La Naturaleza del Suelo
Para comprender la naturaleza del suelo, lo primero que debe tomarse en cuenta es que el suelo es un conglomerado de partículas. Pero, ¿partículas de qué? Usualmente, partículas de material mineral, provenientes de la meteorización y otros procesos geológicos que afectaron a un macizo rocoso ¿Quieres saber más? Continúa leyendo.
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¿Qué es el suelo?
Para los Ingenieros Geotécnicos, el principal material con el que trabajan es el suelo, por lo que les resulta vital conocer y comprender cómo se comporta el suelo ante diferentes condiciones.
Pero, ¿qué es el suelo? La pregunta vale, porque usualmente genera ciertas dudas en ingenieros que están comenzando a dar sus primeros pasos en la Ingeniería Geotécnica, o quizá en algunos usuarios de estudios geotécnicos (como los especialistas en estructuras o en hidráulica, por ejemplo), e incluso en geólogos, que constituyen un pilar fundamental para comprender el entorno en el que se generaron y/o depositaron los materiales que constituyen el terreno en un sitio determinado.
Así las cosas, puede afirmarse que el suelo tiene diferentes definiciones, dependiendo de quién lo defina. Es decir que el suelo se define de manera distinta para, por ejemplo, ingenieros geotécnicos, geólogos o ingenieros agrónomos. Sin embargo, desde el punto de vista de la Ingeniería Geotécnica, puede decirse que el suelo es, ante todo, un material muy complejo, que tiene tres (3) características principales (ver Figura 1):
- Está constituido de partículas individuales.
- La capacidad del suelo para resistir esfuerzos es generada por la resistencia al corte en los contactos entre las partículas.
- La presión de agua reduce la resistencia al corte del suelo. Y, en algunos casos, la tensión superficial incrementa la resistencia del suelo por medio de lo que en algunos libros aparece como “cohesión aparente” (el caso típico es un castillo de arena).
Figura 1 Características del suelo.
Estas tres características, son las que controlan la respuesta del terreno cuando el mismo es sometido a solicitaciones externas provenientes de estructuras civiles, por lo que deben se comprendidas de manera adecuada para alcanzar un entendimiento profundo del comportamiento del terreno sometido a carga.
Suelos gruesos y suelos finos
En Ingeniería Geotécnica, los suelos son separados entre suelos gruesos (como las gravas y las arenas) y suelos finos (como los limos y arcillas), y los ingenieros emplean la Mecánica de Suelos para comprender y predecir el comportamiento mecánico de los suelos, sometidos a esfuerzos transmitidos por estructuras civiles. La Figura 2 muestra esta separación típica para estudiar y analizar los suelos.
Figura 2 Diferenciación entre suelos gruesos y finos.
Tomando en cuenta el tamaño de las partículas, puede decirse que las gravas son pequeñas piezas de roca, que típicamente contienen varios minerales; mientras que las arenas son piezas más pequeñas, cuyos granos usualmente están constituidos por un único mineral. Cuando no es posible observar a simple vista los granos individuales, entonces el suelo es, o bien una arcilla, o bien un limo, o una mezcla de ambos (Holtz et al, 2011).
Formas de las partículas y su comportamiento ingenieril
En la Figura 3 pueden observarse dos fotografías tomadas con microscopio electrónico. La primera corresponde a una muestra de suelos gruesos (parte “a”), y la segunda a suelos finos arcillosos (parte “b”). Es evidente la diferencia en la forma de las partículas. Adicionalmente, es importante destacar que en las partículas gruesas, de mayor tamaño, predominan las fuerzas gravitacionales; mientras que las finas son muy activas electroquímicamente, dada la forma y el tamaño de las mismas y su gran superficie específica.
Figura 3 Forma de las partículas (Fuente: Amundaray y Beltrán, 2005; McPhee et al, 2015).
En general, la textura de los suelos, especialmente para el caso de suelos gruesos (es decir, gravas y arenas), tiene cierta relación con su comportamiento ingenieril. Para el caso de los suelos finos, por su parte, la presencia de agua afecta de manera importante su respuesta ingenieril, ya que el agua afecta la interacción entre los granos, y esto puede afectar la plasticidad (definida de manera simple como la capacidad del suelo para ser moldeado) y su cohesión (es decir, la habilidad del suelo para mantenerse pegado).
Mientras que las arenas son no plásticas y no cohesivas, las arcillas son plásticas y cohesivas. Los limos se encuentran entre las arenas y las arcillas: tienen grano fino, pero son no plásticos y no cohesivos.
Suelos finos: ¿limos o arcillas?
Otra cosa importante de mencionar es que, usualmente, a aquellos suelos cuyo comportamiento es fuertemente afectado por la presencia de minerales de arcilla (coloides, partículas de tamaño menor a 2μ), por simplicidad se les denomina “arcillas”. Sin embargo, lo que realmente debería decirse es que se trata de “suelos que contienen suficiente cantidad de minerales de arcilla para afectar su comportamiento” ¿Por qué? Porque los suelos son siempre una mezcla de partículas (Holtz et al, 2011).
La gráfica de barras que se muestra en la Figura 4, 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 4 Distribución de partículas pasantes por el tamiz #200 para suelos que clasifican como limos o arcillas según el SUCS (Fuente: Boiero, 2019).
De acuerdo a lo anterior, esta simplificación que se emplea en la práctica cuando se hace referencia a este tipo de suelos, debe ser entendida de manera adecuada, a fin de evitar confusión en la comprensión del comportamiento del suelo.
Referencias
- Boiero, A. (2019) “Caracterización Geotécnica de Suelos”. Jornadas Especiales de Geotecnia. Universidad Católica Andrés Bello. Caracas, Venezuela.
- Amundaray, J. y Beltrán, R. (2005) “Los Suelos Colapsables de Jose”. XVIII Seminario Venezolano de Geotecnia Geoinfraestructura: “La Geotecnia en el Desarrollo Nacional”. Caracas, Venezuela.
- Holtz, R.; Kovacs, W. & Sheahan, T. (2011) “An Introduction to Geotechnical Engineering”. Second Edition. Prentice Hall. New Jersey, USA.
- Mitchell, J.K. & Soga, K. (2005) “Fundamentals of Soil Behavior”. Third Edition. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey, USA.
