El blog de Alvaro Boiero
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Textura, granulometría y forma de las partículas de suelo
La parte sólida de una masa de suelo, consiste principalmente de partículas minerales y de materia orgánica. La textura, tamaño y forma de estas partículas, juegan un papel fundamental en el comportamiento de la masa de suelo ¿Quieres saber más? Continúa leyendo este post…
Textura de los suelos
La textura de un suelo está relacionada a su apariencia y a la manera en que “se siente”, y depende de los tamaños relativos y las formas de las partículas que lo componen, así como de su distribución de tamaños (Holtz et al, 2011).
Es por eso que los suelos de grano grueso, como las gravas y las arenas, tienen, obviamente, una textura gruesa; mientras que los suelos de grano fino, como los limos y las arcillas, presentan una textura fina completamente diferente. La Figura 1 ilustra suelos con estas texturas.
Figura 1 Textura de diferentes tipos de suelos: suelo grueso a la izquierda y suelo fino a la derecha (Fuente: tomado de https://www.google.com/?hl=es).
La textura de los suelos, especialmente para el caso de suelos gruesos, tiene cierta relación con su comportamiento ingenieril, a tal punto que muchos de los sistemas de clasificación de suelos están basados en esta propiedad.
En cuanto a los suelos finos, la presencia de agua afecta significativamente su respuesta ingenieril, ya que influye en la interacción entre los granos minerales, generando dos efectos principales: 1) altera su plasticidad (definida de manera general como la capacidad del suelo de ser moldeado); y 2) cambia su cohesividad (su capacidad para mantenerse unidos).
La separación entre suelos gruesos y suelos finos, ha sido establecida convenientemente como el límite en el cual las partículas individuales pueden ser observadas a simple vista, lo cual corresponde a un tamaño de aproximadamente 0,075 mm, que es la abertura del tamiz #200.
Tamaños de las partículas de suelo
Como se mencionó anteriormente, el tamaño de las partículas de suelo, especialmente para el caso de suelos granulares, tiene cierto efecto en su comportamiento ingenieril. De acuerdo a esto, a efectos de clasificación, es importante considerar no sólo los tamaños de partículas presente en el suelo, sino también la distribución de esos tamaños.
El rango de tamaños posibles en los suelos es enorme. Los suelos pueden variar entre cantos rodados de varios centímetros de diámetro, y coloides, que son materiales ultrafinos, cuyas interacciones son gobernadas más por fuerzas electrostáticas que por efectos gravitatorios. Este rango es tan amplio, que su variación se encuentra en el orden de ¡108!
La Figura 2 muestra las divisiones entre varios tamaños texturales, de acuerdo al SUCS y al Sistema AASHTO, usualmente aplicados en la práctica, tal como vimos en otros posts previos.
Figura 2 Rangos de tamaños de suelo según varios sistemas de clasificación (Fuente: modificado de Holtz et al, 2011)
Una aclaratoria importante: en Ingeniería Geotécnica, en aras de la simplicidad, el término arcilla se utiliza indistintamente para hacer referencia a: 1) minerales específicos llamados minerales de arcilla; y 2) a los suelos que contienen estos minerales de arcilla. Puesto que el comportamiento de algunos materiales está fuertemente influido por la presencia de minerales de arcilla, el término arcilla para hacer referencia a estos suelos, debería ser reemplazado por el de suelos que contienen suficientes minerales de arcilla como para afectar su comportamiento ingenieril.
La gráfica de barras mostrada en la Figura 3 puede ayudar a comprender lo anterior. Dicha gráfica es un análisis de la distribución de partículas que pasan por el tamiz #200 realizado sobre 220 muestras. Se observa claramente que, en los casos de suelos que clasifican como arcillas, el contenido de coloides (partículas menores a 2μ) varía entre 20% y 60%. El resto es limo.
Figura 3 Análisis de distribución de partículas que pasan por el tamiz #200 para diferentes tipos de suelo (Fuente: Boiero, 2019).
En base a lo anterior, esta simplificación en cuanto a la terminología empleada en la práctica debe comprenderse de manera adecuada, a fin de evitar confusión en la comprensión del comportamiento del suelo.
Importancia de la forma de las partículas de suelo
La forma de las partículas individuales es tan importante como la distribución de tamaños, particularmente en cuanto a su afectación sobre el comportamiento de suelos granulares.
Si bien existen ciertas reglas para cuantificar la forma de las partículas de suelos gruesos, desarrolladas por expertos en Petrología y Sedimentología, en la Ingeniería Geotécnica práctica es común (y suficiente) la descripción cualitativa de la forma de las partículas, como parte de la identificación visual de los suelos.
Así, los suelos gruesos son usualmente clasificados de acuerdo a las formas mostradas en la Figura 4.
Figura 4 Formas típicas de partículas de grano grueso (Fuente: Youd, 1973).
Por otro lado, tal como señalan Cho et al (2006), el tamaño y la forma de las partículas del suelo reflejan la historia de la formación de los granos, mientras que el comportamiento a escala macro de una masa de suelo, es el resultado de las interacciones a nivel de las partículas, que obviamente se ven afectadas por su forma.
Estos autores, mediante el análisis de datos experimentales y los resultados de los estudios publicados hasta 2006 en cuanto a la forma de las partículas, confirmaron que el aumento de la angulosidad de las partículas, produce un incremento de las relaciones de vacío máxima y mínima (emax y emin). Asimismo, observaron que el aumento de la irregularidad de las partículas provoca una disminución de la rigidez, y el consecuente aumento de la compresibilidad bajo carga.
De acuerdo a lo señalado en este post, una mejor comprensión de la textura, la distribución de tamaños, y la forma de las partículas de suelo, permitirá alcanzar una mejor comprensión del comportamiento de la masa de suelo bajo cargas externas, generadas por proyectos civiles.
Referencias
- Boiero, A. (2019) “Caracterización Geotécnica de Suelos”. Jornadas Especiales de Geotecnia 2019. Facultad de Ingeniería: Centro de Investigación y Desarrollo de la Ingeniería, UCAB. Caracas, Venezuela.
- Cho, G.; Dodds, J. & Santamarina, C. (2006) “Particle Shape Effects on Paccking Density, Stiffness and Strength: Natural and Crushed Sands”. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:5(591).
- Holtz, R.; Kovacs, W. & Sheahan, T. (2011) “An Introduction to Geotechnical Engineering”. Second Edition. Prentice Hall. New Jersey, USA.
- Youd, T. (1973) “Factors Controlling Maximum and Minimum Densities on Sands”. Evaluation of Relative Density and its Role in Geotechnical Projects involving Cohesionless Soils. ASTM – STP 523. Philadelphia, USA.
