Suelos Residuales en Ingeniería Geotécnica

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    1/169

    UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

    DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

    SUELOS RESIDUALES EN INGENIERA GEOTCNICA

    T R A B A J O D E T T U L O P A R A O P T A R A L T T U L OD E I NG E N IE R O E N C O N S T R U C C I N

    PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZINGENIERO CONSTRUCTOR

    OSCAR MATAS GONZLEZ ASENCIO-JUNIO DE 2008 -

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    2/169

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    3/169

    UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

    DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

    Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    T R A BA J O D E T T U L O P A R A O P TA R A L T T U L OD E I NG E N IE R O E N C O N S T R U C C I N

    PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CARDENAS RAMREZINGENIERO CONSTRUCTOR

    OSCAR MATAS GONZLEZ ASENCIO- JUNIODE 2008 -

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    4/169

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    5/169

    Resea.

    El siguiente trabajo de titulo esta basado en la traduccin de las distintas ctedras e

    investigaciones del Ingeniero CivilNeocelands Laurie Wesley, que actualmente es profesor de

    la Universidad de Auckland de Nueva Zelanda. Para l mis agradecimientos, por su labor

    investigativa, que me permitir entregar una herramienta bibliogrfica que ayudara a conocer,

    entender y clasificar los suelos del sur de Chile.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    6/169

    NDICE DE CONTENIDO

    Pag.

    Captulo 1. Introduccin.

    1.1. Descripcin del problema ......1

    1.2. Objetivos.........................2

    1.2.1. Objetivo general..............2

    1.2.2. Objetivos especficos...............2

    Captulo 2. Procesos de Degradacin y Formacin de Suelos.

    2.1. Procesos de degradacin..3

    2.2. Perfiles de la degradacin5

    2.3. Erosin, transporte y re-deposicin.........6

    Captulo 3. Factores que Controlan las Caractersticas y el Comportamiento

    de Suelos (Tres Grupos Principales).

    3.1. Comentarios Generales9

    3.2. Suelos Sedimentarios.........12

    3.3. Suelos residuales...13

    3.4. Suelo remoldeado..14

    Capitulo 4. Esquemas de Agrupaciones y Clasificaciones para los Suelos.

    Residuales.

    4.1. Introduccin...............................15

    4.2. Actuales sistemas de clasificacin.15

    4.2.1. Mtodos basados en perfil de degradacin15

    4.2.2. Mtodos basados en grupos pedolgicos..................18

    4.2.3. Mtodos especficos destinados a uso local..............21

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    7/169

    4.3. Un amplio enfoque a la agrupacin o clasificacin de suelos residuales..21

    4.3.1. Base...21

    4.4. Discusin...29

    4.4.1. General..........29

    4.4.2. Lugar de clasificacin de ensayos convencionales...3Capitulo 5. Aguas Subterrneas,condiciones de filtracin y el valor del estado de tension ensuelos residuales (Ko).

    5.1. Algunas observaciones generales......31

    5.2. Presin de poros y condiciones de filtracin encima y debajo de la napa31

    5.3. Influencia climtica sobre condiciones de filtracin y estado de presin

    de poros.....35

    5.4. Implicaciones del agua subterrnea y del estado de la filtracin en

    situaciones practicas......35

    5.5. La influencia de filtracin asumida, sobre estimaciones

    de estabilidad de la pendiente....37

    5.6. Ko, estado de tensin en suelos residuales39

    Capitulo 6. Caractersticas Geotcnicas de Suelos Residuales.

    6.1. Algunos comentarios generales sobre la mediday ladeterminacin de caractersticas...41

    6.1.1. Dificultad de tomar muestras inalteradas..41

    6.1.2. Ventajas del muestreo en bloque...41

    6.1.3. Prueba in situ.44

    6.1.4. Back anlyisis para estimar parmetros del suelo..45

    6.1.5. Tratamiento previo adecuado, antes de la prueba

    de laboratorio....45

    6.2. Clasificacin o ndices de pruebas............46

    6.2.1. Tamao de partculas 46

    6.2.2. Limites de Atterberg..46

    6.2.3. Indice de liquidez, estado de densidad y porosidad..48

    6.3. Permeabilidad........... 49

    6.4. Compresibilidad y comportamiento de la consolidacin......50

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    8/169

    6.4.1. Magnitudes....50

    6.4.2. Tiempo promedio. 59

    6.4.3. Armazn para la comprensin del comportamiento de la deformacin

    de suelos residuales61

    6.5. Resistencia al corte, resistencia no drenada y parmetros de la tensin efectiva..69

    6.5.1. Resistencia al corte no drenado.69

    6.5.2. Caractersticas de esfuerzo efectivo..71

    6.6. Comportamiento de la compactacin79

    Capitulo 7. Ingeniera Geotecnia en Suelos Residuales.

    7.0. Algunos comentarios.82

    7.1. Diseo de cimientos..82

    7.1.1. Cimientos superficiales.82

    7.1.2. Valor de consolidacin..83

    7.1.3. Cimientos profundos.86

    7.2. Estabilidad de la inclinacin..87

    7.2.1. Comentarios generales...87

    7.2.2. Mtodos de falla877.2.3. Limitaciones del mtodo analtico88

    7.2.4. Mecnica de mtodos analticos...96

    7.2.5. Rocas gneas, especialmente granito....97

    7.2.6. Areniscas...97

    7.2.7. Arcillas de ceniza volcnica..97

    7.2.8. Mtodo back anlisis.97

    7.2.9. Mtodos analtico y no analtico para determinar la estabilidad.100

    7.2.10. Trabajos remediales para establecer inclinaciones..........101

    7.3. Terraplenes y compactacin105

    7.3.1. Suelo ms hmedo que el contenido optimo de agua.....105

    7.3.2. Suelos altamente variables sin valor106

    7.3.3. Suelos derivados de cenizas volcnicas..110

    7.3.4. Suelos sometidos a la prdida de resistencia por remoldeo o compactacin..110

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    9/169

    7.3.5. La compactacin de Materiales granulados y materiales no plsticos111

    7.4. Paredes de tierra reforzadas usando suelos residuales....112

    7.4.1. Observaciones Generales112

    7.4.2. Parmetros de la resistencia del suelo.114

    7.4.3. Dificultades de compactacin.1177.4.4. Posible desarrollo de la presin de poro durante la construccin...118

    7.4.5. Provisin de medidas de adecuado drenaje....122

    7.4.6. Deformaciones con rellenos de arcilla124

    Capitulo 8. Otros Grupos Especiales de Suelos.

    8.1. Suelos parcialmente saturados.130

    8.1.1. Acontecimiento....130

    8.1.2. Medicin de los grados de saturacin.132

    8.1.3. Mecnica para los suelos parcialmente saturados...133

    8.2. Arcillas expansivas..141

    8.2.1. Conceptos bsicos para funcionamiento expansivo....142

    8.2.2. Estimacin de la presin y magnitud de la expansin....144

    8.2.3. Estimacin de la magnitud de expansin....147

    8.3. Suelos colapsados149

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    10/169

    NDICE DE TABLAS.

    Pag.

    Tabla 4.1: Grupo distintivo de suelo, tropical, residual..19

    Tabla 4.2: Sistema de clasificacin para suelos residuales.....28

    Tabla 4.3: Caractersticas de los grupos de los suelos residuales...29

    Tabla 6.1: Coeficiente de valores de permeabilidad de varios suelos49

    Tabla 6.2: Parmetros de la compresibilidad para una gama de suelos residuales.............57

    Tabla 7.1: Las respuestas tpicas del piezmetro a

    los cambios estacionarios y eventos de tormenta en Hong Kong.95

    Tabla 7.2: Detalles de las muestras y resultados de las pruebas...115

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    11/169

    NDICE DE FIGURAS.

    Pag.

    Figura 2.1: Relacin entre la Topografa y el proceso de Degradacin........5

    Figura 2.2: Perfil Degradado y clasificacin del Suelo.........5

    Figura 2.3: Proceso de la formacin del suelo..6

    Figura 3.1: Factores que influyen en la formacin del suelo.......10

    Figura 3.2: Principales factores que controlan las caractersticas de los

    Suelos residuales, sedimentarios y remoldeados...11

    Figura 3.3: Ensayos de consolidacin de una arcilla blanda Normalmente

    Consolidada (Estuario de Thames)..12

    Figura 4.1: Categoras de degradacin de suelo de roca fresca o parental..........16

    Figura 4.2: Variaciones en perfiles residuales del suelos18

    Figura 5.1: La presin de poros en lo que concierne a la napa fretica...32

    Figura 5.2: Presin de poros, el estado en clima seco y hmedo33

    Figura 5.3: Zona, encima o debajo de la napa fretica34

    Figura 5.4: Red de flujo y napa fretica en una pendiente .........34

    Figura 5.5: Modelos de filtracin posibles, dependiendo de condiciones divisorias......38Figura 5.6: Niveles piezometricos...39

    Figura 6.1: Ajuste y transporte de muestra en bloque 40

    Figura 6.2: Resultados de las muestras en bloque y de tubos ........43

    Figura 6.3: Grafico de plasticidad y suelo residual.............47

    Figura 6.4: Estados de la densidad para la arcilla y la arena...48

    Figura 6.5: Ensayo de consolidacin en tres muestras de arcillas tropicales......51

    Figura 6.6: Resultado del ensayo de consolidacin de la

    arcilla de ceniza volcnica (escala logartmica)...............52

    Figura 6.7: Resultado del ensayo de consolidacin de la

    arcilla de ceniza volcnica (escala lineal).............52

    Figura 6.8: Resultados del ensayo de consolidacin de la arcilla de Piedmont

    EEUU, escala lineal y logartmica.....54

    Figura 6.9: Pruebas de las arcillas de cenizas volcnicas........55

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    12/169

    Figura 6.10: Placa de carga de las pruebas que demuestran la evidencia de tensin........56

    Figura 6.11: Coeficiente de compresibilidad para varios suelos residuales..........57

    Figura 6.12: Grafico raz de tiempo de suelo residual...........60

    Figura 6.13: Influencia del remoldeado en la consolidacin.........60

    Figura 6.14: Tensin-volumen, cambio de conceptos para arcillas sedimentarias............62Figura 6.15: Relacin inicial de vacos-tensin-volumen, cambio de conceptos

    para arenas sedimentarias..62

    Figura 6.16: Compresibilidad del suelo relacionado con los de la densidad.64

    Figura 6.17: Compresibilidad de la arcilla roja tropical (diag. Logartmico)............65

    Figura6.18: Compresibilidad de la arcilla roja tropical (diag. Lineal)..66

    Figura 6.19: Compresibilidad de la arcilla de ceniza volcnica (diag. Logaritmico)............66

    Figura 6.20: Compresibilidad de la arcilla de ceniza volcnica (diag. Lineal)..67

    Figura 6.21: Compresibilidad de un suelo degradado de arenisca, Auckland...........68

    Figura 6.22: Esfuerzo de corte no drenado............69

    Figura 6.23: Esfuerzo de corte no drenado contra el ndice de liquidez............71

    Figura 6.24: Prueba triaxial en una arcilla residual derivada de la piedra arenisca...72

    Figura 6.25: Resultados de pruebas en arcillas de cenizas volcnicas...73

    Figura 6.26: Angulo de friccin relacionado con la posicin respecto al grafico de

    plasticidad.74

    Figura 6.27: Pruebas triaxiales en muestras imperturbadas y remoldeadas...75Figura 6.28: Trayectorias de la tensin de las pruebas triaxiales...75

    Figura 6.29: Pruebas triaxiales en muestras imperturbadas de limo residual........76

    Figura 6.30: Trayectorias de la tensin de las pruebas triaxiales en el limo. 76

    Figura 6.31: Fuerza residual contra el ndice de plasticidad..............78

    Figura 6.32: El Angulo de friccin relacionado con la posicin respecto al grafico

    plasticidad.....7 8

    Figura 6.33: Curvas de compactacin de suelos residuales...............80

    Figura 6.34: Resultado de la prueba de compactacin de un suelo volcnico...........81

    Figura 7.1: Estados posible de presin de poros sobre la napa fretica.......85

    Figura 7.2: Factores tiempo Tc para laconsolidacin circular 3-D.85

    Figura 7.3: Factor tiempo Tspara consolidacin 2-D......85

    Figura 7.4: Deslizamientos..88

    Figura 7.5: Perfil asumido de la pendiente y anlisis inicial de la napa fretica.91

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    13/169

    Figura 7.6: Factor de seguridad despus de 7 meses de lluvia intensa....91

    Figura 7.7: Factor de seguridad despus de 4 das de lluvias intensas....92

    Figura 7.8: Presin en el perfil a mitad de la pendiente..92

    Figura 7.9: Precipitacin y factor de seguridad...93

    Figura 7.10: Valores de c y obtenidos de anlisis de unnmero de deslizamientos en arcilla de Londres..98

    Figura 7.11: Ajustes decurvas a la altura/inclinacin datos

    para determinar los valores dec y ...........99

    Figura 7.12: Influencia de los contornos de los terrenos en la estabilidad..101

    Figura 7.13: Disminucin de las fuerzas perturbadoras...102

    Figura 7.14: Drenaje arriba y abajo de la pendiente103

    Figura 7.15: Drenes agujereados horizontales.103

    Figura 7.16: Instalacin de drenes...104

    Figura 7.17: Control de la compactacin utilizando esfuerzo de corte no drenado....107

    Figura 7.18: Veleta de cortemanualpara determinar el esfuerzo corte

    que se mide in situ...108

    Figura 7.19: Prueba de Censor Standard para compactacin mostrando

    medidas de resistencia sin drenar109

    Figura 7.20: El penetrometro manual que puede ser usado para controlar

    la compactacin...112 Figura 7.21. Resultado tpico de un ensayo triaxial, dos muestras..115

    Figura 7.22: Peak tpico, "tensin alta", y parmetros residuales del

    esfuerzo de corte.116

    Figura 7.23: La presin de poros versus la presin confinada para arcilla

    compactada en contenidos de agua variada....118

    Figura 7.24: Grficos de los parmetros Brversus la presin confinada

    en los contenidos de agua variada...120

    Figura 7.25: Parmetro de presin de poro para salidas de aire variadas

    y fuerza de deslizamiento sin drenar..121

    Figura 7.26: Filtracin yestado de presin de poro para un dique

    al nivel de la tierra...123

    Figura 7.27: Los requerimientos del drenaje cuando la pared

    retiene la inclinacin de la ladera...124

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    14/169

    Figura 7.28: Influencia del mdulo del suelo con revestimientos "suaves"125

    Figura 7.29: Influencia de los mdulos para un revestimiento rgido.125

    Figura 7.30: La presin vertical en el revestimiento y el suelo...127

    Figura 7.31: Tensin vertical en la base y la mitad de la altura de lapared128

    Figura 8.1: Grados de saturacin en granito degradado132Figura 8.2: La relacin entre la presin de poros y la tensin efectiva.134

    Figura 8.3: Ejemplos de las curvas del contenido de agua volumtrica136

    Figura 8.4: Contenido de agua volumtrica y conductividad hidrulica versus

    presin de agua...138

    Figura 8.5: La falla extendida Mohr-Coulomb cubre los suelos no saturados..140

    Figura 8.6: Comparacin de expresiones de resistencia al deslizamiento........141

    Figura 8.7: Sistema de aguas subterrneas143

    Figura 8.8: Modelo de ondulacin o expansin del suelo.....145

    Figura 8.9: Relacin entre presiones de ondulaciones y presin de poros....146

    Figura 8.10: Medida de la presin de ondulacin y su magnitud...........147

    Figura 8.11: Funcionamiento de un suelo colapsado......151

    Figura 8.12: Funcionamiento de limo arcilloso..152

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    15/169

    CAPTULO 1INTRODUCCIN

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    16/169

    1.1. Descripcin del problema

    En Chile se ha formado una gran cadena montaosa de volcanes debido a que la placa de

    Nazca subducta la placa continental. Estos volcanes han depositado una gran cantidad de cenizas

    volcnicas que generan partculas que preceden la formacin de arcillas. Estas partculas sondenominadas alofanes e imogolitas.

    Se encuentran desde Talca a Temuco paralelos a la cordillera de Los Andes, y de Temuco

    a Chilo se ubican en los valles centrales paralelos a la cordillera. Incluso se han encontrado

    estos suelos en la cordillera de la costa posiblemente retransportados por accin del viento

    Puelche que soplan de oriente a poniente de Temuco al sur. Se puede decir de lo anterior que

    estos suelos se encuentran en casi todo nuestro territorio.

    Los alofanes e imogolitas producen caractersticas inusuales en estos suelos, generando un

    comportamiento geomecnico diferente al convencional de la mecnica de suelos siendo esta otra

    caracterstica especial de estos suelos.

    Dentro de una clasificacin del punto de vista de la formacin de los suelos, los suelos del

    Sur de Chile, pueden considerarse dentro del grupo de los suelos residuales, debido a su alta

    degradacin qumica que lo ha formado.

    Tomando en cuenta todo lo expuesto anteriormente acerca de las caractersticas especiales

    que poseen estos suelos y su ubicacin en casi todo nuestro territorio, es necesario investigar ms

    acerca de estos suelos y recopilar todos los antecedentes disponibles que nos permitan estudiarestos suelos y comprender su comportamiento de forma integral, este es el objetivo del presente

    trabajo.

    La regin de la Araucana posee tipos de suelos que en la actualidad aun se estn

    estudiando, sin embargo, estudios realizados en el extranjero han analizado algunos suelos en

    distintos pases que poseen caractersticas similares a los suelos del sur de Chile, estos estudios

    han profundizado un poco ms en el conocimiento de este tipo de suelos, denominados suelos

    residuales.

    Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorizacin de las rocas no

    son transportados como sedimentos sino que se acumulan en el sitio en que se van formando. Si

    la velocidad de descomposicin de la roca supera a la de arrastre de los productos de la

    descomposicin se produce una acumulacin de suelo residual.Entre los factores que influyen en

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    17/169

    la velocidad de alteracin de la naturaleza de los productos de la meteorizacin estn el clima

    (Temperatura y lluvia), la naturaleza de la roca original, el drenaje y la actividad bacteriana.

    1.2. Objetivos

    1.2.1.Objetivo General

    Aportar material bibliogrfico que nos permita entender ms los suelos del Sur de Chile,

    mediante la traduccin de las ctedras del Ingeniero Civil Neocelands Laurie Wesley, docente

    de la Universidad de Auckland, Nueva Zelanda.

    1.22. Objetivos EspecficosDetectar factores que controlan las propiedades y el comportamiento de los suelos.

    Identificar las propiedades geotcnicas de suelos residuales.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    18/169

    CAPTULO 2PROCESOS DE

    DEGRADACINY

    FORMACIN DESUELOS

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    19/169

    2.1. Procesos de degradacin.

    Los procesos de degradacin, que convierten la roca en suelo, son generalmente una

    combinacin de procesos fsicos y qumicos.

    La degradacin fsica puede ser de dos tipos:

    Erosin-por la accin de glaciares, agua proveniente de lluvias y fuertes vientos.

    Desintegracin - causada primeramente por humedecimiento y secado o por congelacin y

    deshielo de grietas en la roca.

    Estos procesos producen partculas de varios tamaos, que se componen del mismo

    material que la roca parental. Cuando los glaciares se muelen se produce un material de grano

    muy fino conocido generalmente como polvo de roca.

    Los procesos qumicos de la degradacin son mucho ms complejos e implican cambios

    qumicos al contenido mineral de la roca parental, debido a la accin del agua que se infiltra,

    oxigeno y dixido de carbono. El proceso ser acelerado si el agua que se infiltra contiene rastros

    alcalinos o cidos, la degradacin qumica da lugar a la formacin de grupos de partculas de

    tamaos y de caractersticas que varan, conocidas como minerales de la arcilla. Estas partculas

    son generalmente cristalinas en su forma y de tamao coloidal de 0.002mm. Los minerales ms

    comunes de la arcilla son identificados con el nombre de caolinita, ilita y montmorilonita, perolos minerales menos conocidos de la arcilla y de importancia especial en reas volcnicas son

    haloisita y alofanicos/imogolita.

    Los procesos qumicos son complejos y no de inters o de preocupacin directa de los

    ingenieros geotcnicos, las caractersticas del producto final son las que tienen inters directo. El

    mineral particular de la arcilla que se producir en cualquier situacin dada parece ser

    dependiente de la roca parental y del ambiente de la degradacin, particularmente si el sitio est

    bien drenado y si el agua que se infiltra es cida o alcalina. La caolinita por ejemplo es formada

    del feldespato por la accin del agua y el dixido de carbono. El cuarzo es uno de los minerales

    ms resistentes a la degradacin, de modo que los suelos de granito degradados tienden a tener

    una proporcin substancial de partculas gruesas de cuarzo dentro de una matriz de un materia l

    ms fino.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    20/169

    La solucin y la lixiviacin son componentes importantes del proceso de degradacin en

    la mayora de las situaciones. El proceso de degradacin, que casi convierte la roca en suelo,

    significa siempre una reduccin en la densidad del material, dejando vacos que en su lugar son

    ocupados por agua .Un ejemplo extremo de la solucin es la degradacin de la piedra caliza; la

    piedra caliza no se degrada realmente como otras rocas se disuelve simplemente en el aguaque se infiltra a travs de ella. Con algunas rocas, especialmente las formaciones sedimentarias,

    los procesos de degradacin pueden implicar simplemente la solucin y el retiro del material de

    enlace entre las partculas y la conversin de un material cementado en un material no

    cementado. Con algunas piedras areniscas o arcilla cementada, el retiro del material de enlace

    puede tambin activar la liberacin de minerales de arcilla que ya existan en el material parental.

    Es decir los minerales de la arcilla eran bloqueados en la roca por los enlaces entre las

    partculas y no podan comportarse de su manera normal. El proceso de degradacin que ocurre

    en los pases tropicales conocidos como lateritizacion es tambin esencialmente solucin y

    lixiviacin.

    La degradacin de los depsitos volcnicos de la ceniza es un caso especial que no se

    conforma con la comprensin normal del proceso degradacin (es decir, como proceso que

    empieza en la superficie de la roca y progresa verticalmente hacia abajo). Porque los depsitos

    volcnicos de la ceniza se acumulan en capas de una serie de erupciones y se forman en reas

    bien drenadas, el proceso de degradacin puede continuar ocurriendo en las grandes

    profundidades. La degradacin puede ser ms avanzada en la profundidad que en la superficie,simplemente porque los depsitos ms profundos han estado experimentando la degradacin por

    un perodo de tiempo ms largo que los depsitos ms frescos en la superficie.

    Vale observar que el proceso de degradacin es diferente en reas montaosas bien

    drenadas a las reas mal drenadas del plano. La degradacin en reas bien drenadas tiende a

    producir suelos con buenas caractersticas de la ingeniera mientras que el la degradacin en reas

    mal drenadas tiende a producir suelos con caractersticas indeseables de la ingeniera. Esto se

    ilustra en la figura 2.1.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    21/169

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    22/169

    Este perfil es tpico de muchas rocas gneas degradadas en un ambiente tropical,

    especialmente granitos, donde la degradacin comienza y progresa a lo largo de las

    discontinuidades en la roca parental. Sin embargo, es importante darse cuenta que este perfil no

    se debe esperar con todas las formaciones. Con algunos tipos de roca, el lmite entre la rocaparental y la roca totalmente degradada puede ser absolutamente abrupto. Incluso con algunas

    rocas gneas la zona de la transicin puede ser muy delgada; ste parece ser el caso con las rocas

    bsicas, tales como flujos de lava o lahares basalticos. La cuestin de los perfiles de degradacin

    ser discutida ms adelante en otra seccin que se ocupa de la descripcin y de la clasificacin de

    suelos residuales.

    El termino saprolita es utilizado por algunos gelogos e ingenieros geotcnicos para

    describir la zona de degradacin entre la roca y el suelo; esto incluira probablemente de la zona

    III a la V en la figura 2.2. Los criterios para que un suelo sea descrito como saprolita son los

    siguientes:

    - Corresponde aun suelo bajoel punto de vista geotcnico.

    -Exhibe las caractersticas estructurales claramente heredadas que hacen posible la identificacin

    de la roca paternal.

    - Es autntico residual, significando que est derivado directamente de la degradacin de la rocadebajo de l. Es decir forma la parte del perfil degradado de la roca pa ternal.

    Estos criterios son propuestos por el comit sobre los suelos tropicales del ISSMFE

    (1985)

    2.3. Erosin, transporte, y re-deposicin.

    La accin de la precipitacin es erosionar la superficie de la roca degradada y transportar

    el material degradado por la corriente y el ro hasta que todava alcanza regar, bajo la forma de

    ocano o lago grande. Aqu decidir y formar un depsito en capas en el mar o en capas en el

    lago. El proceso se ilustra en el cuadro 2.3. El suelo formado directamente por la degradacin de

    la roca subyacente se llama un suelo residual, y el suelo acumulado en capas por la deposicin en

    el mar o un lago se llama un suelo sedimentario o transportado.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    23/169

    Figura 2.3.Procesos de la formacin del suelo.

    Los suelos sedimentarios pueden experimentar la compresin o la alta consolidacin

    mientras que las capas adicionales se depositan sobre ellas; pueden tambin experimentar el

    levantamiento como resultado del movimiento tectnico y terminar arriba otra vez como suelo

    seco, muchos metros sobre nivel del mar. Un segundo ciclo de la erosin puede ocurrir y gran

    parte de las capas superiores pueden ser removidas. Como sabemos muy bien, los suelos que no

    han tenido ningn retiro del material de sobrecarga se llaman normalmente consolidados,

    Mientras que los que han sufrido la descarga se conocen como "suelos sobreconsolidados".

    Es quizs bueno mencionar que una parte muy pequea de la degradacin qumica

    contina despus de que se haya depositado el suelo; los minerales que la componen son el

    resultado del proceso original de degradacin que convirti la roca paternal en suelo.

    La mecnica de suelos creci en Europa y Norteamrica, y la mayora de sus conceptos en

    relacin con el comportamiento del suelo han sido desarrollados en el estudio de los suelos

    sedimentarios. De hecho, la mayora de los primeros conceptos vinieron de estudios de suelos

    remoldeados y son parte de la investigacin de la influencia de la tensin histrica en su

    comportamiento, ste simulaba la influencia de la secuencia de la tensin a la cual el suelo estabasometido durante su proceso de formacin. La mayora de los textos y de los cursos de la

    universidad en mecnica de suelos ponen nfasis considerable en la tensin histrica y los suelos

    se dividen en normalmente consolidados y sobre consolidados, sobre esta base y los armazones

    del comportamiento, se desarrollan alrededor de este concepto de la tensin histrica.

    Esto podra ser apropiado si todos los suelos fuesen sedimentarios. Claramente no es el

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    24/169

    caso. Las grandes reas de tierra consisten en suelos residuales, y el uso de los conceptos que

    vienen de suelos sedimentarios puede o no puede ser relevante a estos suelos. Es interesante

    observar que muy pocos textos, y probablemente muy pocas universidades cursan en mecnica de

    suelos los suelos residuales, an menos da cuenta de sus caractersticas.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    25/169

    CAPTULO 3

    FACTORES QUE CONTROLAN LASCARACTERSTICA Y ELCOMPORTAMIENTO DE SUELOS (TRES

    GRUPOS PRINCIPALES)

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    26/169

    3.1. Comentarios generales.

    Los suelos se pueden dividir en diversas categoras basadas en varios criterios. Pueden por

    ejemplo ser divididos en imperturbados y remoldeados, o pueden ser divididos en suelos

    normalmente consolidados y suelos sobre-consolidados. Pueden tambin ser divididos en sueloscompletamente saturados y parcialmente saturados. stos son todos criterios vlidos y responden

    a propsitos que varan. Esta tesis se refiere sobre todo a los suelos residuales, y por lo tanto una

    divisin en suelos residuales y suelos sedimentarios ser til. Sin embargo, es til tambin incluir

    una tercera divisin, denominada suelos remoldeados. Esta es una divisin til pues la

    comprensin del comportamiento del suelo imperturbado se realza generalmente si tambin

    sabemos como se comporta el suelo remoldeado, y parte de esta tesis considerar la

    compactacin de los suelos residuales, que por su naturaleza, son esencialmente suelos

    remoldeados. Por lo tanto los tres grupos que sern analizados en esta tesis sern suelos

    sedimentarios, suelos residuales, y suelos remoldeados. A menos que estn indicados de otra

    manera los trminos sedimentario y residual se referirn al suelo en su estado imperturbado.

    La figura 3.1, ilustra los factores implicados en la formacin de suelos residuales y

    sedimentarios, y que determinan en ltima instancia las caractersticas y el comportamiento del

    suelo.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    27/169

    Figura 3.1.Factores que influyen en la formacin del suelo.

    Los suelos sedimentarios se ven para experimentar varios procesos, ms all del ladegradacin fsica y qumico inicial de la roca parental. Puede ser que aparezca de este diagrama

    que los factores implicados en la formacin de suelos sedimentarios son ms complejos que sos

    implicados en la formacin de suelos residuales. Hay una cierta verdad en esto, pero dos factores

    importantes conducen en la prctica a un grado de homogeneidad y de la previsibilidad con los

    suelos sedimentarios que est ausente en los suelos residuales. Estos factores son:

    (a)El proceso de clasificacin que tiene lugar durante la erosin, el transporte y deposicin

    de los suelos sedimentarios tienden a producir depsitos homogneos.

    (b)La tensin histrica es un factor prominente en la determinacin de las caractersticas del

    comportamiento de suelos sedimentarios y conduce a la divisin conveniente de estos

    suelos en los materiales normalmente y sobre consolidados.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    28/169

    La ausencia de estos factores en los suelos residuales significa que son generalmente ms

    complejos y menos capaces de ser dividido en categoras o grupos ordenados.

    La figura 3.2, es un intento de destacar los principales factores que controlan el

    comportamiento de suelos residuales, sedimentarios imperturbados y suelos remoldeados.

    Figura 3.2.Principales factores que controlan las caractersticas de suelos residuales,

    sedimentarios y remoldeados.

    La diferencia principal entre los dos grupos imperturbados es la ausencia de la tensin

    histrica como factor que influencia el comportamiento de suelos residuales. Esto es pasado por

    alto a menudo por los ingenieros geotcnicos, que aplican los conceptos desarrollados de la

    influencia de la tensin histrica en suelos sedimentarios a los suelos residuales con resultados

    engaosos. El punto importante a recordar es que las caractersticas del suelo pueden estar ligadas

    de cerca a su composicin y a los procesos que los forman, y ser consientes de que estos procesos

    son aplicables a cualquier suelo en particular.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    29/169

    Los comentarios sobre cada uno de estas categoras del suelo sonlos siguientes:

    3.2. Suelos sedimentarios:

    Estos tipos de suelos se estudian bien en la mayora de los textos de mecnica de suelos.

    Sin embargo, hay avances en la comprensin del comportamiento de estos suelos que no estndescritas en los textos. Uno de los ms importantes es que la tensin histrica, probablemente, se

    ha exagerado como un factor que rige el comportamiento del suelo, ya que hay otros procesos de

    igual o mayor importancia. Estos procesos se denominan "envejecimiento" o "endurecimiento",

    que significan un aumento constante de la fuerza a travs del tiempo despus de la formacin

    original de los suelos. La investigacin cuidadosa de arcillas normalmente consolidadas muestra

    una pre-consolidacin, significativamente ms altas que la presin de la sobrecarga. Son por lo

    tanto ligeramente sobre-consolidados aunque pruebas geolgicas demuestran que nunca han sido

    sometidos a tensiones ms altas que las que comnmente actan en ellos. El suelo implicado es

    una arcilla blanda encontrada a lo largo de la costa del norte del estuario de Thames, cerca de

    Londres. Fue depositado en el mar hace unos diez mil aos atrs, en la clausura de la ltima edad

    de hielo.

    La presin eficaz de la sobrecarga era cerca de 27 kPa; sin embargo la forma de la curva

    de la compresin demuestra una presin de pre-consolidacin cercana a 55kPa, es decir un

    coeficiente de sobre-consolidacin cercano a 2.

    Figura 3.3.Ensayos de consolidacin de una arcilla blanda normalmente consolidada (Estuario

    de Thames).

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    30/169

    3.3. Suelos residuales:

    Los suelos residuales son el producto de los procesos de la degradacin en su material

    parental, que es normalmente roca. Debido a la variedad amplia de este material, junto con una

    variedad amplia de ambientes de degradacin, la gama de los tipos de suelo que vienen dentro de

    este grupo residual es muy grande y diversa. Mientras que muchos suelos residuales contienen losmismos minerales de la arcilla que suelos sedimentarios, hay algunos suelos residuales que

    contienen los minerales de la arcilla no encontrados en arcillas sedimentarias. stos son suelos

    derivados de la degradacin de suelos volcnicos y los minerales de la arcilla referidos son

    haloisita y alofanes. Estos minerales de la arcilla tienen caractersticas (incluso extraordinarias)

    inusuales y los suelos que contienen una parte elevada de estos minerales pueden comportarse de

    maneras que no se encuentran en todos los suelos sedimentarios.

    Adems de la influencia de los minerales inusuales de la arcilla, los suelos residuales

    tienden tambin a ser influenciados fuertemente por la estructura impartida a ellos por su material

    parental y la accin del proceso de degradacin.

    Esta estructura tiene generalmente la forma de enlaces o de cementacin entre las

    partculas que existieron en la roca parental antes del inicio de degradacin. El proceso de

    degradacin continuado normalmente tiende a debilitar estos enlaces de modo que la fuerza del

    suelo disminuya muy lentamente con el tiempo. Al menos hay situaciones donde el proceso de

    degradacin puede implicar el efecto opuesto. La degradacin del material volcnico da lugar a

    menudo al desarrollo de los enlaces que llegan a ser ms fuertes con el tiempo. Las caractersticas ms significativas de suelos residuales pueden ser resumidas de la

    siguiente manera:

    (a) Variabilidad y heterogeneidad

    (b) Estructura -(a) de caractersticas de la roca parental (b) nueva, del proceso de

    degradacin.

    (c) El suelo no puede ser de partculas, es decir, no una coleccin de partculas

    individuales, sinouna forma de esqueleto del suelo o marco.

    (d) Ausencia de la influencia de la tensin histrica.

    (e) Presencia de los minerales inusuales de la arcilla.

    (f) La zona del inters para los ingenieros geotcnicos puede estar principalmente sobre la

    napa fretica.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    31/169

    3.4.Suelos Remoldeados:

    Esta categora incluye los suelos preparados por la sedimentacin de una mezcla artificial,

    as como compactada. El trmino desestructurado es con frecuencia usado para sealar tales

    suelos. Las caractersticas de estos suelos no son regidas por ninguna forma de estructura, como

    probablemente es con la mayora de los suelos imperturbados. Las arcillas compactadas puedenser una excepcin a esta afirmacin, pues es posible que el proceso de compactacin cree una

    ciertaforma de estructura en el material compactado.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    32/169

    CAPTULO 4ESQUEMAS DE AGRUPACIN YCLASIFICACIN PARA SUELOS

    RESIDUALES

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    33/169

    4.1.Introduccin:

    Varios han sido los intentos realizados a lo largo de los aos para elaborar mtodos para la

    descripcin o la clasificacin de los suelos residuales. Sin embargo, a pesar de estos intentos, en

    general no se aceptan los mtodos que se han establecido. Esto no es en absoluto sorprendente, envista de la muy diversa naturaleza de los suelos residuales, y es poco probable que un rgimen

    universal sea una posibilidad prctica. En las siguientes secciones se da cuenta de la clasificacin

    descriptiva o planes que se han utilizado hasta la fecha, y se sugiere otra agrupacin o divisin de

    los suelos residuales, no con el fin de crear una clasificacin sistemtica de los suelos residuales,

    sino para permitir a los ingenieros identificar los tipos de suelos residuales, que pertenecen al

    mismo grupo y que se puede esperar que tengan propiedades de ingeniera similares.

    4.2. Actuales sistemas de clasificacin:

    Los mtodos actuales que se usan para la agrupacin de suelos residuales se clasifican en

    tres grandes tipos, estos son:

    4.2.1. Mtodos basados en el perfil dedegradacin.

    4.2.2. Mtodos basados en la clasificacin pedolgica.

    4.2.3. Mtodos destinados para uso local en tipos de suelos especficos.

    Estos mtodos se consideran y analizan en las secciones siguientes:

    4.2.1. Mtodos basados en perfil de degradacin:

    Basndose en los trabajos de Moye (1955) y Little (1969) se presento un ejemplo tpico de

    un mtodo para la clasificacin de los suelos residuales tropicales sobre la base del grado de

    degradacin evidente en un perfil tpico de este tipo de suelos. El concepto y el perfil de las seis

    categoras del tipo de material se muestran en la Figura 4.1. Sistemas similares han sido

    propuestos por algunos autores, a veces, de manera general y a veces, relacionadas a una

    determinada formacin o localidad. Fookes y Saunders (1970) examinarn y describirn algunos

    de estos sistemas.

    Little (1969) indic que el sistema de clasificacin que l propuso fue pensado en cubrir el

    residuo que resulta de la degradacin de rocas gneas en las zonas tropicales hmedas. Esto limita

    significativamente la utilidad de tales mtodos. Una limitacin ms importante en sistemas como

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    34/169

    estos es que miente en el hecho de que no proporcionan ninguna informacin comparativa en la

    naturaleza de la capa superior, que es la verdadera capa del suelo, esto a menudo es del inters

    ms grande del ingeniero. Estos sistemas son tiles sobre una base localizada, donde un ingeniero

    intenta describir o clasificar las caractersticas de una formacin en particular, pero no son tiles

    para comparar las caractersticas de formaciones totalmente diversas.

    Figura 4.1.Categoras de degradacin de suelos de roca fresca o parental.

    Estos mtodos se miran mejor como sistemas para describir perfiles degradados de la roca

    que, como sistemas de clasificacin para los suelos residuales verdaderos. Los mtodos

    proporcionan la informacin en el estado in situ del suelo solamente; no proporcionan ninguna

    informacin en la composicin real del suelo. Se piensa que probablemente son utilizados como

    suplementos a los sistemas que describen la composicin o la naturaleza del suelo tal como elsistema de clasificacin unificado del suelo.

    La utilidad y las limitaciones de este tipo de sistema de clasificacin parecen haber sido

    reconocido bastante bien, y el mtodo se est utilizando directamente para las situaciones locales

    especficas y se est adaptando. Pender (1971) por ejemplo, describe el uso de una versin

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    35/169

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    36/169

    Con las rocas sedimentarias, el cuadro es an ms complejo, en el perfil del suelo, encima

    de la roca, se refleja la secuencia de la degradacin y las diferencias en las rocas parentales.

    Cuando la roca parental esta compuesta por piedra arenisca entre capas y piedra lodo (mudstone),

    por ejemplo, esto se puede reflejar en el suelo que resulta, que consistir en la arena y la arcillabarro entre capas. ste es el caso de los suelos residuales en el rea de Auckland de Nueva

    Zelandia, derivados de la degradacin de una formacin de la piedra arenisca y de piedra lodo

    (mudstone) conocida como serie de Waitemata. La figura 4.2 muestra los tres tipos posibles de

    perfil de degradacin para los materiales residuales.

    4.2.2. Mtodos basados en grupos pedolgicos:

    Los ingenieros geotcnicos han usado el trmino pedolgicos para sealar los varios

    grupos de suelos por muchos aos. El trmino laterita o suelo lateritico fue uno del primeros que

    se usaron y volvi por lo menos a Bee(1948). Ranganathan (1961) hizo una de las aplicaciones

    ms tempranas del trmino arcilla black cotton. El autor (Wesley, 1974) utiliz los trminos

    latosol y andosol para sealar dos grupos de suelos en Indonesia. El uso de estos trminos fue

    tomado directamente del sistema de clasificacin pedolgico que era utilizado en aquel momento

    por los cientficos de Indonesia (Junas Dai y Driessen, 1972, Lenvain y otros, 1972). Lohnes y

    Tuncer (1977) tambin utilizaron el trmino andosol para describir suelos de cenizas volcnicas

    en Hawaii.Varios trminos adicionales se han agregado desde entonces a la literatura geotcnica y

    diversos trminos son utilizados para los grupos antedichos en diversos pases. Los oxisols, los

    andepts y los vertisols son de uso comn en los suelos lateriticos (latosols), los andosoles y los

    black cotton respectivamente. Mitchell y Sitar (1982) presentan una tabla que demuestra la

    variedad de nombres usados por tres sistemas pedolgicos, a saber el francs, F.A.O. y la

    taxonoma de los E.E.U.U. Uehara (1982) da cuenta til de varios grupos pedolgicos, y sus

    caractersticas asociadas. Los tres tipos del suelo mencionados anteriormente, los suelos

    lateriticos, andosoles y suelos black cotton, siguen siendo los tres tipos tropicales ms

    distintivos del suelo, y parecen ser del inters de la mayora de los ingenieros. La tabla 4.1

    resume varios de los nombres usados para estos grupos.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    37/169

    Tabla 4.1.Grupos distintivos de suelo, tropicales/residuales, de inters para los ingenieros

    geotcnicos.

    Nombre PedolgicoNombre usado

    comnmente F A O US

    Taxonomade suelos

    Francs

    Minerales

    predominantes

    de la arcillas

    Caractersticas

    importantes

    Suelo lateritico

    Latosols

    Cliz Rojo

    Ferralsoles Oxisoles Suelo

    Ferraltico

    Haloisita

    Caolinita

    Gibsita

    Goethita

    Grupo muy

    grande con

    grandes

    variaciones en

    sus

    caractersticas.

    Arcilla Volcnica

    Andosoles

    Andosoles Andepts

    Suelos de

    ceniza

    volcnica

    de

    regiones

    tropicales

    Alofanes

    Haloisita

    Caracterizada por

    un muy alto

    contenido de

    agua y cambios

    irreversibles

    cuando se seca

    Suelo Black

    cottonArcillas Negras

    Tropical Negro

    Grumusoles

    Vertisoles Vertisoles Vertisoles

    Smectita

    (montmorilonita)

    Problema de

    suelo, altaretraccin e

    hinchazn, fuerza

    baja

    La tabla 4.1 tambin muestra los minerales predominantes de arcilla asociados a cada

    grupo, y sugiere que la composicin mineralgica es una influencia fuerte en las caractersticas

    de cada grupo.El uso de nombres pedolgicos no han sido hechos en general con la intencin de

    establecer sistemas de clasificacin rigurosos. Los nombres se han pedido prestados simplemente

    como manera de identificar los grupos particulares de suelos.

    Desafortunadamente, una cierta confusin ha sido creada por el uso poco metdico de

    estos trminos. Mitchell y Sitar (1982) por ejemplo incluyen los suelos rojos de Foss (1973) y los

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    38/169

    suelos lateriticos derivados del basalto de Tuncer y de Lohnes (1977) en los andosoles del grupo

    (tabla 7 de Mitchell y de Sitar, 1982), aunque no hay sugerencia por los autores originales que los

    suelos pertenecen a este grupo, y ninguna evidencia que contienen alofanes, el mineral

    caracterstico de andosoles. Morin (1982) tambin incluye andosoles como parte del grupo arcilla

    roja tropical. Los andosoles son un grupo distintivo y aunque en las zonas tropicales pueden serasociados a las arcillas rojas, hasta cierto punto, su composicin y las caractersticas son

    diferentes y para los propsitos geotcnicos de la ingeniera no deben ser confundidas con las

    arcillas rojas. Los Andosoles existen en pases como Japn, Chile, y Nueva Zelandia, que no son

    pases tropicales, y no se asocia en todos a las arcillas rojas.

    Se debe hacer mencin a una clasificacin y a un sistema descriptivo propuestos por la

    Sociedad Geolgica Britnica (1990). Estos han intentado usar una base pedolgica para este

    esquema de clasificacin. Este sistema es muy complejo y parece no haber ganado la aceptacin

    de la comunidad geotcnica. Aparte de su complejidad, tambin sufre de la desventaja de que no

    hay un acoplamiento claro entre los grupos de la clasificacin y las caractersticas de la

    ingeniera.

    4.2.3. Mtodos especficos destinados a uso local:

    En vista de la complejidad de los suelos residuales, y la casi total ausencia de rasgos

    comunes entre algunos grupos de suelos residuales (por ejemplo los suelos black cotton y los

    suelos de granito degradado) no es de extraar que la clasificacin descriptiva o estos mtodoshan sido desarrollados para uso local, en formaciones especificas. Tuncer y Lohnes (1977) por

    ejemplo, describen un sistema propuesto para los suelos lateriticos de Hawaii y de Puerto Rico.

    Pender (1971, 1981) describe las correlaciones empricas para el greywacke degradado de

    Wellington, Nueva Zelandia. Wirth y Zeigler (1982) describen un sistema desarrollado

    especficamente para el proyecto del subterrneo de Baltimore.

    4.3. Un amplio enfoque a la agrupacin o clasificacin de suelos residuales.

    4.3.1. Base:

    Las caractersticas especficas de los suelos residuales, que los distinguen de suelos

    sedimentarios, se pueden atribuir generalmente a la presencia de una estructura particular, como

    la presencia de roca no degradada o parcialmente degradada y planos de debilidad, entre los lazos

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    39/169

    de partculas. Estas influencias se pueden agrupar bajo ttulos generales de la composicin y de la

    estructura.

    La composicin incluye tamao de partcula, forma y especialmente la composicin

    mineralgica.

    La estructura se puede subdividir en dos categoras principales:

    (a) Macroestructura o estructura perceptible: Esto incluye todas las caractersticas

    perceptibles a la vista, como las capas, los planos dbiles, grietas, poros, la presencia de

    estructuras no degradadas o degradadas parcialmente de la roca.

    (b) Microestructura o estructura no-perceptible:Esto incluye la vinculacin de las partculas

    o la cementacin, el grupode las partculas etc.

    El primer mtodo de clasificacin discutido arriba (es decir, el perfil de degradacin), se

    basa esencialmente en la macroestructura del suelo. Por la examinacin visual de la

    macroestructura, es posible dividir el perfil degradado de arriba en una serie de capas.

    El segundo mtodo de clasificacin (es decir los sistemas pedolgicos), por otra parte,

    parecen estar relacionado mucho ms de cerca con la composicin mineralgica que con la

    macroestructura o a la microestructura. Las caractersticas distintivas de la ingeniera de los tres

    grupos del suelo se enumeraron en la tabla 4.1 surgen principalmente de su propia composicinmineralgica.

    As realmente tenemos dos sistemas paralelos que describen diversas caractersticas del

    suelo. Los dos sistemas vienen juntos esencialmente en la capa superior del perfil degradado, es

    decir, de la capa verdadera del suelo. Sin embargo, con los tres tipos de suelos, enumerados en la

    tabla 4.1, el ingeniero puede no estar interesado en cualquier material subyacente parcialmente

    degradado, ya sea debido a que la capa de suelo es tan densa que el material que figura a

    continuacin es irrelevante para la geotcnicos o porque la zona intermedia es demasiado fina

    para ser de importancia para la ingeniera.

    Los mtodos de clasificacin y de descripcin que se usan actualmente en los suelos

    sedimentarios constan de dos partes. La primera parte es la clasificacin del material propiamente

    tal y no hace ninguna referencia al estado imperturbado en el cual el suelo se encuentra. El

    tamao de las partculas y los lmites de Atterberg forman las bases de tal clasificacin; el

    sistema unificado probablemente es el ms conocido de estos mtodos. La segunda parte es la

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    40/169

    descripcin del suelo en su estado imperturbado, cubre los aspectos tales como dureza (para los

    suelos cohesivos), densidad relativa (para los suelos granulares) y las caractersticas estructurales.

    4.3.2. Una agrupacin propuesta de suelos residuales:

    A consecuencia de la consideracin antedicha, un primer paso til para agrupar los suelos

    residuales es dividirlos en grupos de acuerdo a su composicin solamente, sin referencia a su

    estado imperturbado. Se sugieren los tres grupos siguientes:

    Grupo A: Suelos sin una fuerte influencia mineralgica.

    Grupo B: Suelos con una influencia mineralgica fuerte que viene de la arcilla convencional,

    minerales encontrados normalmente en suelos sedimentarios.

    Grupo C: Suelos con una influencia mineralgica fuerte que viene de los minerales especiales de

    la arcilla no encontrado en suelos sedimentarios.

    Grupo A: Suelos Residuales sin una fuerte influencia mineralgica.

    Eliminando esos suelos que son influenciados fuertemente por los minerales particulares

    de la arcilla, hay posibilidades de identificar a un grupo de suelos de los que se puede esperar que

    tengan propiedades similares. Los suelos que entran en este grupo sern generalmente los de una

    naturaleza bastante gruesa, con una fraccin relativamente baja de arcilla. Los suelos residuales

    de Hong Kong parecen ser un buen ejemplo de los suelos que pertenecen a este grupo. Se derivan

    de la degradacin de los granitos o riolitas y los datos del tamao de partcula dados por Lumb

    (1965) demuestran que la fraccin de arcilla posee un promedio solamente cercano al 20%.

    Incluso la capa totalmente degradada del suelo, clasificada como tierra roja por Lumb tiene una

    fraccin mxima de arcilla de solamente 40%. Lumb y Lee (1975) demuestran que el mineral

    principal de la arcilla es el haloisita pero cree que ste hace que tenga poca influencia en elcomportamiento desde el punto de vista de la ingeniera de los suelos y sugiere que el

    comportamiento es controlado esencialmente por las fracciones ms gruesas del limo y de la

    arena.

    En general los suelos que tienen un perfil degradado del tipo ilustrado en la figura 4.1

    vendrn dentro de este grupo. En casos relativamente raros, la capa superior (es decir la capa del

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    41/169

    suelo) quizs este lo suficientemente avanzada para convertirse en una arcilla verdadera, con

    caractersticas fuertemente influenciadas por los minerales distintivos de la arcilla.

    El Grupo A puede ser subdividido sobre la base de la medida y la forma en que su

    comportamiento est influenciado por efectos estructurales. Es conveniente separar los efectos

    estructurales en los dos amplios grupos mencionados antes, como macroestructura ymicroestructura.

    Grupo A, puede dividirse en dos grandes subgrupos:

    Sub-grupo (a):

    stos son los suelos en los cuales la macroestructura desempea un papel importante en el

    comportamiento de la ingeniera del suelo. Las capas ms bajas de los suelos que se degradan

    segn el patrn demostrado en la Figura 4.1.

    Sub-grupo (b):

    stos son suelos sin macroestructura, pero con una influencia fuerte de la microestructura. La

    forma ms importante de las microestructuras es la unin entre las partculas o cementacin y

    aunque esto no se puede identificar por la inspeccin visual, se puede deducir de aspectos

    bastante bsicos del comportamiento del suelo. La sensibilidad particularmente es una medida

    muy buena de la microestructura, la alta sensibilidad se debe a la presencia de una estructura

    distintiva (que implica una cierta forma de enlaces) que se destruye en el proceso de remoldeado.

    Se debe prestar mas atencin al valor de la sensibilidad con los suelos residuales, pues lasensibilidad se relaciona de cerca con el ndice de la liquidez que alternadamente se relaciona con

    los efectos estructurales tales como la vinculacin entre las partculas. Los suelos residuales que

    tienen un alto ndice de la liquidez (o existir en un estado anlogo a este concepto) son tambin

    los que demuestran la vinculacin pronunciada o efectos estructurales. Es la presencia de la

    vinculacin especfica o de los efectos estructurales similares que permite al suelo existir en un

    estado cerca del lmite lquido.

    Como Vaughan (1985) ha precisado, la presencia de material grueso considerable en

    muchos suelos residuales, hace que determinar los lmites de Atterberg y el ndice liquidez sea

    algo problemtico. El centrarse en la sensibilidad del suelo evita esta dificultad.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    42/169

    Sub-grupo (c):

    Los suelos que no son influenciados de gran forma por efectos macro o microestructurales

    se incluyen aqu como tercer subgrupo. Sin embargo, este subgrupo es de menor importancia,

    pues muy pocos suelos residuales del grupo A caern en esta categora.

    Grupo B: Suelos residuales influenciados fuertemente por los minerales convencionales de

    la arcilla.

    Componen este grupo los suelos que son influenciados fuertemente por los minerales

    convencionales de la arcilla tales como sos encontrados normalmente en suelos sedimentarios.

    El miembro ms significativo de este grupo es el suelo black cotton o vertisoles, cuyas

    propiedades son de alto potencial de retraccin, de alta compresibilidad y baja resistencia. Estas

    caractersticas se relacionan directamente con su componente mineralgico predominante, que es

    montmorilonita o minerales similares del grupo de smectita.

    La informacin en la literatura dice que no muchos otros suelos residuales pertenecen a

    este grupo, aunque hay algunos suelos derivados de las rocas sedimentarias (las piedras areniscas

    y los limos de roca) que tienen caractersticas que son influenciadas bastante fuertes por la

    composicin mineralgica. Los suelos en el rea de Auckland de Nueva Zelandia, derivados de la

    degradacin de la piedra arenisca de Waitemata, entran en esta categora. Algunos de los suelos

    tienen caractersticas de alta retraccin e hinchazn debido a la presencia del montmorilonita; en

    otros, sus caractersticas y la composicin mineralgica parece tener menor influencia en sucomportamiento.

    Grupo C: Suelos residuales influenciados fuertemente por los minerales especiales de la

    arcilla no encontrados en suelos sedimentarios.

    stos son los suelos que son influenciados fuertemente por la presencia de los minerales

    de la arcilla que no se encuentran en arcillas sedimentarias. Los dos minerales ms importantes

    implicados aqu son el haloisita y el alofan de los minerales de la arcilla del silicato. Haloisita es

    un mineral cristalino de forma tubular y se asocia normalmente al mismo grupo que la caolinita.

    Alofan es un mineral extremadamente inusual en la arcilla. Fue pensado inicialmente para ser un

    mineral amorfo, pero la investigacin reciente ha demostrado que consiste en partculas muy

    finas con una estructura cristalina dbil. Adems de estos minerales del silicato, los suelos

    tropicales no pueden contener los minerales de silicato (o los minerales del xido),

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    43/169

    particularmente las formas hidratadas de gibsita y de goethita, del xido de aluminio y de hierro

    (los sesquioxidos).

    La influencia del haloisita y del alofan en las caractersticas del suelo est bastante clara

    en los estudios de casos registrados en la literatura. La influencia de los sesquixidos est menos

    documentada. Es conveniente, sin embargo, subdividir a este grupo en tres subgrupos:

    (a) Suelos compuestos por Haloisitas.

    La influencia principal del haloisita parece ser que las caractersticas de la ingeniera del

    suelo son buenas, a pesar de tener una fraccin alta de arcilla, un tamao de partcula muy

    pequea y valores bastante altos del contenido natural de agua y los lmites de Atterberg. Las

    buenas caractersticas de la ingeniera parecen ser el resultado directo de su composicin

    mineralgica, o en algunos casos cementacin que se presenta de la presencia de los sesquixidos

    (Wesley 1973). Terzaghi (1958), Matyas (1969) y Wesley (1974) han dado cuenta del buen

    funcionamiento de la ingeniera de estos suelos.

    (b) Suelos Alofanicos.

    La influencia que el alofan tiene en el comportamiento del suelo la han descrito Lohnes y

    Tuncer 1977, Wesley 1974, 1977, 2002, y ser cubierta en mayor detalle ms adelante. Es preciso

    tener en cuenta no obstante que la influencia del alofan es a la vez dramtica y desconcertante, en

    el sentido de que los resultados en suelos que tengan contenido de agua que van de alrededor de

    80% a 250%, pero se desempean muy satisfactoriamente como materiales de la ingeniera. Amenudo es muy superior a los suelos con contenido de agua de slo una fraccin de los valores

    anteriores.

    (c) Suelos influenciados por la presencia de Sesquixidos.

    El papel principal de los sesquixidos parece ser actuar como agentes de cementacin que

    aten los otros componentes mineral en racimos. Con la suficiente concentracin de sesquixidos,

    se forman los materiales duros conocidos comnmente como laterita. El cuociente de la

    silicona/almina (SiO2/A12O3) y el cuociente de la silicona/sesquixido se han utilizado como

    indicadores del grado de lateritizacin. Este subgrupo podra quizs ser llamado el grupo

    lateritico, pero el trmino laterita se utiliza generalmente muy libremente, a veces para incluir el

    haloisita y alofan y cuyo comportamiento no es influenciado significativamente por los

    sesquioxidos.

    De los grupos antedichos, especialmente los grupos haloisita y alofanes, pueden ser

    subdivididos ms a fondo en base a su estructura. Los suelos alofanicos (que parecen ser

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    44/169

    asociados siempre a la ceniza volcnica como material parental) demuestran la variacin

    considerable en su estructura. Los suelos Alofanicos en Indonesia son generalmente de baja a

    moderada sensibilidad, mientras que en Japn es probable que sean de moderada a muy alta

    sensibilidad (Kuno y otros 1978), indicando un componente estructural fuerte en su estado

    imperturbado. Los suelos haloisiticos de Java, Indonesia, no parecen tener microestructura omacroestructura significativa. Son de muy baja sensibilidad y su comportamiento en el estado

    remoldeado e imperturbado es, a menudo, casi similar. Esto no ocurre necesariamente en el caso

    de otros suelos haloisita.

    La tabla 4.2 presenta este sistema de agrupacin, e indica la informacin descriptiva

    necesaria para justificar su colocacin en un grupo en particular. La tabla 4.3 da ejemplos de los

    suelos que pertenecen a cada uno de estos grupos, y da algunas pautas para su identificacin. En

    general la degradacin de rocas gneas, tales como el granito, y muchas formaciones

    sedimentarias degradadas, producirn generalmente los suelos que pertenecen a la categora (a).

    Segn lo indicado anterior los granitos degradados de Hong Kong y de Malasia no son

    influenciados fuertemente por la composicin mineralgica, pero su comportamiento es

    influenciado fuertemente por la estructura macro y micro, as que pertenecen claramente a la

    categora (a).

    Por otra parte, los suelos de ceniza volcnica (andosoles, o las arcillas alofanicas) son

    influenciados muy fuertemente por el alofan, mineral inusual de la arcilla y pertenece claramente

    a la categora (c). Ellos a veces no muestran pruebas de la macroestructura, pero puede ser demoderada a muy sensibles, lo que indica una fuerte influencia de la microestructura.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    45/169

    Tabla 4.2.Sistema de clasificacin para Suelos Residuales.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    46/169

    Tabla 4.3.Caractersticas de los Grupos de Suelos Residuales.

    4.4. Discusin

    4.4.1. General

    Como ya se ha mencionado anteriormente, la agrupacin de los suelos residuales tiene

    como objetivo proporcionar una base para la identificacin de grupos de suelos residuales, que se

    puede esperar que tengan similares propiedades de la ingeniera. Al parecer, para proporcionar

    una mejor base para esto, se deben usar trminos pedologicos.

    Los trminos, arcilla roja, o suelo latertico, por ejemplo, se utilizan para cubrir una

    amplia gama de materiales que son casi intiles para el ingeniero. Los minerales predominantesde la arcilla en algunas arcillas rojas (o suelos lateriticos) son caolinita y montmorilonita; estos

    suelos estn sobre la lnea-A en el grfico de plasticidad. El mineral predominante en otras

    arcillas rojas, como ya se ha mencionado, es el haloisita; estos suelos se encuentran por debajo de

    la lnea-A y tienen propiedades de ingeniera muy diferentes.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    47/169

    Una desventaja de usar la composicin mineralgica como base de la clasificacin es

    saber que los ingenieros geotcnicos tienen raramente el acceso necesario para la identificacin

    de los minerales. Sin embargo, la mayora de los pases tienen instituciones que pueden

    emprender estudios mineralgicos y la cooperacin entre los ingenieros geotcnicos y estas

    instituciones no debiera ser difcil y es de esperar que sea de mutuo beneficio.

    4.4.2. Lugar de la Clasificacin de los ensayos convencionales

    La utilidad de los sistemas convencionales de clasificacin como el Sistema Unificado de

    suelos residuales ha sido discutido en varias ocasiones (por ejemplo, De injerto contra Johnson,

    1969), principalmente a causa de la dependencia del tamao de las partculas y mediciones de

    plasticidad en el mtodo de preparacin de muestras.

    Hay algo de cierto en esos argumentos y al mismo tiempo es de inters sealar que hay

    mucho ms datos sobre el tamao de las partculas y los limites de Atterberg de los suelos

    residuales, tambin hay datos sobre el esfuerzo cortante, compresin y de otras propiedades de

    inters directo para el ingeniero. El tamao de las partculas convencionales y limite Atterberg de

    las pruebas son muy tiles en los suelos residuales. El argumento de que los resultados se ven

    influenciados por los procesos de secado no es un argumento para rechazar las pruebas, ya que no

    existe dificultad para evitar que el suelo se seque. Frost (1967) en llamar la atencin sobre esta

    cuestin, pidi corregir los procedimientos de verificacin, en lugar de rechazar las pruebas.

    Los problemas se presentan cuando se hacen las tentativas de relacionar caractersticasespecficas del suelo, o los lmites de la clasificacin a uno u otro de los lmites lquidos y

    plsticos. Por ejemplo, el sistema de clasificacin britnico (BS 5903:1981) divide suelos en un

    nmero de categoras basadas en el lmite lquido. Tal divisin no es muy relevante a los suelos

    residuales. Es la posicin por encima o por debajo de la lnea-A que da la mayor importancia,

    especialmente con los suelos residuales tropicales.

    Cabe sealar que el aumento de la influencia de la mezcla de los suelos en el limite de

    Atterberg es mover, en el grafico, el punto de la plasticidad paralelo a la lnea-A (Morin y Todor

    1975); Por lo tanto, si utilizamos la distancia por encima o por debajo de la lnea-A.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    48/169

    CAPTULO 5AGUAS SUBTERRNEAS,

    CONDICIONES DE FILTRACINY EL VALOR DEL ESTADO DE

    TENSIN EN SUELOSRESIDUALES (Ko)

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    49/169

    5.1. Algunas Observaciones Generales:

    Una de las diferencias significativas entre ingeniera geotcnica en suelos residuales y

    suelos sedimentarios es que con suelos residuales el mayor inters para ingenieros geotcnicos

    ocurre encima de la napa fretica. Esto quiere decir que la presin de poro es negativa, y en

    algunos casos el suelo ser menos que totalmente saturado. Si la filtracin ocurre, ocurrir tantoencima como debajo de la napa fretica.

    5.2. Presin de Poro y Condiciones de Filtracin Encima y Debajo de la Napa fretica:

    Ah con frecuencia se entiende mal entre estudiantes, y tambin entre la prctica de

    ingenieros geotcnicos, sobre la naturaleza y la importancia de la napa fretica. Comnmente se

    piensa que la napa fretica separa una zona donde la presin de poro es cero y bajo esta zona la

    presin de poros es positiva, con un valor gobernado por la presin hidrosttica. Este slo ser el

    caso en condiciones particulares, a saber que el sitio y la napa fretica son horizontales y el

    material que se trata es la arena, o algn otro material grueso libre de drenaje (grava o rocas).

    Con suelos de grano fino, que contiene principalmente limo y arcilla, el agua no puede drenar

    libremente, y el suelo sigue siendo totalmente saturado a cierta distancia por encima de la napa

    fretica. Con arcillas de granos muy finos, sobre todo aquellas de alta plasticidad, el suelo puede

    permanecer totalmente saturado por muchos metros encima de la napa fretica. La figura 5.1

    ilustra dos estados de presin de poro posibles en lo que concierne a la napa fretica.

    Figura 5.1.La presin de poro en lo que concierne a la napa fretica.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    50/169

    La figura 5.1 (a) ilustra el estado que a menudo se asume que existe, a saber que la

    presin de poro es cero encima de la napa fretica e hidrosttica debajo de ella. Si el suelo es

    arcilla y totalmente saturada sobre la napa fretica, esto implicara un gradiente hidrulico encima

    de la napa, y el agua, por lo tanto, se filtran hacia abajo verticalmente hacia la napa fretica. Talcondicin no puede mantenerse a largo plazo, ya que la napa fretica se elevara, debido a la

    afluencia de las aguas se filtran hacia abajo desde arriba.

    La figura 5.1 (b) ilustra la nica condicin de presin de poro posible si el suelo consiste

    en arcilla. En este caso la presin de poro es hidrosttica tanto encima como debajo de la napa

    fretica; tiene un valor positivo debajo de la esta regida por la distancia debajo de la napa, y tiene

    un valor negativo encima de la napa regida por la distancia encima de esta. Este concepto hace

    caso omiso de los efectos en la superficie del terreno y de hecho implica que la superficie acta

    como un lmite impermeable.

    En la prctica, probablemente siempre hay movimiento de las aguas en el suelo o en la

    superficie. Durante el calentamiento en tiempo seco habr prdida de agua por evaporacin, y

    durante los perodos de lluvias, el agua fluir en el suelo. El estado de presin de poro encima de

    la napa fretica por lo tanto fluctuar dependiendo de condiciones estacinales meteorolgicas.

    La figura 5.2. ilustra el estado de presin de poro probable en la arcilla durante el tiempo seco y

    hmedo.

    Figura 5.2.Presin de poros, el estado en clima seco y hmedo.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    51/169

    La figura 5.2. muestra un cambio del nivel de la napa fretica entre el verano y el

    invierno. El grado de esta variacin depender de la severidad del cambio meteorolgico entre el

    verano y el invierno y tambin sobre la permeabilidad del suelo.

    Las figuras descritas anteriormente ignoran la probabilidad de que hay una parte de lazona saturada del suelo cerca de la superficie. La profundidad de esta zona ser regida

    principalmente por la condicin climtica y el tamao de las partculas, la mineraloga y la

    permeabilidad del suelo. En climas templados es poco probable que esta zona tenga un espesor

    mayor a uno o dos metros. Por lo tanto, existen tres zonas, como se indica en la figura 5.3. La

    existencia de esta zona saturada se debe principalmente a la prdida de agua, cerca de la

    superficie, por evaporacin.

    Figura 5.3.Zonas, encima y debajo de la napa fretica.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    52/169

    Figura 5.4.Red de flujo y napa fretica en una pendiente donde las presiones de poro son

    negativas cerca de la superficie.

    Figura 5.4, se incluye aqu para acentuar el hecho que en declives de arcilla la napa

    fretica no es una frontera que separa una zona de donde ocurre la filtracin de otra donde no la

    hay. La filtracin ocurrir encima de la napa fretica, y ser regida segn las mismas leyes que

    gobiernan su comportamiento debajo de la napa fretica. La nica diferencia es que encima de la

    napa las presiones de poro sern negativas y el estado real de filtracin ms variable y menos

    dciles con la definicin debido a efectos superficiales como la evaporacin o las precipitaciones.

    La Figura 5.4 representa una ladera donde la precipitacin y la evaporacin intermitentes

    mantienen una zona de la presin de poros negativa en la parte superior de la pendiente. Este

    programa genera la red de flujo que ha sido producida por el establecimiento de una serie de

    presiones de poros negativas como la condicin divisoria en la parte superior de la superficie de

    la pendiente. El programa traza correctamente la napa fretica como la lnea de presin cero.

    5.3. Influencia Climtica sobre Condiciones de Filtracin y Estado de Presin de Poro:

    No hay mucha informacin en la literatura sobre las variaciones en la profundidad de napa

    fretica y la presin de poro encima de la napa que proviene de variaciones estacionales en

    condiciones meteorolgicas. Con arcillas de permeabilidad muy bajas, como la arcilla de

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    53/169

    Londres, parece que hay una pequea variacin debido a cambios meteorolgicos, mientras que

    en muchos suelos residuales, que tienden a tener la permeabilidad ms alta, puede haber cambios

    significativos entre el verano y el invierno. En Hong Kong, la Oficina de Control Geotcnico ha

    tomado una gran cantidad de registros a los cambios de la presin de los poros en la pendiente de

    granito degradado. Este es un material de muy alta permeabilidad y los cambios de presin deporos ocurren rpidamente. Es cierto que en la mayora de los suelos residuales la presin de poro

    responde con bastante rapidez a los efectos meteorolgicos, que se cree que las fuertes lluvias son

    el detonante de los deslizamientos de tierra en los suelos residuales.

    5.4. Implicaciones del agua subterrnea y del estado de la filtracin en situaciones

    prcticas:

    Hay varias publicaciones prcticas que se derivan del hecho de que en arcillas existe una

    presin de poro negativa encima de la napa fretica y est sujeta a variaciones estacionales. Los

    siguientes son algunos ejemplos importantes:

    Errores en la estimacin de la fundacin de asentamientos utilizando los mtodos

    convencionales:

    El procedimiento normal para estimar el resultado de la construccin de un edificio apoyado

    sobre fundaciones superficiales que estn sobre una base de arcilla, implica dos pasos bsicos. El

    primero es medir la compresibilidad caracterstica de los suelos mediante pruebas de laboratorio

    o en terreno y el segundo es estimar el aumento de la tensin efectiva en el suelo usando la teora

    elstica. El ltimo paso no es tan simple como parece. Si la napa fretica es profunda entonces la

    presin de poro inicial sobre la napa fretica es desconocida y puede ser negativa durante el

    verano y cercano a cero durante el invierno. La construccin del edificio probablemente

    amortigua las variaciones, ya que esta tiende a actuar como una frontera impermeable en la

    superficie del terreno. El cambio, de la tensin efectiva, estar compuesto de dos partes, la

    primera ser el aumento de tensin debido a la carga de fundacin y la segunda es el cambio de la

    tensin efectiva causada por el cambio de la presin de poro en el suelo. Esta ltima es, a

    menudo, ignorada en la prctica. El cambio neto en la tensin efectiva puede ser positivo onegativo.

    Asentamiento del terreno, resultado de la reduccin de las aguas subterrneas:

    Puede ocurrir tambin que actividades humanas como la explotacin de canteras o

    excavaciones profundas para carreteras (u otras estructuras subterrneas) d lugar a la

    permanente disminucin de la napa fretica en la zona circundante. Esto a su vez provoca un

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    54/169

    aumento de la tensin efectiva del suelo y el arreglo de la superficie del terreno. Dependiendo de

    la naturaleza del terreno esta solucin puede ser de poca importancia, o podra ser una de las

    principales preocupaciones. Es importante tener en cuenta que la solucin dar como resultado,

    no slo de la compresin del suelo debajo de la napa fretica, sino tambin la compresin de las

    aguas por encima de la napa fretica. Es probable que la presin de poros se reduzca, con elconsiguiente aumento de la tensin efectiva.

    Asentamiento del terreno debido a la hinchazn de la capa que cubre la superficie del

    suelo:

    Es posible que simplemente colocar algn tipo de barrera en la superficie del terreno puede

    dar lugar a asentamiento del terreno. Esto se produce porque dicha barrera tender a cambiar la

    presin de poros actual y avanzara al estado hidrosttico. La construccin de un pavimento de

    alta calidad con un sello de asfalto en la superficie, es probable que acte como una barreraimpermeable.

    Las Estimaciones de estabilidad de las pendientes del suelo haciendo caso omiso a la

    succin:

    Muchos de los suelos residuales son estables en las pendientes, debido a que gran parte de la

    pendiente se encuentra por encima de la napa fretica. Esto significa que el esfuerzo cortante de

    los suelos se debe a la "succin" en el agua. Este efecto no es reconocido y rara vez es tenido en

    cuenta en el anlisis de la estabilidad. Veremos ms adelante que las precipitaciones puedeninfluir en la estabilidad de una pendiente, incluso si el nivel fretico est por debajo del pi del

    talud.

    5.5. La influencia de filtracin asumida, sobre estimaciones de estabilidad de la pendiente:

    Comnmente es asumido en el anlisis de estabilidad de la pendiente que la presin de

    poro puede ser determinada directamente por la profundidad de la napa fretica. Para muchas

    situaciones, sobre todo aquellas que implican pendientes relativamente suaves, esta es una

    aproximacin razonable. Sin embargo, para fuertes pendientes, como puede ser el caso de suelos

    residuales, la aproximacin puede implicar errores significativos, sobre todo si la "recarga" son

    precipitaciones que caen directamente sobre la ladera.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    55/169

    (a)Fuente externa "de recarga" el agua

    (b)Recarga, solo de la precipitacin.

    Figura 5.5.Modelos de filtracin posibles, dependiendo condiciones divisorias (es decir, sobre l

    fuente de infiltracin de agua).

    La figura 5.5 muestra dos modelos de filtracin posible en una pendiente natural, uno

    suponiendo recargas externas (esto es de una captacin conectada a la pendiente) y otro sobre la

    precipitacin directa sobre la superficie de la pendiente. Las presiones de poros en la parte

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    56/169

    superior de la pendiente son bastante diferentes, e influirn en cierta medida en el factor de

    seguridad obtenido del anlisis de estabilidad.

    En la siguiente figura se indica la diferencia en la presin de los poros en tres lugares de

    acuerdo al modelo de filtracin de la Figura 5.5 (b). La diferencia en los niveles en el mismo

    lugar no debe ser asumido para indicar la napa fretica.

    Figura 5.6.Niveles Piezomtricos de acuerdo con la red de flujo de la

    Figura 5.5 (b).

    5.6. Estado de Tensin en Suelos Residuales(Ko):

    No hay mucha informacin sobre el estado de tensin Ko en suelos residuales. Es posible

    hacer algunos comentarios basados en la intuicin y el entendimiento del proceso de degradacin.

    Generalmente, el proceso de degradacin esta acompaado por alguna prdida de material y

    alguna reduccin de la rigidez y la fuerza del material. El retiro de material tiende a revelar

    algunas tensiones bloqueadas en el suelo. Las tensiones verticales probablemente no son

    bloqueadas pero bien puede haber tensiones horizontales que han sido aumentadas por el proceso

    de deposicin y sobreconsolidacines que sean el resultado del retiro de carga vertical. En

    algunas situaciones el movimiento tectnico tambin puede haber creado altas tensiones

    horizontales. Los procesos de degradacin, probablemente reducen cualquier tensin horizontal y

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    57/169

    los mueven hacia el valor mnimo compatible con la fuerza del suelo. En otras palabras ellos

    tendern a moverse hacia el estado de presin activa de Rankine.

    Porotra parte, si el proceso de degradacin en el que participan la eliminacin de material

    de cementacin y la liberacin de los minerales de arcilla activa, la tendencia opuesta podra

    ocurrir. Los minerales de arcilla activos pueden tomar el agua y se hinchan, causando un aumentode la tensin horizontal.

    Vaughan y Kwan (1984) sugieren un mtodo de anlisis terico para investigar la posible

    influencia de la degradacin sobre la tensin horizontal. Ellos postulan una disminucin en la

    rigidez y la fuerza del material como progresos de la degradacin y analizan la influencia de esto

    sobre el estado de tensin, aprovechando principalmente o conceptos de la teora elstica. En el

    resumen esto sugiere que la influencia de la tensin horizontal inicial en la roca parental

    desaparece bastante temprano en el proceso de degradacin y el estado de tensin tiende hacia "el

    reposo" Ko el valor dado segn la teora elstica, es decir, de acuerdo a la siguiente relacin:

    1K o donde es la relacin de Poisson.

    Como la relacin de Poisson probablemente es bastante baja, sobre todo en el material

    dbilmente enlazado, pueden esperar un valor bajo de tensin horizontal.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    58/169

    CAPTULO 6CARACTERSTICAS GEOTCNICAS DE

    SUELOS RESIDUALES

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    59/169

    6.1 Algunos comentarios generales sobre la medida y la determinacin de caractersticas.

    6.1.1 Dificultad de tomar muestras inalteradas:

    Tomar las muestras inalteradas convencionales usando tubos de paredes delgadas en

    perforaciones puede ser muy sencillo, pero tambin puede ser virtualmente imposible. Los

    depsitos homogneos firmes como las arcillas volcnicas se muestrean fcilmente usando lostubos en perforaciones, pero otros materiales tales como granitos degradados que contengan los

    cantos rodados clasificados como grava de roca fresca pueden ser excesivamente difciles de

    muestrear. Los tubos para muestrear no podrn penetrar tales materiales y se pueden daar

    durante intentos de empujarlas en los materiales. El uso de barriles sofisticados en manos de los

    perforadores expertos puede permitir obtener muestras de la calidad con un mnimo de

    perturbacin. Sin embargo, la presencia de roca no degradada en ellas puede significar que

    todava no sea posible llevar a cabo pruebas de laboratorio apropiadas para medir las

    caractersticas mas representativas del suelo. Por esta razn, a menudo es necesario recurrir a

    otros medios para medir las caractersticas del suelo, tales como muestreo en bloque, pruebas in

    situ.

    6.1.2 Ventajasdel muestreo en bloque:

    Las muestras en bloque tienen ventajas enormes sobre las muestras tomadas en tubos,

    aunque tambin tienen algunas limitaciones bastante severas. Sus ventajas son:

    (a) Pueden ser obtenidos con un mnimo de perturbaciones.

    (b) Pueden ser mucho ms grandes que las muestras de tubos.(c) Su localizacin puede ser seleccionada cuidadosamente despus de una inspeccin visual del

    sitio, para asegurarse de que estn siendo obtenidas del material correcto.

    Ellos tienen la desventaja de la dificultad del acceso para tomar tales muestras, excepto

    cerca de la superficie. Solamente cuando un excavador mecnico est disponible o una

    excavacin ha sido hecha para una carretera o un emplazamiento de la obra, es posible conseguir

    el acceso a las capas profundas del suelo. Sin embargo, es frecuente que el suelo mas cercano a la

    superficie sea el de mayor inters. Entonces el difcil acceso puede no ser un problema.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    60/169

    Figura 6.1.Ajuste y Transporte de muestras en bloque.

    En el muestreo en bloque de suelos residuales se hace normalmente un ajuste a mano en el

    suelo para formar un bloque cbico de dimensiones laterales lo mas cercano a los 30cm. Un

    bloque de este tamao pesar cerca de 40 kilogramos as que es importante tener algn medio

    para llevarlo, desde el sitio de donde se obtiene la muestra, al vehculo que lo transportar. La

    figura 6.1 explica una muestra en bloque lista para ser extrada y un tabln de madera adecuado

    para transportarla.

    Para evitar que el suelo se seque fuera, es muy importante tener listo un plstico o pao

    que envuelva en forma hermtica la muestra, esto ayudar a evitar que se caiga y tambinpreviene que se seque. Es buena prctica colocar la muestra en una caja correctamente preparada,

    poner el material de embalaje alrededor de ella para protegerla y sostenerla. Una vez que la

    muestra est de vuelta en el laboratorio debera estar mas protegida de secarse afuera

    envolvindola en trapos hmedos sobre la punta de la envoltura plstica y luego aplicarla adems

    de una capa de papel plstico.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    61/169

    Figura 6.2.Resultados de las muestras en bloque y de tubo, mostrando la influencia de la

    perturbacin de la muestra.

    La figura 6.2 ilustra la diferencia del comportamiento en pruebas de laboratorio entre lasmuestras en bloque ajustadas a mano y las tomadas en tubos. La Figura 6.2 (a) arroja resultados

    de pruebas triaxiales en una arcilla noruega sensible, mientras que en la figura 6.2 (b) se

    muestran resultados de pruebas de edmetro de un suelo residual de Auckland derivado de la

    degradacin de una formacin de arenisca/barro. Es evidente que las muestras de tubo se vuelven

    ms "plsticas" como consecuencia del procedimiento de muestreo. Con algunos suelos es

    conveniente tomar muestras en bloques cilndricos de acero o de cobre grandes. stos se pueden

    hacer con un filo agudo en un extremo y empujar en el suelo mientras que el suelo se corta amano delante del filo del cilindro.

  • 8/10/2019 Suelos Residuales en Ingeniera Geotcnica

    62/169

    6.1.3 Prueba In Situ:

    Las pruebas in situ generalmente son parte de las investigaciones de cualquier suelo,

    incluyendo suelos residuales. Los siguientes puntos se deben tener presente al llevar a cabo las

    pruebas in situ, especialmente la prueba del cono de penetracin en suelos residuales.

    1) La presencia de los pedazos de reliquia de la roca parental dentro del perfil del suelo puedesignificar que los dispositivos tales como el penetrmetro estndar del cono (CPT) pueden no

    poder penetrar ms all de estas obstrucciones.

    2) La permeabilidad relativamente alta de algunos suelos residuales puede significar que suponer

    un comportamiento no drenado durante el ensayo no sea siempre vlido. En particular, las

    cenizas volcnicas son arcillas de alta permeabilidad en su estado no imperturbado de manera que

    el drenaje puede ocurrir mientras que el ensayo se realiza.

    3) Algunos "suelos residuales" se componen de una proporcin grande de partculas gruesas; sin

    embargo estas partculas pueden ser altamente degradadas y relativamente dbiles. En algunos

    casos se analizan fcilmente a mano. La extremidad de un penetrmetro puede moler estas

    partculas cuando penetra, dando valores relativamente bajos de la resistencia del cono.

    4) Un ejemplo especial de un material granuloso suave es la arena de la piedra pmez (no

    realmente un suelo residual), que consiste en granos comprimibles, con el resultado de que los

    valores de la resistencia de cono son bastante bajos y no indican la verdadera densidad de la

    arena.

    5) La tensin histrica y el coefici