

Expansión y contracción bebidas a la ganancia y pérdida de calor:Los cambios de temperatura son suficientemente rápidos y elevados, estos son los que pueden provocar el intemperismo mecánico de la roca, en áreas donde la rocas se exponen a la superficie carece de la protección de un manto de suelo, por ejemplo las quemas pueden generar calor suficiente para romperlas las rocas.

El calentamiento rápido y violento de la zona exterior de una roca provoca su expansión, y si el calentamiento es bastante grande provocara el desprendimiento o fragmentación de la roca.

Las variaciones de las temperaturas: Son las causantes de intemperismo mecánico, Por ejemplo, los minerales que forman un granito se expanden y se contraen a diferentes velocidades a medida que reaccionan a temperaturas crecientes o decrecientes, es de considerar que la expansión y contracción mínimas de los minerales pueden debilitar las uniones entre los granos minerales provocando la desintegración.Acción de las heladas: El hielo es mucho más efectivo que el calor para producir intemperismo mecánico, cuando el agua escurre por las fracturas, grietas y poros de una masa rocosa y se congela, su volumen aumenta en un 9 %, esta expansión de agua a medida que pasa del estado líquido a sólido, desarrolla presiones dirigidas hacia fuera desde las paredes interiores de las rocas.

No obstante, estas grandes presiones son suficientes para provocar desprendimientos de fragmentos de la superficie rocosa.

En las rocas, el proceso de rotura por cuñas de hielo se denomina gelifracción.

Intemperismo mecánico producido por el agua: A este se le llama palpitación: Esta acción suele producirse en los depósitos de grano fino, antes que en la roca sólida, es decir gran parte del agua que cae como lluvia en el suelo pueden congelarse a medida que aumenta la cantidad de agua procedente de la atmosfera y avanza del suelo no congelado hacia abajo en forma parecida a un secante, es decir que chupa la humedad. Con el tiempo se forman masas de hielo.

Exfoliación: Es una forma de meteorización que conduce, no a la desintegración granular de la roca, sino a su descamación, pues se desprenden de la roca láminas o capas curvas.

Acción de las raíces: Las raíces que crecen en las grietas de las rocas generan esfuerzos de tracción. Se trata de un efecto de cuña asociado al engrosamiento de la raíz que se desarrolla y progresa, colaborando en la dislocación de los materiales rocosos.Fragmentación Mecánica: Se produce por uno o una combinación de las siguientes causas y procesos:

1.- Presencia de zonas (planos) de debilidad.

2.- Expansión provocada por la descompresión.

3.- Fragmentación por hielo o gelifracción.

4.- Expansión/contracción térmica

5.- Fragmentación por crecimiento de minerales.

6.- Actividad biológica.

Los agentes erosivos -viento, hielo glaciar y aguas corrientes van retirando más fácilmente los fragmentos que se originan.

Presencia de zonas (planos) de debilidad .Todas las rocas tienen planos de debilidad como estratificación, diaclasas, foliación, fracturas, Entre más cercanos se encuentren estos planos entre sí, más favorecerán la desintegración de las rocas.

Fracturamiento de rocas intrusivas

Expansión provocada por la descompresión: La eliminación de una fuente de presión (desaparición de una roca por erosión) provoca el fenómeno de “lajeamiento”, ó exfoliación esferoidal).

Lajeamiento

Exfoliación

Expansión térmica: En lugares con diferencias importantes de temperatura diurnas-nocturnas. Es un proceso que puede graduarcon la geliflaxión.

Fragmentación por crecimiento de minerales: El crecimiento de minerales a partir de soluciones circulantes en las fracturas de las rocas, puede también ejercer fuerzas expansivas que rompen laroca. Esto ocurre al cristalizar carbonato de calcio y más raramente yeso o sales.

B) El intemperismo químico: Es el proceso de descomposición química de la roca original En el caso del intemperismo mecánico, la roca se fractura en piezas menores sin cambiar su composición química. Sin embargo, en el intemperismo químico, el material original se cambia a otro totalmente diferente. Por ejemplo, el intemperismo químico de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.

Estas pueden llegar a tener composiciones distintas y características físicas diferentes de los feldespatos.

En general: Conjunto de procesos complejos que descomponen los componentes de las rocas (estructuras internas de los minerales), generando nuevos minerales, así como liberando compuestos y elementos al medio (generalmente acuoso).

Factores del Intemperismo químico:

El tamaño de las partículas e intemperismo químico: El tamaño de las partículas en una roca es un factor extremadamente importante, dado que las sustancias pueden reaccionar químicamente sólo cuando se ponen en contacto unas con otras. Cuanto más grande es la superficie de una partícula, más vulnerable resulta al ataque químico.

La velocidad: Está afectada por otros factores como por ejemplo, el cuarzo ( Si02) reacciona mucho más lentamente al intemperismo químico.

Clima: Desempeña un papel importante, ya que la humedad particularmente va acompañada de calor, acelerando la velocidad del intemperismo químico, inversamente la sequedad lo retarda, finalmente las plantas y los animales contribuyen directa o indirectamente al intemperismo químico puesto que sus procesos vitales producen oxígeno, carbono y ciertos ácidos que entran en reacciones químicas con los materiales de la tierra.

Un suelo producido por el intemperismo de rocas llega a ser transportado mediante procesos físicos a otros lugares. Esos depósitos se llaman suelos transportados. Por otra parte, algunos suelos permanecen donde se forman y cubren la superficie rocosa de la que se originan y se conocen como suelos residuales.

Según sea el agente de transporte, los suelos transportados pueden subdividirse en tres categorías principales:

1. Suelos Aluviales fluviales: Son depositados por corrientes de agua.2. Suelos Glaciales: Depositados por la acción de los glaciares. 3. Suelos Eólicos: Depositados por la acción del viento.

Intemperismo de los SILICATOS

Son minerales formadores de las rocas ígneas• (compuestos de Si, O, Al y Fe, Mg, Ca, Na y K),

• al intemperizarse químicamente liberan: iones, que quedan disueltos en el agua. El Fe se oxida fácilmente y forma hematita (mineral compuesto por de óxido férrico cuya fórmula es Fe203) y limonita (es una mezcla de minerales del grupo IV Óxidos, su fórmula general FeO(OH)·nH2O Los cationes (Al, Si y O), se unen con el agua y iones disueltos en ella, para dar lugar a minerales de arcilla residuales.

Hematita

Limonita