E.T. Ing. Roque G. CarranzaFundaciones y Albañilería PROF: Arq. Pablo A. Bosch

Unidad Nº 1: LOS SUELOS

Nociones de geología:

El estudio de la composición de la corteza terrestre es una ciencia compleja, subdividida en cierto número de disciplinas, entre las que pueden encontrarse:

los geólogos, su misión consiste en establecer, sobre un mapa topográfico, el mapa geológico de las diferentes rocas y definir el proceso de su formación,

los mineralogistas, identifican los diferentes minerales contenidos en las rocas,

los petrógrafos, que clasifican y definen las rocas después de haberlas analizado,

los prospectores, que exploran o buscan una roca particular y redactan un inventario de sus existencias con vistas a una posible explotación, etc.

Frente a los problemas que plantean esas ciencias, el técnico en construcciones se encuentra deficientemente preparado para investigar las soluciones. Entonces es necesaria la cooperación de técnicos y científicos para la ejecución en el terreno de diversos trabajos o para el empleo de ciertas piedras en condiciones particulares. Con el fin de facilitar la colaboración con el geólogo, es indispensable que el técnico posea, al menos, algunos rudimentos de geología. Tales conocimientos le permitirán leer mejor los mapas y cortes geológicos y comprenderá mejor los informes redactados por los geólogos.

Nuestro planeta es el resultado de un proceso evolutivo (aun continua) que empezó hace unos 4.000 millones de años. El resultado de este proceso fue la constitución de tres grandes capas de material correspondientes al núcleo o barisfera , conteniendo una fuerte proporción de níquel y hierro. La pirosfera ,

rica en silicio y magnesio; el magma está constituido por elementos de esta capa. Y la litosfera o corteza terrestre, constituida en su mayor parte por sílice y aluminio.

La corteza terrestre mide aproximadamente 70km. de espesor y está formada principalmente por rocas de variada composición y origen, formando grandes masas, pliegues y roturas o fallas. Y por partículas más pequeñas, arrancados de las rocas primitivas por la lluvia, el granizo, la nieve, el viento, las heladas y el deshielo subsiguiente, las olas y las mareas.

Los suelos o tierras se encuentran en las capas superficiales de la corteza terrestre formando depósitos o estratos poco consistentes creados por el desmoronamiento o pulverización de las rocas duras. Estos estratos se fueron formando en orden cronológico, aumentando su edad a medida que aumenta la profundidad.

Esos elementos inorgánicos de diversa granulometría, se mezclan con partículas de origen orgánico, residuos de plantas muertas, formando el mantillo o suelo vegetal.

De acuerdo a lo visto anteriormente podemos hacer una primera clasificación de los

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suelos, considerando sólo los granos cuyos diámetros están comprendidos entre 0 y 60mm. Se subdividen en categorías según la nomenclatura siguiente.

Diámetrosmm

Nombre de las

categoríasClasificación

0,000 a 0,002 arcillagrano fino

0,002 a 0,060 limo

0,06 a 2,00 arena grano medio

2,00 a 60,00 gravilla grano grueso

La nomenclatura para los elementos grandes es la siguiente:

De 60 200 mm, piedras;De 200 mm en adelante, bloques.

Aspectos del estudio de los suelosAl técnico en construcciones le interesará

estudiar los suelos, principalmente, desde los siguientes aspectos relacionados entre sí:

A. El suelo como base de fundación.B. El suelo como portador de agua.C. El suelo como material de construcción.

Veamos una descripción detallada de los anteriores:

A.La estabilidad de toda construcción depende principalmente de la resistencia del suelo que la sustenta; en este sentido buscaremos

siempre los suelos más resistentes y estables, de manera de economizar en las estructuras de fundación. Y sólo como última opción se recurrirá a fundaciones especiales.

Estudiaremos principalmente dos tipos de suelos y su influencia en las fundaciones, los SUELOS COHESIVOS (arcillas), y los SUELOS DISGREGADOS (arenas).

Cohesión: adherencia. Fuerza que une las moléculas de un cuerpo.

B. En este caso nos interesan tanto las aguas superficiales como subterráneas (napas), por los problemas relativos a las captaciones, a sus intubaciones, a las maneras en que afecta a la estabilidad de los suelos. Diferenciaremos entre SUELOS ACTIVOS y SUELOS ESTABLES.

Existen además ciertos términos que ningún técnico debe ignorar:

Se llaman NAPAS FREÁTICAS las láminas de agua subterráneas que han experimentado generalmente una filtración natural. Esas láminas de agua, contenidas en una capa permeable, se hallan protegidas y encerradas entre dos capas o estratos impermeables.

Un POZO ARTESIANO, perforado en esas capas que brota hasta la altura de su NIVEL PIEZOMÉTRICO. Éste puede

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hallarse situado por encima o por debajo del nivel del suelo natural.

Las NAPAS LIBRES alimentadas por las lluvias se forman en los lechos permeables próximos a la superficie. Se las denomina también NAPAS SUPERFICIALES.

Si no se someten a un tratamiento previo, esas aguas, son en general impropias para el consumo.

C.Como material de construcción , el suelo es útil en infinidad de tareas. Veamos algunas definiciones:

TERRAPLÉN: macizos de piedras u otros materiales que se hacen para rellenar un hueco del terreno, compensar un desnivel o levantar sobre el suelo una plataforma para que sirva de asiento a algunas carreteras, ferrocarril, construcción, etc.DESMONTE: es una operación corriente en la construcción de carreteras y vías de ferrocarriles en terrenos inclinados. Consiste en un corte de media ladera realizado con máquinas adecuadas, o por medio de voladuras si se trata de rocas.Compactado: Operación que tiene por objeto aumentar la densidad del suelo mediante la expulsión del aire que contiene la tierra. El compactado consiste en amasar el suelo con útiles capaces de vencer la resistencia opuesta por el frotamiento de las partículas, lo cual permite aplastarlas y apretarlas, suprimiendo la porosidad natural de la tierra.

Estudios de los suelos:

Los suelos no son materiales homogéneos ya que se presentan en estratos de diferente composición y en muchas ocasiones es necesario recurrir más de una vez a su estudio tanto “in situ” como “en laboratorios”. En general podemos encontrar tres etapas de estudios de suelo.Estudios previos al proyecto

Consisten en una visita al terreno, con perforaciones y extracción de muestras, para

determinar la profundidad de las napas, la composición de los dif. sustratos y su resistencia mecánica para diseñar las fundaciones más adecuadas.

Simultáneos a la construcciónEn ocasiones en que, al realizar las

excavaciones se encuentran sustratos deficientes o cuya estructura haya sido alterada por la elevación de las napas de agua.

Al finalizar las obrasEl constructor asume un período de

responsabilidad. En esta etapa se debe controlar la aparición de posibles asentamientos y monitorear la respuesta del suelo a las cargas de la construcción.

Extensión de los estudios

En ocasiones los estudios del suelo se extienden a terrenos aledaños al elegido o incluso definen cuál terreno será adquirido para la ubicación de la construcción, debido a la importancia que tiene en el presupuesto, el rubro fundaciones.

Clasificación de los suelos

Los suelos tienen ciertas características que nos ayudan a clasificarlos de manera específica.

1) Su composición química y mineralógica.

2) El tamaño de sus partículas.3) Las formas de sus partículas.4) El peso específico (Pe).5) Contenido de humedad.6) La estructura de su masa.

1) De acuerdo a su composición química y mineralógica podemos dividir a los minerales en:

- Silicatos: como el feldespato, mica, caolinita, talco.

- Carbonatos: como la calcita y dolomita.

- Óxidos: como el cuarzo, la limonita y hematita.

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- Sulfatos: como el yeso.

LAS ROCAS entre las más duras encontramos el granito, pizarra, arenisca, caliza, etc.

LAS ARENAS pueden ser de diferente origen (silíceas, calcáreas, etc.) que en la mayoría de los casos se presentan combinadas en distinta proporción (p. ej: las arenas marinas contienen una alta proporción de desechos de caparazones de caracoles y otros moluscos). Principalmente podemos encontrar cuarzo, mica, feldespato y otros minerales, como también algunos restos orgánicos provenientes de la fragmentación de huesos.

LAS ARCILLAS son material procedente de la descomposición e hidratación de las rocas feldespáticas. Es un silicato de alúmina hidratado mezclado, generalmente con polvo de feldespato, cuarzo y otros materiales.

LOS LIMOS están compuestos por material térreo, finamente dividido, generalmente con materia vegetal.

2) El tamaño de las partículas depende de la clase o clases de minerales que tiene el suelo. La clasificación varía de acuerdo a cada país. Veamos algunos casos.

La siguiente es la nomenclatura seguida por la asociación estadounidense de departamentos de carreteras de los diferentes estados de la unión.

Canto rodado: Los fragmentos rocosos redondeados que quedan retenidos en el tamiz de 3”.

Piedras: Todas las partículas angulares, ya sean naturales o trituradas, que pasan el tamiz de 3” pero quedan retenidas en el TNº 10 (2mm). Reconoce además una subclasificación.

a. Piedra gruesa: la que pasa el tamiz de 3” quedando detenida en el de 1”.

b. Piedra mediana: pasa el tamiz de 1” y queda en el de 3/8”.

c. Piedra fina: pasa el tamiz de 3/8” quedando en el Nº 10.

Grava: Son las partículas redondeadas de rocas que pasan por el tamiz de 1” y quedan detenidas en el tamiz Nº 10.

a. Grava gruesa: pasa el tamiz de 3” y queda en tamiz de 1”.

b. Grava mediana: pasa el tamiz de 1” y queda en el de 3/8”.

c. Grava fina: pasa el tamiz de 3/8” y queda en el Nº 10.

Arenas: Todo material granular que resulta de la desintegración, desgaste o trituración de las rocas, pasan el tamiz Nº 10 y quedan en el tamiz Nº 200.

a. Arena gruesa: pasa el tamiz Nº 10 y queda retenida en el tamiz Nº 40.

b. Arena fina: pasa el tamiz Nº 40 y queda retenida en el tamiz Nº 200.

Limo: suelo que pasa el tamiz Nº 200 y cuyas partículas son mayores a 0,005 mm.

Arcillas: suelos que pasan el tamiz Nº 200 y cuyas partículas son menores a 0,005 mm. y además contiene materia coloidal, o sea partículas menores de 0,001 mm.

El código inglés de 1957 (British Standard Code of Practice) sugiere la siguiente nomenclatura.

PiedrasGrandes > 200 mm.

Pequeñas de 200 a 60 mm.

GravasGruesas 60 a 20 mm.

Medianas 20 a 6 mm.

Finas 6 a 2 mm.

ArenasGruesas 2 a 0,6 mm.

Medianas 0,6 a 0,2 mm.

Finas 0,2 a 0,06 mm.

LimosGruesos 0,06 a 0,02 mm.

Medianos 0,02 a 0,006 mm.

Finos 0,006 a 0,002 mm.

Arcillas < 0,002 mm.

Coloide: dícese de un sistema en el cual las partículas de una sustancia puede hallarse en suspensión en un líquido, sin tender a

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acumularse en la superficie ni en el fondo, merced a un equilibrio llamado estado coloidal.

3) Las formas que tienen las partículas de un suelo esta relacionada con la composición mineralógica del material. Las formas de las partículas influye en la formación de vacío o espacio en la masa del suelo.

4) El peso específico del suelo depende de la clase de mineral o minerales que lo componen, así como de su mayor o menor contenido de materia orgánica, y varía de 2 a 3 kg/m³. Se adopta como tipo de comparación el Pe de la arena de cuarzo que es igual a 2,65 Kg/m³. La materia orgánica hace disminuir el Pe del suelo.

5) Contenido de humedad: el agua que se presenta en los suelos puede ser de dos clases: drenables y no drenables. Es decir aquellas que pueden ser drenadas por gravedad o agua libre, y aquella a la cual es imposible drenar por los medios mecánicos conocidos.En esta última categoría están, el agua capilar, el agua higroscópica y el agua pelicular.

Capilaridad: Propiedad en virtud de la cual la superficie libre de un líquido puesto en contacto con un sólido sube o baja en las proximidades de este, según que el líquido lo moje o no.

En la determinación del contenido de humedad de un suelo, nos limitaremos a considerar únicamente el agua libre, el agua capilar, el agua higroscópica, sin tomar en cuenta el agua pelicular.

Las aguas libres, higroscópicas y capilares pueden ser totalmente evaporadas por efecto del calor.

El agua libre o gravitacional, es como se ha dicho, la que circula libremente y puede ser drenada por medios mecánicos.

Según el comportamiento de los suelos, en presencia o ausencia de agua, los podemos clasificar en: suelos activos y suelos estables.

Los suelos activos: aumentan de volumen al absorber agua, perdiendo resistencia para

fundar. Además al aumentar su volumen, se producen desplazamientos, tanto en sentido vertical como horizontal.

Los suelos estables: son aquellos que al absorber agua no varían su resistencia ni aumentan de volumen.

6) Según la estructura de los suelos, se pueden clasificar en suelos cohesivos, poco cohesivos y suelos disgregados.

Los suelos cohesivos, son los que presentan gran unión entre sus partículas. Entre ellos tenemos a las rocas que no están fisuradas y a las arcillas.

Entre los suelos poco cohesivos encontramos a las arcillas con gran contenido de arena, algunos limos arcillosos y arenas con bajo contenido de arcilla.

Los suelos disgregados son por lo general, suelos granulares con muy bajo o sin contenido se arcillas, como las arenas y limos.

La estructura de una masa de suelo es de mucha importancia en las arcillas, pues ellas pueden ser destruidas por la acción de fuerzas exteriores. Las arcillas cuando se encuentran en una capa seca, son suelos muy resistentes a las cargas. Pero en presencia de agua, se vuelve plástica, aumenta de volumen y pierde resistencia al modificarse su estructura.

Bibliografía:

- TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN (G Baud)

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