meteorizacion y suelos residuales

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257 Capítulo 12 METEORIZACIÓN Y SUELOS 1. ORIGEN Y CLASIFICACIÓN 1. 1. METEORIZACIÓ Y SUELOS RESIDUALES 1.1.1 GEERALIDADES En la tierra actúan simultáneamente dos tipos de procesos: los procesos endógenos: diastrofismo 129 y vulcanismo 130 , los cuales intervienen desde el interior de la tierra creando relieve. Por otra parte a través de los procesos exógenos que integran la Gradación, se trata de nivelar o allanar el relieve de la tierra. Estos procesos comprenden la meteorización, la erosión y la remoción en masa. El relieve que se observa en la tierra constituye entonces el resultado del trabajo conjunto y antagónico de fuerzas que crean relieve y fuerzas quo lo modelan. Debido a la meteorización las primeras rocas que se formaron por endurecimiento de la corteza primitiva, (primeras rocas de origen magmático), se desintegraron y se descompusieron al quedar en contacto con la atmósfera. Los materiales sueltos y débiles que resultaron de este proceso dieron origen a otros tipos de rocas y diferentes tipos de suelos. La meteorización comprende entonces un conjunto de procesos a través de los cuales las rocas liberadas de los esfuerzos de confinamiento natural por denudación, o expuestas a la acción de los agentes atmosféricos, principalmente la lluvia y la temperatura y los gases (oxígeno, anhídrido carbónico y vapor de agua), con la contribución de la materia orgánica, se desintegran o se descomponen. A los productos de la descomposición de las rocas que yacen sobre su roca parental se les conoce como suelos residuales. Los suelos residuales están conformados por un conjunto de niveles llamados horizontes de meteorización, lo cuales tienen características diferentes. La composición varía según el horizonte y la textura es en esencia saprolítica, con preservación de la estructura original de la roca parental (textura heredada o relicta). Tanto la composición como la textura definen el comportamiento de los diferentes horizontes del suelo residual e ingeniería. Por otra parte la desintegración y descomposición de las rocas forma un manto suelto e inconsolidado llamado por algunos regolito. 129 Diastrofismo: conjunto de procesos mediante los cuales se deforme la corteza terrestre debido a fuerzas tectónicas. De estas firerzasunas son predominantemente horizontales (orogenéticas); otras predominantemente verticales: (orogenéticas) 130 Vulcanismo: como resultado de la actividad de los volcanes se originan montañas de ese origen

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Capítulo 12 METEORIZACIÓN Y SUELOS

1. ORIGEN Y CLASIFICACIÓN

1. 1. METEORIZACIÓ� Y SUELOS RESIDUALES 1.1.1 GE�ERALIDADES En la tierra actúan simultáneamente dos tipos de procesos: los procesos endógenos: diastrofismo

129 y vulcanismo

130, los cuales intervienen desde el interior de la tierra creando relieve. Por otra parte a través de los procesos exógenos que integran la Gradación, se trata de nivelar o allanar el relieve de la tierra. Estos procesos comprenden la meteorización, la erosión y la remoción en masa. El relieve que se observa en la tierra constituye entonces el resultado del trabajo conjunto y antagónico de fuerzas que crean relieve y fuerzas quo lo modelan. Debido a la meteorización las primeras rocas que se formaron por endurecimiento de la corteza primitiva, (primeras rocas de origen magmático), se desintegraron y se descompusieron al quedar en contacto con la atmósfera. Los materiales sueltos y débiles que resultaron de este proceso dieron origen a otros tipos de rocas y diferentes tipos de suelos. La meteorización comprende entonces un conjunto de procesos a través de los cuales las rocas liberadas de los esfuerzos de confinamiento natural por denudación, o expuestas a la acción de los agentes atmosféricos, principalmente la lluvia y la temperatura y los gases (oxígeno, anhídrido carbónico y vapor de agua), con la contribución de la materia orgánica, se desintegran o se descomponen. A los productos de la descomposición de las rocas que yacen sobre su roca parental se les conoce como suelos residuales. Los suelos residuales están conformados por un conjunto de niveles llamados horizontes de meteorización, lo cuales tienen características diferentes. La composición varía según el horizonte y la textura es en esencia saprolítica, con preservación de la estructura original de la roca parental (textura heredada o relicta). Tanto la composición como la textura definen el comportamiento de los diferentes horizontes del suelo residual e ingeniería. Por otra parte la desintegración y descomposición de las rocas forma un manto suelto e inconsolidado llamado por algunos regolito.

129 Diastrofismo: conjunto de procesos mediante los cuales se deforme la corteza terrestre debido a fuerzas tectónicas. De estas firerzasunas son predominantemente horizontales (orogenéticas); otras predominantemente verticales: (orogenéticas) 130 Vulcanismo: como resultado de la actividad de los volcanes se originan montañas de ese origen

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Los productos de este manto son transportados por el agua, el viento o el hielo, para formar suelos transportados y si son transpuestos por gravedad, se forman depósitos de gravedad como coluviones o talus. Las cenizas y otros suelos debidos a actividad volcánica explosiva se les puede considerar suelos transportados por el viento. El comportamiento de los suelos en ingeniería depende de características impresas a través de estos procesos: los suelos residuales (mezclas de roca, saprolito y suelo) forman horizontes donde se preserva algo de la estructura y otras características de la roca parental. Los suelos transportados presentan características diferentes según el tipo de agente de trasporte que los haya formado: si son aluviales (transportados y depositados por el agua), las partículas que los conforman se seleccionan por tamaños y la mayoría de las veces forman capas con características diferentes; si son eólicos (trasportados y depositados por el viento), son de tamaño arena (dunas) o tamaño limo con algo de arcilla (loess); y si son glaciales (trasportados y depositados por el hielo) son muy heterogéneos. Los depósitos de gravedad por su parte, conforman masas heterogéneas de bloques roca y suelo, sin selección alguna. 1.1.2 METEORIZACIÓ� FÍSICA En la meteorización física las rocas se desintegran mecánicamente sin cambios en la composición mineral. Expansión y contracción térmica Por calentamiento y enfriamiento cíclico repentino, (calor de sol y frío de la noche y otras circunstancias), los minerales de muchas rocas se expanden y contraen diferencialmente dando lugar a la desintegración mecánica de las rocas, debido a que los coeficientes de dilatación y contracción cúbica de los minerales difiere mucho de un mineral a otro. Este proceso es común en los desiertos donde las rocas están desnudas y la temperatura puede superar los 85°C con fluctuaciones medias de 50°C. En Colombia este fenómeno se ha observado en regiones como Pescadero (Santander), en el cañon del río Chicamocha. Allí en horas de la noche, se escuchan chasquidos de las rocas cristalinas que se desprenden de los macizos. Alivio por descarga Muchas rocas expuestas en superficie estuvieron sepultadas en el pasado a más de 20.000 metros de profundidad y quedaron expuestas en los valles por denudación. Debido a estos procesos la presión de confinamiento disminuye y las rocas sufren agrietamientos de tensión en respuesta al alivio por descarga. Por este mecanismo se originan las diaclasas de relajación que se observan expuestas en cortes altos de carretera, con mucha frecuencia en taludes que exponen filitas, granitos y otras rocas cristalinas. Estas diaclasas son abiertas y muy juntas y se aprecian en la cara de las laderas más pendientes, especialmente cuando quedan expuestas en cortes de carreteras. En estos sitios afectan un espesor variable de aproximadamente 15 a 20 metros, y

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constituyen la casa principal de desprendimientos, deslizamientos de cuñas y separación de lozas de roca. En las masas graníticas aliviadas de carga por denudación la a la vez que se alivian de carga se expanden diferencialmente, debido a que la parte mas expuestas se decompone y al descomponerse se incrementa el volumen. Es decir que la roca de superficie, mas expuesta a la descomposición, se expande y se separa de la sana; de esta manera terminar por exfoliarse como una cebolla. A nivel regional en una zona de granito sujeto a este proceso se forman colinas redondeadas conocidas como domos de exfoliación. El mismo fenómeno se presenta en los bloques individuales de granito en un proceso conocido como meteorización esferoidal. En este caso se forman grandes bolas de roca que al separarse original depósitos de esas bolas conocidos en Antioquia como organales. Estos depósitos plantean problemas espaciales en cimentaciones y excavaciones para obras de ingeniería. Desintegración por Hidro-fracturación Al congelarse el agua que penetra en las fracturas, fisuras y aun poros de las rocas a 0°C, el volumen se incrementan en un 9%, originando presiones de expansión de aproximadamente 200 Mpa, muy superiores a la resistencia de las rocas a la tensión. Como consecuencia las rocas se fracturan dando lugar a grandes bloques angulares. Este tipo de desintegración mecánica es muy efectivo pero solo opera en altas montañas donde la temperatura oscila alrededor del punto de congelación. Acción de plantas y organismos Las raíces de los árboles penetran en las rocas a través de fisuras y grietas y como consecuencia de su crecimiento en grosor y longitud agrandan las grietas donde penetran y crean nuevas fracturas, aflojando las rocas. Un papel similar desempeñan los pequeños roedores y los gusanos que penetran en las rocas aflojando aun más los fragmentos sueltos a expensas de otros mecanismos. Humedecimiento-secado cíclico Las lutitas en general se fisuran y deslíen por cambios cíclicos de humedecimiento-secado provocados por lluvia e insolación alternos. Al humedecerse estos materiales se hinchan y posteriormente por desecación se contraen y agrietan. Por cambios sucesivos debidos a lluvia y desecación las fisuras se propagan cada vez más profundamente en los macizos de lutitas, principalmente de la variedad llamada shale. 1.1.3 METEORIZACIÓ� QUÍMICA Este proceso comprende la descomposición de las rocas con formación de nuevos minerales, más livianos y débiles que los minerales originales. A) Factores En la Tabla I se mencionan los factores comunes del clima, la vegetación, la morfología .y la roca misma, que favorecen la descomposición.

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En regiones trópicales el efecto combinado del clima y la biota favorece enormemente la formación de suelos residuales bien desarrollados y espesos. En las zonas montañosas de la tierra, especialmente las afectadas tectónicamente en el presente, la meteorización es inhibida por la tasa alta de denudación. Dentro de los procesos de meteorización física el de alivio por descarga es el de mayor interés debido a que afecta las laderas rocosas más abruptas donde se realizan excavaciones de carreteras, trabajos de minería y otras excavaciones. La estabilidad de muchos túneles viales con escasa cobertura lateral puede verse amenazada por la presencia de diaclasas de relajación en la sección de excavación. B) Procesos Oxidación Las rocas que contienen minerales ricos en hierro como olivino, augita, horblenda y biotita, son atacados por el agua portadora de oxígeno en solución, dando lugar a minerales como la Hematina, Fe2 O3 (color rojizo en las rocas) En presencia de agua la oxidación de los minerales ricos en hierro da lugar a la Limonita o Goetita FeO(OH) que es un óxido de hierro hidratado de color amarillento. En una reacción interesante, la pirita se oxida en presencia de agua y forma limonita con radicales sulfato y de átomos de Hidrógeno: . 2FeS2 +15/2 O2 + 4H2O 4 SO4

- - + Fe2 03 nH2O + 8H ++

La oxidación de la pirita relaja calor y puede producir combustión espontánea en escombros de minería. Se forma ácido sulfúrico.

SO4 - - + 2H+ H2 SO4

El ácido en solución en el agua disuelve la limonita así que los escombros de minería poseen soluciones de hierro en ácidos sulfúrico que desbastan peces. Se detecta por el piso amarillento en los canales de desagüe. Lo mejor es sellar las minas para evitar el acceso del oxigeno. Hidratación Mediante esta se adiciona agua a la estructura molecular de un mineral como en el caso del Sulfato de Calcio o Anhidrita Ca SO4 que al incorporar agua se convierte en yeso: Ca SO4.2H2O Se trata de una reacción extremadamente lenta. La hidratación conlleva incremento de volumen.

CaSO4 . 2H2 O CaSO4 + 2H2 O (revesible) Yeso anhidrita

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Tabla I FACTORES QUE CONTROLAN LA METEORIZACIÓN QUÍMICA Factores

Agentes

Efectos

Climáticos

Temperatura Humedad

Las reacciones químicas son endotérmicas y por cada 10°C de incremento en la temperatura, la velocidad de las reacciones químicas se duplica y aún se triplica (regla de .Van´t Hoff´s) El agua es el agente mayor, por cuanto disuelve las rocas y evacua las sustancias disueltas en el proceso de drenaje.

Bióticos .

Plantas

La cobertura vegetal protege el suelo ya formado de la erosión y en zonas tropicales produce abundante materia orgánica que moviliza el hierro en el proceso de chelation.

Geomorfológicos y topográficos

Edad del relieve El relieve mismo

En regiones jóvenes de la tierra como los Andes Suramericanos, aunque la velocidad de la meteorización es muy alta, la denudación es muy agresiva e impide el desarrollo de los suelos residuales en las regiones más agrestes. Por otra parte el relieve controla el drenaje, es decir, el movimiento del agua a través del subsuelo y en superficie. Si hay un buen drenaje, el agua percola el subsuelo a través de las fracturas de las rocas permitiendo el contacto con los agentes atmosféricos que producen la descomposición. Los suelos residuales no se desarrollan bien en zonas con altos gradientes donde la denudación es muy fuerte, ni en zonas de topografía muy suave o plana donde el drenaje es muy pobre. Por otra parte si el relieve es fuerte las laderas se relajan con más facilidad favoreciendo el alivio de esfuerzos y el fracturamiento inicial de las rocas.

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Factores geológicos

Tipo de roca

Las rocas cristalinas (ígneas y metamórficas) son más susceptibles a la descomposición que las rocas sedimentarias, las cuales al fin y al cabo están constituidas por minerales que son en su mayoría productos de descomposición. Un caso especial lo constituyen las calizas que se disuelven y forman cavidades de muchos tipos en el subsuelo. De las rocas cristalinas aquellas con abundantes minerales ferromagnesianos, ricos en calcio, hierro y magnesio, como los Basaltos y los Gabros, son más susceptibles que la que poseen minerales ricos en sílice, Sodio y Potasio, como los Granitos. El acceso del agua a las rocas es más fácil entre más fracturadas estén.

Factores cronológicos

El Ambiente tectónicos y el ambiente climático han cambiado en la tierra constantemente y en el estudio de suelos residuales es importante tener en cuenta que los suelos de hoy pudieron ser originados en otras condiciones ambientales.

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Hidrólisis Se trata del proceso más importante de descomposición de las rocas en climas tropicales. El agua, en forma ionizada (H+ OH-), muy activa químicamente, ataca minerales como los feldespatos y otros silicatos disolviéndolos. Los iones de hidrógeno H+ reemplazan los cationes metálicos en la red cristalina y los iones OH- se combinan con estos cationes desplazados para formar carbonatos y bicarbonatos que son evacuados en disolución en el proceso de lixiviación (drenaje). El carácter de los productos resultantes depende del ambiente de meteorización, en particular de la facilidad con que son removidos los cationes, en virtud de la efectividad del drenaje y del índice de acidez pH del agua, que en regiones tropicales oscila entre 5 y 7 aproximadamente. Con base en varios estudios se propone el grado de movilidad siguiente: (1) Mayor movilidad Ca ++ Na + Mg ++ K + (2) Movilidad media K+ Mg++ Si++++ Fe ++ (ferroso) (3) Movilidad mínima Fe +++ (férrico) Al+++ El Calcio y el Sodio se movilizan muy fácilmente en tanto que el magnesio y el potasio pueden llegar a quedar en el sitio formando nuevos minerales. Por su parte la Sílica se moviliza muy poco independientemente del pH.del agua. La movilidad del Hierro y el Aluminio es de mucha importancia y se ha investigado experimentalmente. El Hierro en estado ferroso, se evacua con relativa facilidad pero lo más probable es que se combine con el oxígeno y pase al estado férrico. En este estado es muy difícil de evacuar. En el laboratorio solo ocurre con Ph menor de 3,5, poco común en ambientes de meteorización. La movilidad del Aluminio (Al2 O3) solo ocurre experimentalmente con Ph alrededor de 4 o cerca de 10, también poco frecuente en el ambiente real. En realidad los cationes de movilidad alta se evacuan con muy poco drenaje; los de movilidad intermedia permanecen un tiempo en solución aunque el drenaje sea abundante y se vuelven a depositar para formar nuevos minerales principalmente arcillosos del tipo ilita (potásica) y montmorillonita (K, Mg, Fe). Por su parte, en el Aluminio y el Hierro férrico permanecen en el sitio formando arcillas del tipo Caolinita (Al), el hidróxido de hierro Al (OH) 3 conocido como Gibsita y el hidóxido de hierro FeO (OH) llamado Goetita o Limonita. Es decir que en ambientes poco drenados se encuentra montmorillonita, acompañada por lo general de sericita y clorita, y en ambientes bien drenados, Caolinita acompañada de Goetita y Gibsita. La intensidad y profundidad de la descomposición es función de una mayor precipitación, mayor temperatura, mejor cobertura vegetal, buenas condiciones de drenaje, mayor susceptibilidad de las rocas a la descomposición y más prolongada estabilidad del relieve. En la región tropical se dan estas condiciones en las regiones

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tectónicamente tranquilas. En la zona de la región Andina tectónicamente activa, la formación de suelos residuales es inhibida debido a esta circunstancia y los suelos residuales se desarrollan muy poco donde la tasa de denudación es muy alta. El procesos de Hidrólisis afecta principalmente a los feldespatos de las rocas cristalinas como los granitos y otras rocas que posen estos minerales. Algunas reacciones que pueden darse en la naturaleza en desarrollo del proceso de hidrólisis son las siguientes: 4K Al Si3 O8 + 22 H2 O Al4 Si4O10 (OH)8+4K

+ + 8H4SiO4 + 4OH -

Feld. Potásico caolinita a. o 4Na Al Si3 O8 + 22 H2 O Al4 Si4O10 (OH)8+4Na

+ + 8H4SiO4 + 4OH -

Feld. Sódico caolinita a. o. Al2 Si2 O5 (OH) 4 + n H2 O Al2 O3 n H2 O + 2 Si O2 Caolinita bauxita (gibsita) Si bien la hidrólisis puede darse por el ataque de los iones de hidrógeno del agua en estado ionizado (H+ y OH-) y sustitución de los cationes metálicos como Ca, Na, K, Fe y Al, en los silicatos, esta sustitución es más efectiva por la presencia de iones de hidrógeno adicionales en la naturaleza, provenientes del H2 CO3 (ácido carbónico) que se forma por disolución de CO2 en el agua natural. Este ácido carbónico se ioniza ( H+ HCO3- ) y contribuye con más hidrógeno de sustitución. Tarbuck y Lutgens (1999) citan el caso de la reacción del granito, compuesto principalmente de cuarzo y feldespato potásico: 2 K Al Si3O8 + 2(H+ +HCO3-) + H20 Feldespato ácido carbónico agua Potásico Al2 Si2O5 (OH)4 + 2K+ +2HCO3 - 4 4SiO2 Caolinita iones: potasio y bicarbonato sílice Los iones de potasio sirven de alimento a las plantas o forman bicarbonato soluble que es lixiviado y evacuado por corrientes. Además de formarse caolinita (arcilla muy común en el ambiente tropical) como producto estable el agua subterránea extrae algo de sílice del feldespato, la cual se disuelve y precipita formando nódulos en los sedimentos o llega al océano donde se convierte en un material cementante o es alimento de minerales microscópicos que incorporan esa sílice en sus caparazones. También los granos de cuarzo (muy poco

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solubles) viajan al océano para formar los granos de las areniscas mientras que la caolinita puede hacer parte de las lutitas.

Chelation Se ha encontrado que en ambientes tropicales el hierro es evacuado por la acción de ácidos orgánicos producidos por las plantas. Estos ácidos principalmente húmico y félvico son producidos en el proceso de putrefacción de las plantas y tienen un marcado efecto en la solubilidad del hierro liberado en el proceso de meteorización. Carbonatación El anhídrido carbónico CO2 de la atmósfera se disuelve en el agua lluvia y forma un ácido débil llamado ácido carbónico (H2CO3) el cual reacciona con los carbonatos, principalmente el CO2 para formar bicarbonato en solución. Estos bicarbonatos son redepositados o arrastrados por las corrientes.

CO2 + H2 O = H2 CO3 (ácido carbónico)

CaCO3 + H2 CO3 = Ca++ + 2HCO3 (bicarbonato soluble). La calizas se disuelven fácilmente en zonas tropicales por estos procesos originando cavidades pequeñas y grandes, estas últimas llamada cavernas. En zonas donde existen cavernas el agua superficial se infiltra para formar cauces subterráneos. En proyectos de ingeniería es muy importante detectar la presencia en el subsuelo de tubos y cavernas de disolución que conforman un patrón de drenaje subsuperficial anómalo. Cuando se construyó el túnel de carga del proyecto Chivor II en Colombia, la presencia de este tipo de cavidades no se tubo en cuanta en el diseño. Al llenar el túnel, la presión del agua lavó estas cavidades y el agua comenzó a escaparse por la ladera. El túnel debió ser sometido a una costosa reparación. Y el agua escapada provocó grandes presiones en la base de depósitos de coluvión que cubren la roca provocando deslizamientos importante en el sitio de puente muros que afectaron la carretera a Santa María. Disolución Muchos minerales como la sal y el yeso se disuelven fácilmente en el agua. En la Tabla II se presenta en forma muy resumida los procesos y productos de descomposición más frecuentes

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Tabla II Algunos ejemplos de procesos y productos de descomposición PROCESOS

DESCRIPCIÓN

EJEMPLOS

Oxidación

Reacción del los minerales ricos en hierro con el oxígeno disuelto en el agua. El hiero ferroso de muchos silicatos ferromagnesianos se oxida y pasa al estado férrico dando lugar a óxidos e hidróxidos insolubles.

A partir de rocas ígneas básicas por ejemplo se forma Hematita, Limonita o Goetita y Gibsita

Hidratación

Adición reversible de agua a ciertos minerales

La Anhidrita CaSO4. H2O se tranforma en Yeso CaSO4.

Hidrólisis

Acción del agua en estado iónico sobre los silicatos para formar silicatos hidratados

Se forman las arcillas como la Caolinita (silicato hidratado de Aluminio) o la montmorillonita (silicato hidratado de K, Mg, Fe) y las micas hidratadas como la vermiculita, y la clorita.

Carbonatación

El Anhídrido carbónico se disuelve en el agua y forma ácido carbónico el cual reacciona con minerales ricos en Ca, Mg, Na y K

Mediante esta reacción se disuelven las calizas. Se forman tibos y cavernas de disolución en ambientes húmedos

Disolución

Ciertas substancias se disuelven fácilmente en presencia del agua.

La sal es solubles en agua

1.1.4 HORIZO�TES DEL SUELO RESIDUAL Como resultado de la descomposición de las rocas se forma una secuencia de horizontes cada uno de los cuales posee características físicas, químicas y mecánicas diferentes. El paso de un horizonte a otro es gradual y el comportamiento es característico para cada horizonte, dependiendo no solo del patrón estructural impuesto por las proporciones de roca sana, saprolito131 y suelo residual; sino también de la mineralogía desarrollada en cada horizonte.

131 Roca parcialmente descompuesta con consistencia de suelo pero apariencia de roca

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Según una antigua concepción agronómica, en el suelo residual se reconocen tres horizontes: HORIZONTE A, donde las partículas disueltas en el proceso de descomposición, son removidas por las aguas de percolación hacia la parte inferior del perfil (lixiviación). Se denomina Horizonte Eluvial y es generalmente poroso. En la parte superior de este horizonte se concentra la materia orgánica donde se desarrolla la vegetación. HORIZONTE B, en el cual se acumula el material eluviado de la parte superior (Horizonte Iluvial) ; se caracteriza por ser algo cementado como consecuencia del efecto aglutinante del hierro y el aluminio removido en estado de solución o suspensión desde el horizonte superior. Debajo se sitúa el HORIZONTE C, que corresponde a la Roca Madre, es decir, la roca parental. Basadas todas ellas en el concepto agronómico descrito. (Figura1) Con base en esta concepción agronómica, en geotecnia se reconocen 6 horizontes:

Horizonte VI Suelo Residual. (SR) Con nuevos minerales y sin vestigio de estructura heredada de la roca parental. Corresponde a los horizonte A y B agronómico s.

Horizonte V Roca Completamente Descompuesta. (RCD) Con nuevos minerales pero con vestigios de la estructura heredada. Por presentar vestigio de la roca parental se le llama Saprolito. (Saprofito Fino). Corresponde al horizonte C agronómico.

Horizonte IV Roca Altamente Descompuesta.(RAD) Parcialmente contiene minerales producto de la descomposición, saprolito (S. Grueso) y pequeños fragmento de roca.

Horizonte III Roca Moderadamente Descompuesta. RMD) Con alto porcentaje de rocas (boques algo entrabados mecánicamente), y algo de saprolito (Meteorización penetra algo los bloques) .

Horizonte II Roca Débilmente Descompuesta, (RDD) con 100% de roca fresca pero con oxidación en la cara de las diaclasas, debido a que éstas estan ligeramente abiertas y permiten el acceso al agua. Es cecir que los bloques están algo sueltos.

Horizonte I Roca fresca (.o descompuesta), (RF) con bloques perfectamente entrabados132.

Desde el punto de vista de ingeniería se deben destacar algunos puntos:

� Los 6 horizontes del perfil de meteorización raramente se desarrollan y en la práctica se debe establecer cuáles de ellos se presentan en los sitios en investigación. Las características de los horizontes y el grado de su desarrollo

132 Los bloques de roca no están necesariamente sanos; la roca puede estar muy fracturada o cizallada dentro de una zona de falla.

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dependen de la roca parental, el clima, la vegetación, la estabilidad del relieve y el tiempo de exposición de las rocas a los agentes de descomposición.

� No existen límites definidos entre un horizonte y otro sino una transición gradual.

� El comportamiento geotécnico de los horizontes (estabilidad de excavaciones y cimentaciones, erodabilidad, dificultad de excavar los materiales (manualmente, directamente con equipos pesados o con ayuda de explosivos) depende, tanto de las proporciones de roca, saprofito y suelo residual en cada horizonte como de la mineralogía, es decir que ambos aspectos deben ser investigados.

� El Horizonte VI por ejemplo no tiene estructura heredada y posee abundante arcilla y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. En los horizonte saprolíticos V y IV se presenta estructuras heredadas, es decir que las masas de roca presentan discontinuidades estructurales que deben ser analizadas. La mineralogía es diferente de la del horizonte VI. El horizonte III es de transición y de comportamiento algo complejo por esa razón. Los Horizontes I y II son muy semejantes pero las manchas de oxidación del horizonte II sugieren que la masa de roca posee diaclasas abiertas y en consecuencia esos bloques pueden estar algo flojos. Estos puede ser de interés para alguien que diseña un túnel.

En la Figura1 se muestra una idealización del perfil de meteorización y en la Tabla III se describen varios aspectos: los criterios de reconocimiento de los diferentes horizontes, con base en la perdida de agua en las perforaciones, y el comportamiento de cada horizonte respecto de estabilidad (excavaciones y fundaciones) y dificultad de excavar.

1.1.5 I�FLUE�CIA DE LA MI�ERALOGÍA Es claro que las proporciones de roca, saprolito y suelo tienen una influencia importante en la interacción puramente mecánica de estos componentes, ligada principalmente a su resistencia y anisotropía. Pero el ingeniero debe saber interpretar además, el comportamiento de los suelos residuales en cuanto a las propiedades mecánicas de los minerales mismos presentes en cada horizonte. La mineralogía controla en gran parte del tamaño, forma y propiedades físicas y químicas de los suelos y por tanto es decisiva para comprender su comportamiento. Los suelos en general contienen proporciones variables de minerales cristalinos arcillosos y no arcillosos, materiales arcillosos no cristalinos, materia orgánica y sales precipitadas.

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Figura 1 Horizontes del perfil de meteorización

Aunque los minerales arcillosos no son los más abundantes, tienen una influencia predominante en el comportamiento de muchos suelos presentes en taludes y cimentaciones, donde se presentan, aún en una pequeña proporción. SUELOS COHESIVOS Las arcillas integran un grupo de silicatos hidratados de aluminio, con algo de magnesio o hierro sustituyendo parcial o totalmente el aluminio, y con proporciones variables de sodio, potasio, calcio y magnesio en algunas ocasiones; en climas tropicales y subtropicales son producidas por descomposición de varios tipos de roca. Las partículas de arcilla son muy pequeñas (menores de 2 micras) y tienen forma laminada. Se clasifican como suelos cohesivos, debido a que su comportamiento depende fundamentalmente de la interacción físico-eléctrica entre las partículas. La superficie de estas partículas posee cargas negativas, suficientes para atraer las partículas adyacentes, junto con los electrolitos disueltos en la capa adsorbida133 La plasticidad de estos suelos y muchas propiedades relacionadas con la plasticidad, como la resistencia, la compresibilidad y la expansividad, varían con los contenidos de humedad del suelo y el tipo de electrolitos disueltos

133 Los electrolitos de sodio, potasio, magnesio, etc disueltos en el agua de los poros son atraídos hacia la superficie de las partículas minerales, de tal manera que el agua situada en la inmediata vecindad de cada partícula tiene propiedades distintas a las del agua normal, lo cual establece la diferencia entre agua absorbida y agua adsorbida.

Horizonte VI SR

Horizonte V RCD Horizonte IV RAD Horizonte III RMD Horizonte II RDD Horizonte I RF

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Tabla III Comportamiento geotécnico de los horizontes del perfil de meteorización

VI SUELO RESIDUAL Horizonte laterítico

No se reconoce fábrica relicta o heredada; a lo sumo algo de fábrica mineral. Retorno de agua turbia en la perforación, sin pérdida. Sin fábrica relicta

Incompetente como material de fundación e inestable en excavaciones, si no se provee protección. Las fallas de taludes son semejantes a las de otros suelos, es decir sin control estructural. Se puede excavar a mano.

V ROCA DESCOMPUESTA V ROCA COMPLETAMENTE DESCOMPUESTA Saprolito Fino

Con fábrica relicta Roca decolorada muy deleznable con fábrica relicta. Retorno de agua turbia en la perforación, con algo de pérdida. Sin recobro

Incompetente como fundación de grandes estructuras; cortes requieren protección vegetal. Las fallas de taludes son semi-controladas por la estructura heredada. También se puede excavar a mano sin dificultad.

V ROCA DESCOMPUESTA V ROCA ALTAMENTE DESCOMPUESTA

Con recobro, pero sin núcleos Roca decolorada; los fragmentos se pueden desmenuzar aún con la mano. Pueden recobrarse algunos núcleos de perforación. Pérdidas de agua de lavado. Recobro de núcleos < (30%-40%)

Las fallas de los taludes son controladas por la fábrica relicta o heredada. Se requiere parcialmente usar equipos pesados y explosivos en las excavaciones.

V ROCA DESCOMPUESTA V ROCA MODERADAMENTE DESCOMPUESTA

Recobro de núcleos > (30%-40%) Roca decolorada; los fragmentos no pueden romperse con la mano y los fragmentos presentan meteorización penetrativa. Se pierde casi toda el agua de lavado si no se usa lodo. Con meteorización penetrativa

Sirve como fundación de estructuras pequeñas y puede usarse para relleno semipermeable; su estabilidad en cortes depende de su actitud estructural. Requiere el uso de explosivos para excavarse.

V ROCA DESCOMPUESTA V ROCA DÉBILMENTE DESCOMPUESTA

Sin metorización penetrativa La roca es algo decolorada y presenta la apariencia de roca fresca, salvo que posee meteorización superficial en las diaclasas y fracturas Con oxidación superficial

Estable como fundación de grandes estructuras, las diaclasas abiertas y la posibilidad de que circule agua a presión por éstas, es desfavorables para la estabilidad de excavaciones. Requiere el uso de explosivos para excavarse.

ROCA FRESCA

Sin oxidaciónsuperficial o muy poca Roca parental sana

Estable como fundación; las fallas de taludes de corte están controladas estructuralmente. Requiere el uso de explosivos para excavarse

Tabla

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DESCRIPCIÓ� Y COMPORTAMIE�TO DEL PERFIL DE METEORIZACIÓ� SUELOS NO CHESIVOS Las propiedades de los suelos no cohesivos, como arenas, gravas y algunos limos, producidos generalmente por meteorización física, dependen más bien de la interacción física entre las partículas, expresada más que todo en su estado de densidad. Sus propiedades no cambian apreciablemente con el contenido de humedad. Cuando provienen de rocas ígneas estos suelos contienen el 60% de feldespatos, 17% de piroxeno de anfiboles, 12% de cuarzo, 4% de micas y el 8% restante de otros minerales. También abundan entre los suelos no cohesivos la calcita y la dolomita en forma de precipitados, en solución o en caparazones y conchas de origen orgánico. Las gravas están constituidas esencialmente por fragmentos de roca, en tanto que el cuarzo y el feldespato son los minerales más abundantes en las arenas. 1.1.6 MI�ERALES ARCILLOSOS Y OTROS SIMILARES

1.1.6.1 GE�ERALIDADES Los minerales arcillosos pertenecen a la familia de los filosilicatos, junto con otros minerales como serpentina, vermiculita, talco, clorita y sericita. Las arcillas están constituidas por pequeñas láminas o escamas con fuerte carga negativa en superficie, lo cual controla el intercambio de cationes dentro de la capa adsorbida. Esta circunstancia y el contenido de humedad de las arcillas hace que la plasticidad en los suelos cohesivos la plasticidad varía de una manera apreciable y con ello sus propiedades de expansividad, resistencia al corte, comprensibilidad y conductibilidad hidráulica.

Las dos unidades estructurales en los filosilicatos son los tetraedros de Silica y los octaedros de Alúmina (Figura 3). La diferente manera como se enlazan fisica y químicamente estas unidades estructurales para formar láminas y conjuntos de láminas, determina el tipo de arcilla y su comportamiento. Varias unidades tetraédricas conforman una Lámina de Silicala ( Si4 O10) 4

- en la cual, 3 de 4 oxígenos de cada tetraedro son compartidos para formar una red hexagonal. Las bases de los tetraedros están todas en el mismo plano y sus puntas se orientan en la misma dirección; su carga negativa puede ser neutralizada por el reemplazo de 4 oxígenos por hidróxilos o por la unión con láminas de diferentes composición con carga positiva. A su vez varias unidades octaédricas se combinan para formar Laminas de Gibsita. Al4 O10(OH)12 o Láminas con Brucita Mg (OH) 6 . En esta lámina el magnesio o el aluminio se combinan con oxígeno o hidroxilo, o en algunos casos otros cationes como el hierro y el manganeso pueden remplazar el aluminio (Bibsita) o el Magnesio (Brucita). Las láminas de sílica y Alúmina se combinan de diferente naturaleza para formar distintos tipos de arcillas u otros silicatos hidratados laminados (Filosilicatos).

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Figura 3. Unidades estructurales 1.1.6.2 CAOLI�A – SERPE�TI�A Los diagramas de la Figura 4 muestran esquemáticamente la estructura de la arcilla del grupo Caolinita, un silicato hidratado de Aluminio y de Serpentina, otro mineral de alteración rico en magnesio; en la Figura 5 la correspondiente estructura mostrando la distribución de la silice, el oxígeno, los hidroxilos y el aluminio en la red cristalina. Si la capa octaédrica contiene aluminio (Gibsita), se origina Caolinita y si contiene magnesio (Brucita), se forma Serpentina. En la Figura 6 se presenta una microfotografía de la caolinita.

Figura 4. Esquema de la estructura de la caolinita y de la serpentina

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Figura 5. Diagrama de la estructura de la Caolinita

Figura 6. Microfotografía de la caolinita

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En la Caolinita un conjunto de dos láminas: una de sílica y una de alúmina forman una capita 1:1 la cual se enlaza con capitas vecinas con Hidrógeno, constituyéndose así una unión relativamente fuerte y estable. Existen dos variedades importes de Caolinita: la Halosita (forma hidratada) donde las capitas de Silica-alúmina están unidas por 4 moléculas de agua y la Metahalosita (Forma no hidratada) que solo contiene 2 moléculas de agua. Estas variedades de caolinita abundantes en ambientes tropicales, son particularmente problemáticas debido a su baja densidad (debida a su estructura tubular) y a que al pasar de la forma hidratada a no hidratada, se inducen cambios drásticos en el comportamiento en taludes y rellenos. En las Figuras 7 y 8 se presentan la estructura de la haloisita y la correspondiente microfotografía. � Las arcillas de este grupo son sensibles a la erosión pero relativamente estables en

fundaciones debido a su baja expansividad. � La variedad Haloisita es problemática en los rellenos debido a su baja densidad y

alto contenido de agua y en los taludes debido a su pérdida de resistencia cuando por efecto de remoldeo se reduce drásticamente su resistencia.

� Este tipo de suelo abunda principalmente en la Cordillera Central de nuestro país, como producto de la descomposición de granodioritas, cuarzodioritas y rocas semejantes, propias de zonas de batolitos como el Batolito Antioqueño. � Las Haloisitas en particular abundan en la misma Cordillera Central, como

producto de descomposición de las cenizas volcánicas. � La Serpentina es un mineral magnesiano, laminar, de color verde semejante a la

clorita, producido por descomposición de rocas ricas en magnesio como los basaltos y diabasas. Se trata de un mineral inestable.

Figura 7. Esquema de la estructura de la haloisita hidratada y de la haloisita no hidratada

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Figura 8. Microfotografía de la haloisita 1.1.6.3 ESMECITA: MO�TMORILLO�ITA-SAPO�ITA (ESTEATITA) Este grupo de arcillas (Figura 9 y 10), corresponde a silicatos hidratados de Aluminio, con proporciones variables de hierro, magnesio, calcio y otros cationes que pueden sustituir al aluminio. Estructuralmente (Figura 11) una lámina de Gibsita se intercala entre dos láminas de Silica (estructura 2:1) para formar capitas de tres láminas. En las láminas de Gibsita el Aluminio 3+ puede estar sustituído por Magnesio 2+ o hierro 2+ . De esta sustitución resulta una gran carga negativa que atrae agua y cationes metálicos de Mg y Fe entre las láminas, formando un enlace débil e inestable. � Por esta razón estas arcillas son retracto-expansivas � Debido a su baja permeabilidad son erodables. � Es menos escasa de lo que se piensa en nuestro país. Se forman principalmente por

descomposición de rocas básicas en ambientes con escaso drenaje. Abundan en la Costa Atlántica y en el interior del país, en ambientes con balance hídrico negativo, es decir, mayor evaporación potencial que precipitación.

1.1.6.4 ILITA – VERMICULITA En la arcilla Ilita, para algunos más bien una mica hidratada, se presenta una estructura semejante a la de la montmorillonita solo que alguna Silice 4+ es sustituida por Al3+ lo cual provoca adherencia de K+ entre las láminas, dando lugar a una unión estable (Figura 12, 13 y 14). � Se forman principalmente por descomposición de feldespatos y abunda en muchas

rocas metamórficas y lutitas.

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La Vermiculita, es una mica hidratada formada principalmente por alteración hidrotermal de la biotita, a la cual se asemeja. � Es algo expansiva y muy inestable en taludes y cimentaciones.

Figura 9. Esquema de la estructura de la montmorillonita

Figura 10. Microfotografía de la montmorillonita

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Figura 11. Diagrama de la estructura de la Montmorillonita

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Figura 12. Esquema de la estructura de la Ilita y de la vermiculita

Figura 13. Microfotografía de la ilita

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Figura 14. Diagrama de la estructura de la Ilita 1.1.6.5 OTROS MI�ERALES Clorita Esta hidromica, rica en Hierro y Magnesio, es el producto de descomposición de las micas o resulta de alteración hidrotermal de rocas graníticas (Figura 15) Sericita (Variedad de moscovita)

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Figura 15. Esquema de la estructura de la clorita Talco Mineral secundario producto de alteración de rocas ígneas máficas y ultramáficas como gabro o peridorita. 1.1.7 SUELOS TROPICALES 1.1.7.1 GE�ERALIDADES En un clima tropical la descomposición es intensa y el suelo residual se desarrolla hasta una gran profundidad. Con abundante lluvia, alta temperatura, buen drenaje y relieve estable, abundan las arcillas del grupo de la caolinita, los óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio; goetita, hematita y gibsita y arcillas especiales, no cristalinas provenientes de suelos volcánicos jóvenes, conocidas como alofanas. Según las condiciones climáticas del sitio y la profundidad en el subsuelo, en la zona tropical se reconocen diferentes tipos de suelos, entre otros los siguiente:

1. Suelos saprolíticos 2. Suelos Lateríticos 3. Suelos Andosoles 4. Suelos expansivos 5. Suelos colapsibles

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1.1.7.2 SUELOS SAPROLÍTICOS Estos suelos corresponden a los horizontes V (saprofito fino) y IV (saprofito grueso) del perfil de meteorización, bien desarrolados en rocas plutónicas ácidas (granitos y granodioritas principalmente) de regiones tropicales húmedas. Estos suelos y el resto de suelos residuales plantean algunas dificultades para su caracterización en ingeniería: (1) En el tamizado de estos suelos se corre el riesgo de destruir su estructura original; (2) Es difícil aplicar los límites de Atterberg, puesto que la porción que pasa el tamiz 40 (que separa el suelo de la fracción fina del suelo de la fracción gruesa) es por lo general muy pequeña y por lo general no es representativa del comportamiento total del suelo. Otros problemas de caracterización se comentan adelante al tratar los suelos lateríticos y los andosoles, los cuales en parte son saprolíticos. . En Colombia los suelos saprolíticos abundan en la cordillera Central y el macizo Colombiano asociados a los cuerpos plutónicos como el Batolito Antioqueño, el Batolito de Sonsón y los cuerpos plutónicos de las macizos de Ibagué y Garzón. 1.1.7.3 SUELOS LATERITICOS El término Laterita se usó originalmente (Buchana ,1807), para designar suelos rojizos que se endurecen irreversiblemente al quedar expuestos al aire. Recientemente, en Francia (Duchaufour. 1982) desarrolló una clasifiación para suelos tropicales y subtropicales, que considera 3 fases en la formación de suelos rojizos, según la intensidad de meteorización en ambientes tropicales. (Tabla IV) FASE

TIPO DE SUELO

ZONA

T. Anual (ºC)

P (mm/a)

ESTACIÓN SECA

1

Fersialítico

Mediterránea, subtropical

13-20

500-1000

2

Ferrisoles ferruginosos (transicional)

Subtropical

20-25

1000-1500

Algunas veces

3

Ferralítico

Tropical

>25

>1500

No

�ota: Las fases 2 y 3, corresponden a laterita joven y madura, respectivamente. Tabla IV Esquema de los horizontes superiores del perfil de meteorización y fases del suelo residual en varios ambientes climáticos.

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En la Figura 16 se muestran los tipos de suelos que pueden encontrarse en un perfil de meteorización, según se incrementan la precipitación y el grado de meteorización. Así por ejemplo a partir de las micas; moscovita y biotita, se forman primero clorita y vermiculita, con meteorización débil; con mayor lavado la vermiculita se transforma en motmorillonita y ésta en caolinita, goetita y gibsita, a medida que se incrementa el lavado y por tanto el grado de meteorización. Obsérvese también como las arcillas y los óxidos provienen de manera similar, del feldespato potásico, el fesdespato Na-Ca y los minerales ferromagnesianos. En general en el ambiente tropical, según se incrementa el grado de meteorización se disuelve mayor cantidad de sílice y se forman diferentes tipos de arcilla, óxidos e hidróxidos. Inicialmente el feldespato se transforma en caolinita, hierro hidratado (goetita) e hidróxido de aluminio (Gibsita); el cuarzo y la moscovita no se alteran o muy poco. Cuando la descomposición continúa, decrece el contenido de caolinita, en tanto que la Goetita y Gibsita se alteran a Hematita (Fe2 O3), Boemita), Al2O3.H2 O), respectivamente, originándose así el color rojo característico de estos suelos en el trópico. Cuando se desecan estos suelos se endurecen debido a la acción cementante de los óxidos e hidróxidos. La variedad más alterada es la Ferralítica y la menos alterada la Fersialítica. Así que en un ambiente tropical, en el horizonte superior del suelo, puedo encontrar suelo ferralítico, acompañado de caolinita y a una cierta profundidad aparecerá el suelo fersialítico con montmorillonita. Estos cambios se reflejan en comportamientos diferentes en ingeniería. Los suelos ferruginosos o lateritas jóvenes tienen una plasticidad comprable a la de la caolinita. Mientras que los suelos ferralíticos o lateritas maduras, con mayor efecto aglutinante de los óxidos de hierro y aluminio y menos caolinita, son menos plásticos. Los método tradicionales de clasificación de suelos basados en granulometría y gradación no permiten predecir el comportamiento de estos suelos en ingeniería. En la determinación de las propiedades índice se presentan algunas dificultades: (1) la determinación de la distribución granulométrica es de limitada utilidad en suelos lateríticos debido a debido a que depende del grado de secado y del tratamiento del suelo antes y durante el ensayo. (2) Los métodos de preparación de la muestra y procedimientos de laboratorio, pueden influir e manera muy significativa en la determinación de las características de compactación de los suelos lateríticos, dependiendo por ejemplo de la manera como se seque la muestra (estado natural, secada al aire o secada al horno), con valores muy diferentes de la densidad máxima y de la humedad óptima. 1.1.7.4 A�DOSOLES Los Andosoles son suelos jóvenes de grano fino derivados de la descomposición de cenizas volcánicas recientes (Edades de 500 a 1500 años) Su nombre significa: suelos oscuros (FAO-UNESCO, 1974); También se les llama andisoles (USA, JAPÓN), o suelos alofánicos en Chile Y Argentina. Están compuestos de vidrio volcánico, que se descompone fácilmente a causa de su alta superficie específica. Por meteorización se forman mezclas de vidrio, alofana,

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imogolita, haloisita, caolinita y masas de materiales amorfos semejantes a geles. En climas tropicales se presentan además concentraciones de de óxidos de hierro (goetita) y aluminio (gibsita). En la etapa temprana de meteorización se puede formar montmorillonita. La alofana es un silicato amorfo con alta porosidad, alta capacidad de intercambio catiónico, alta capacidad de adsorción de agua y muy alta actividad química debido a la alta superficie especifica. Cuando la haloisita se seca por tiempo prolongado en el aire o a temperaturas superior a 60ºC, pierde parte de su agua interna (se convierte en metahaloisita.) Esta deshidratación es inrreversible y las propiedades del suelo cambian drásticamente. La alofana y la haloisita se presenta con más frecuencia en climas húmedos con precipitación mayor de 1.500 mm/a, en climas tropicales. La fábrica de los suelos volcánicos es de carácter granular, con agregados de partículas en racimos que pueden estar cementados con sesquióxidos (gibsita por ejemplo). Abundan en la zona cafetera de Colombia pero en otras regiones fuera de la tropical también pueden presentarse (América Central, Chile, Argentina). Se observan como horizontes de color marrón oscuro o negro, generalmente menos oscuro en climas tropicales donde exhiben un color rojizo marrón. Presentan un contenido alto de humedad natural, altos límites líquido y plástico y bajo índice de plasticidad. La plasticidad se incrementa por amasado pero decrece con la desecación. Los andosoles son otros tipos de suelos propios del clima tropical que no se pueden caracterizar por los sistemas tradicionales. Sus características de compactación varían ampliamente: el máximo peso unitario seco de los andosoles, obtenido en ensayos de compactación tradicionales, tiende a ser mucho mas bajo que el de otros suelos tales como la laterita y por lo general se plantea un problema cuando se caracteriza este suelo con ensayos de compactación Proctor. En primer lugar, se obtienen resultados diferentes secando la muestra al aire o en el horno: el peso unitario seco puede variar de 9,5 kN/m3 a 11,5 kN/m3, si la muestra se seca al aire o en el horno respectivamente. Además este peso unitario seco es por lo general considerablemente más bajo que el contenido natural de estos suelos, de tal manera que el criterio de compactación basado en el ensayo Protor no es aplicable en la practica. Debido a su inusual composición, estructura y fábrica, estos suelos presentan un comportamiento especial: aunque son relativamente estable en su estado no perturbado, debido a su alto contenido de agua cuando son perturbados por amasado, se remoldean y se vuelven semilíquidos, causando serios problemas de estabilidad en taludes y cimentaciones. Por otro lado los problemas de caracterización relativa a la compactación y su humedad excepcionalmente alta, origina dificultades en el diseño y construcción de terraplenes.

Los Andosoles abundan también en las zonas volcánicas de la Cordillera Central de Colombia, en casi toda lana Cafetera.

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1.1.7.5 SUELOS EXPA�SIVOS Son suelos que presentan un gran incremento de volumen en presencia del agua y una fuerte retracción cuando se desecan. Este comportamiento plantea muchos problemas en la construcción de edificios, carreteras, canales etc. El grupo de la motmorillonita representa entre lar acillas, el de los suelos más expansivos que se conocen debido a que poseen una alta capacidad de absorción con el máximo comportamiento expansivo-retractil. 1.1.7.6 SUELOS COLAPSIBLES Estos suelos conocidos también como metaestables, se encuentran en muchas partes del mundo y se caracterizan por un repentino y enorme decrecimiento de volumen a esfuerzo constante cuando se inundan. La colapsibilidad depende en primer lugar del estado y el estado es función de los procesos de formación y de la historia geológica. Muchos suelos pueden colapsar ejemplo, loes, coluviones, flujos de detritos y lodos, suelos residuales, tobas volcánicas, materiales aluviales y rellenos construidos por el hombre. El potencial de colapso se debe por lo general a tres condiciones: (1) estructura abierta parcialmente saturada y potencialmente inestable; (2) los enlaces intergranulares de cualquier tipo se pierden por humedecimiento (3) aplicación de esfuerzos suficientemente mayores para colapsar la estructura. Los loes se reconocen entre los suelos màs colapsibles que existen. 1.1.7.7 RCILLAS RAPIDAS O MUY SE�SITIVAS La sensitividad se refiere a la perdida de resistencia no drenada que se puede desarrollar por perturbación de la estructura de una arcilla. La mayoría de las arcillas exigen algo de sensitividad . El término arcilla rápida se aplica a masas arcillosas que se transforman rápidamente de un estado firme y coherente a la de un liquido viscoso. Este tipo de suelos se inestabilizan muy rápidamente por sismos, trafico, vibraciones etc. En las arcillas llamada muy sensitivas esta características es menos dramática. 1.1.7.8 EVOLUCIÓ� DE OTROS MI�ERALES E� AMBIE�TES TROPICALES En la Figura 17a se puede apreciar el resultado de experimentos que muestran la manera como se incrementa la solubilidad del hierro en función del pH, en presencia o ausencia de ácidos orgánicos (Ong, Swanson y Bisque, 1970). La solubilidad de ambos metales se incrementa con el aumento en concentración de los ácidos orgánicos, independientemente del . pH de la solución.

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Estos datos experimentales en el caso del Hierro explican la extracción de este catión por reacción directa con los ácidos, independiente del pH, en el proceso conocido como Chelation o Queluviación. En la Figura 17b se puede observar como, en climas con precipitación baja abundan la motmorillonita; y a medida que incrementa la precipitación aparecen sucesivamente la caolinita y la goetita, en concordancia con lo expresado en la Figura 16. En la Figura 18 se puede comparar el espesor y características del perfil de meteorización para diferentes tipos de clima. Así por ejemplo en una zona de Taiga (un clima sur ártico con escasa vegetación) donde la precipitación fluctúa entre 500 mm y 700mm y la temperatura es inferior a 10°C, con evaporación comprable a la precipitación, no se forman hematita y gibsita; la caolinita es escasa mientras proporcionalmente abunda la montmorillonita. La profundidad de la descomposición es pequeña. En contraste en la zona de bosque tropical con alta precipitación, por encima de los 1.800mm se presenta todos los minerales de alteración y el suelo residual es profundo, es decir que abundan los suelos lateríticos junto con la caolinita en la parte superior del perfil. Estos suelos abundan en la Cordillera Central de Colombia, junto con la haloisita y la alofana, esta última asociada a los suelos volcánicos jóvenes.

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Figura 16 evolución mineralógica según incremento de la precipitación

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En la parte superior izquierda de la Figura 17 se aprecia la influencia de la materia orgánica en la extracción del hierro en ambientes tropicales, mediante chelation; si no hay ácido orgánico el hierro no se moviliza, mientras que la movilización se incrementa con la mayor concentración de ácido orgánico de 14% y 40%. Figura 17: izquierda, reproducción del proceso conocido como chelation en el laboratorio; derecha, diferentes tipos arcillas y óxidos que se producen a medida que se incrementa la temperatura

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Desierto Polar Tundra Taiga Bosque Tropical En los desiertos polares y zonas de tundra, la temperatura es mínima y la lluvia escasa. Descomposición prácticamente nula.

En la zona de Taiga, con balance hídrico positivo, el drenaje es aceptable. Debido a la baja temperatura, la vegetación y la materia orgánica son escasas. Descomposición moderada.

En la zona semidesértica y desértica, debido a la alta temperatura y a la precipitación muy baja, se presenta un balance hídrico negativo, con muy poca infiltración y drenaje. Descomposición prácticamente nula

Alta temperatura y lluvia abundante, favorecen la infiltración y el drenaje, con la formación de un bosque denso que provee abundante materia orgánica. El proceso de deforestación conduce

a pérdida de cobertura y protección

lo cual reduce la infiltración y

favorece la escorrentía. En estas

condiciones la remoción en masa y la

erosión prevalecen sobre la

descomposición y formación de

suelos residuales.

Máxima descomposición. La estabilidad del relieve y la cobertura moderan la descomposición: es alta en regiones tectónicamente tranquilas bien protegidas.

SUELOS DE CLIMA POLAR

SUELOS FERSIALÍTICOS, FERRUGI�OSOS Y PODZOLES

SUELOS DE DESIERTO (ARIDISOLES)

FERRISOLES Y SUELOS FERRALÍTICOS

Figura 18 Espesor y características del perfil de meteorización para diferentes tipos de clima.

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1.2 SUELOS TRA�SPORTADOS Se forman a partir del desalojo y acumulación de los productos de meteorización por acción de los agentes de trasporte: agua, viento o hielo, dando lugar a suelos aluviales, eólicos o glaciales, respectivamente. 1.2.1 Suelos Aluviales Se les llama así a los depósitos formados por desalojo, transporte y acumulación de detritos en los lechos de corriente, desde las laderas adyacentes de torrentes y ríos, junto con detritos dispuestos por gravedad. Todos estos detritos son sometidos a un tratamiento especial por las corrientes antes de disponerse en capas. Existen varios tipos de suelos aluviales y muchas geoformas asociadas a estos distintos tipos de depósito. Los ríos acumulan los depósitos que ellos mismos producen y aún pueden excavar en el fondo de los lechos a través de estos depósitos. Aspectos geomorfológicos. Es conveniente introducir aquí algunos conceptos de morfología relacionado con el trabajo de los ríos. En realidad los ríos integran sistemas de corrientes y estos sistemas están conformados por los ríos principales y los torrentes que les tributa. En las partes altas del curso de un río el gradiente es muy fuerte y los torrentes socavan el fondo de sus cauces produciendo fuerte erosión, por lo cual en su sección transversal el torrentes tiene forma de “V “ muy cerrada y en un plano horizontal los cauces son relativamente estables, es decir que sus orillas no se desplazan lateralmente. En esta parte de la sección de un río los torrentes arrastran en forma muy agresiva la carga de sedimentos que producen y los depositan en las orillas de los ríos conformando los conos aluviales. Asimilando la evolución de los valles de los ríos a las vidas humanas, a los valles de los torrentes, en los cuales predomina la erosión de fondo sobre otras formas de erosión y sobre el depósito y las corrientes arrastran grandes cargas hacia los ríos donde tributan, se les denomina como valles jóvenes. En la parte media del curso de un río el gradiente disminuye notablemente y los ríos socavan preferiblemente sus orillas. Consume su energía en desgastar progresivamente las orillas de los cauces de tal manera que en la medida que el valle se amplia se va rellenando con sedimentos tal como se describe en las figuras 19 y 20. A este valle se le denomina Valle Amplio. En esta sección los ríos acumulan Depósitos de Canal en todo el fondo de los valles amplios y en las curvas externas de los meandros. Los depósitos están cubiertos por el agua o pueden sobresalir formando pequeñas islas en forma de barras alargadas en la dirección que fluye la corriente.

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Por encima del nivel de las orillas de los ríos en esta sección media, el río puede excavar sobre sus propios sedimentos en épocas donde se incrementa notablemente el caudal y formar uno o varios niveles de terrazas que exponen estos sedimentos en sus taludes. Cada nivel de terraza corresponde a un incremento del caudal del río. La presencia de varios niveles de terraza en ríos Andinos, se pueden relacionar también con pulsos orogénicos que han contribuido a la evolución del relieve en el pasado geológico de estos ríos. En la sección del valle amplio de un río se forman entonces: (1) Depósitos de canal (fondo del canal y curvas externas de los meandros), dentro del lecho y (2) Depósitos de terraza aluvial, adyacentes al canal por encima del lecho del río.

En el Valle Amplio el fondo del valle alcanza su máxima profundidad y debido a la dinámica de los meandros, la socavación lateral es muy intensa. Se presenta un cierto equilibrio o alternancia entre erosión y depósito. Teniendo en cuenta esta dinámica de la corriente y el estado de evolución del cauce en esta sección del río, a un valle con estas características se le conoce como Valle Maduro.

Aguas debajo de la sección de un valle maduro el gradiente es mínimo y el río solo es capaz de arrastrar sus sedimentos. Allí la morfología es muy suave y las orillas de los cauces de los ríos se distancian considerablemente. Cuando el río desborda sus orillas en estos cauces debido a crecientes, se forman las planicies aluviales con depósitos de sedimentos finos por fuera de sus márgenes. En esta sección los ríos se encuentran en su etapa de Vejez. Ya en su desembocadura los ríos penetran un poco en el mar conformando deltas donde el río entrega sus aguas a través de canales digitados. Tipos de depósitos aluviales A continuación se describen con algún detalle los depósitos aluviales propios de las diferentes secciones de un río - Abanicos. Cuando un torrente fluye de una parte alta y pendiente sobre el piso ancho y casi plano del río en el cual tributa, el cambio abrupto de su gradiente provoca de manera brusca el depósito de la mayor parte de su carga. Este tipo de depósitos se dispone en forma progresivamente más amplia con un remate semicircular lobulado hacia aguas abajo y con una pendiente relativamente suave. Se forma así un abanico a causa de la distribución casi uniforme del material transportado sobre la superficie del depósito. En su desembocadura, se obstruye transitoriamente el canal del torrente y se forman varios canales que drenan en forma digitada el depósito. Cuando una parte del abanico ha sido construido, la corriente deposita sedimentos en un sector más bajo y de esta manera se va acumulando un amplio depósito simétrico.

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Los abanicos son comunes en regiones montañosas, en la transición de laderas de pendiente fuerte a terrenos más suaves y se les denomina también como "depósitos de pie de monte" cuando son pequeños. En otros casos su extensión puede alcanzar varios cientos de kilómetros cuadrados. (Figura 21). Varias poblaciones y ciudades de Colombia como Villaviencio e Ibagué se han construido parcialmente sobre este tipo de depósitos.

Figura 21 Abanico aluvial - Depósitos de Canal. En una cierta parte de los cursos de los ríos se forman curvas sucesivas. La corriente es desviada hacia el lado externo de esas curvas, lo cual ocasiona socavación, y crea al mismo tiempo una zona de depósito en la parte interna de esas curvas. (Figura 19) Éstas se van ampliando y migrando hacia aguas abajo, dejando una extensa y amplia capa de sedimentos (aluviones) en el piso de los ríos. En valles bien evolucionados a estas curvas se les llama Meandros y a estos valles: Valles Amplios. La evolución de un valle amplio se explica en la secuencia de esquemas de la Figura 20. - Depósitos de Terrazas Se forman cuando un río corta en una o más ocasiones sobre su propio lecho de depósitos, debido a factores climáticos o de cambios en el nivel de base. (Figura 22)

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Figura 22 Se observan dos niveles de terraza de origen aluvial. El río depósito en épocas de bajo caudal y en épocas de aumento de caudal socavó estos sedimentos dejando expuestos los dos niveles de terraza. - Depósitos de llanura de inundación. Una corriente cuyo nivel de creciente sobrepasa las márgenes de su canal habitual, causa inundación en el piso adyacente al valle. Cuando el flujo excedente es obligado a sobrepasar el borde del cauce, su velocidad es contrarrestada rápidamente, causando depósito de detritos de grava y arena lo largo de los bordes próximos del canal anegado, con espesor decreciente hacia afuera del mismo El depósito conforma pequeños lomos en el borde del canal, los cuales permanecen allí después que ha cesado la inundación. En estos eventos además, el piso del valle se recubre por un manto delgado de sedimento fino. La parte del piso del valle afectada por las inundaciones se llama Llanura de Inundación o Lecho mayor.

Figura 19- En los ríos la corriente socava en la parte externa de sus curvas y acumula en las parte interna de las mismas. Estos depósitos Se van acumulando en el lecho de los ríos junto con los depósitos que resultan del transporte y acumulación de materiales desalojados por erosión desde las laderas y cabeceras de las corrientes tributarias y los depósitos

debidos a remoción en masa.

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1 2 3

Figura 20 Secuencia de procesos para la formación de un Valle Ancho. En (1) las orillas son socavadas en los bordes externos creando mayor curvatura; en (2) la corriente ha cortado un valle amplio al desgastar las orillas hacia aguas abajo y (3) el valle ha sido ampliado proporcionalmente al ancho de las curvas, llamadas ahora meandros. A medida que el proceso avanza el piso del valle se va cubriendo de depósitos. En la condición (C) se trta ya de un Valle Maduro - Depósitos Trenzados. En muchas llanuras de inundación, las corrientes pierden velocidad, debido una disminución brusca del gradiente (en un pie de monte, por ejemplo), o a la disminución del caudal. En estas circunstancias las corrientes pierden energía y son obligadas a depositar una buena parte de su carga, obstruyendo temporalmente sus canales. La corriente es forzada a desplazarse por una red de nuevos canales que con el tiempo forman un patrón trenzado. - Barras. Se le da este nombre a acumulaciones elongadas de arena y grava en el cauce de algunas corrientes, en las cuales la carga de sedimentos no alcanzó a producir un patrón trenzado. En algunas corrientes las barras se forman en el nivel de aguas bajas y son retrabajadas (socavadas) en las próximas inundaciones, si bien en algunos casos cambian su forma y posición, según las variaciones del clima. - Deltas Cuando la corriente en su desembocadura es contrarrestada por el agua estacionaria de un océano o un lago, la carga se sumerge gradualmente formando un relleno que crece hacia la masa de agua que recibe la carga. Cuando el relleno está cerca a la superficie de agua, puede sobrepasar el nivel de esta superficie, creando un terreno de forma triangular con su ápice hacia aguas arriba. CARÁCTER DE LOS DEPÓSITOS ALUVIALES Cualquiera que sea su forma original, los fragmentos y partículas transportadas por corrientes se redondean a causa de la abrasión a que son sometidos en el transporte. Además, debido al delicado equilibrio impuesto por la capacidad de transporte, los fragmentos se clasifican según su tamaño y peso, a lo largo del cauce (clasificación progresiva), como en cualquier punto de este, (clasificación local), segregándose

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también mineralógicamente. Capas de cantos y gravas se intercalan con capas de arena y éstas a su turno se intercalan con capas y lentes de limo y arcilla. Las capas no son muy extensas a causa de que las corrientes cambian repetidamente las condiciones del depósito; por esto, éstas yacen a diferentes ángulos de inclinación y adquieren más bien un patrón interdigitado. La más cercana condición de uniformidad y paralelarismo en la estratificación puede presentarse en la estratificación de las capas en las llanuras de inundación, depositados con mínima turbulencia.

COMPORTAMIE�TO DE LOS SUELOS ALUVIALES E� I�GE�IERÍA El comportamiento en ingeniería de los suelos aluviales depende entre otros factores de los siguientes:

1. De su relación con la roca parental • A diferencia de los suelos residuales los suelos transportados presentan capas

diferentes y límites bien marcados entre unas y otras. • La Fracción Fina de los depósitos aluviales corresponde a partículas de limo y

arcilla que resultan de la descomposición de las rocas y que poseen tamaños menores de 0.06 mm de diámetro (caolinita, montmorillonita, ilita, vermiculita, clorita, y otras partículas diminutas); mientras que la Fracción Gruesa corresponde a partículas producidas por desintegración mecánica, que poseen un tamaño mayor de 0,006 mm, y están constituidos principalmente de cuarzo o de fragmetos de roca.

• Por lo general, la Fracción Fina (arcillas) forma los suelos cohesivos, es decir

aquellos formados por laminitas pequeñas y livianas con alta superficie específica6 y fuerzas físico eléctricas más importante que las fuerzas de gravedad en su proceso de sedimentación.

• Por su parte la Fracción Gruesa (algunos limos, arenas y gravas) corresponde a la de los suelos no cohesivos, en los cuales las fuerzas de gravedad son más importantes durante la sedimentación que las fuerzas eléctricas entre partículas. En los suelos de la fracción fina, su consistencia varía en la medida que cambia su estado de humedad. El comportamiento de los suelos de la fracción gruesa depende en cambio de su estado de densidad, el cual varía con la forma como está empaquetadas las partículas.

2. Del tratamiento de las partículas en el procesos de transporte. En el caso de

los suelos aluviales las partículas gruesas se redondean y su textura se vuelve muy suave al tacto.

3. De la selección progresiva (a lo largo del cauce de las corrientes) o local (en

una misma sección) de los tamaño de las partículas. Primero las partículas finas se segregan de las gruesas y luego los depósitos se acumulan formando

6 Superficie específica: relación área/volumen

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capas con fragmentos de tamaño semejante (capas de grava; lentes de arena etc.) La consecuencia de la selección progresiva es que en las parte altas de los cursos de agua, predominan los fragmentos gruesos (gravas y arenas por ejemplo) mientras en las partes altas los finos (limos y arcillas). Por su parte la selección progresiva influye en que en un mismo sitio se puedan encontrar secuencias de capas con diferentes tamaños.

La selección de tamaños propia de los aluviones le permite al ingeniero de suelos estudiar las características de las distintas fracciones, algo que no es posible en el caso e los suelos residuales; sencillamente porque la naturaleza no los seleccionó por tamaños. Además estos suelos, por conformar capas de composición relativamente uniforme, se pueden tomar muestras y estudiar de manera relativamente fácil. Los depósitos aluviales de la fracción gruesa (arenas y gravas) constituyen buenos materiales de construcción de pavimentos, concretos, enrocados y para otros usos bebido a que en el proceso de transporte los clastos se han desgastado de tal manera que las parte más débiles de los fragmentos se han desprendido. Además estos tipos de depósitos son renovables. Constituyen además buenos materiales de cimentación de estructuras como puentes o estructuras de carreteras, siempre y cuando no estén expuestos a socavación. En excavaciones se mantienen más estables en taludes con fuerte inclinación. Los depósitos de terraza y los abanicos planteas serios problemas de estabilidad si están expuestos a socavación por corrientes. En el caso de las terrazas una situación crítica de inestabilidad se presenta en regiones donde estos depósitos conforman varios niveles expuestos por encima del lecho actual de las corrientes, situación muy común en la región Andina. Los aluviones finos ((limos y arcillas) pueden ser muy compresibles y débiles en cimentaciones además de que los suelos de la fracción limo son muy susceptibles a la erosión en cualquier tipo de estructura que no esté protegida. En la Tabla V se presenta una apreciación muy general del comportamiento de los suelos aluviales con diferente tamaño en ingeniería.

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Tabla V Comportamiento suelos aluviales en Ingeniería Tamaño

Cimentaciones

Excavaciones

Uso

ARENAS Y GRAVAS

ESTABLES SI NO ESTÁN SUJETAS A SOCAVACIÓN, O ESTÁN PROTEGIDOS DE LA EROSIÓN

ESTABLES EN TALUDES CON FUERTE INCLINACIÓN > ¼ H:1V

MATERIALES DE BUENE CALIDAD PARA PAVIMENTOS Y CONCRETOS

LIMOS Y ARCILLAS

CONSTITUYEN CIMENTACIONES BLANDAS Y COMPREIBLES

POR LO GENERAL NO SE EXPONEN EN EXCAVACIONES CORRIENTES. SI ES DEL CASO, SON INESTABLES

USO MUY LIMITADO. BUENOS COMO MATERIALES DE RELLENO, SI NO POSEEN PLASTICIDAD ALTA

1.2.2 SUELOS EÓLICOS Los depósitos eólicos son aquellos desalojados, trasportados y depositados por acción del viento en zonas áridas donde la arcilla es escasa y las coberturas muy pobres. En viento arrastra partículas de arena y de limo, las partículas de arena como carga de fondo; estas partículas saltan y rebotan en la superficie del terreno, proceso conocido como saltación eólica. El viento arrastra los granos de arena hasta que caen por gravedad. Las partículas más finas de tamaño limo arrastradas por el viento son transportada muy largas distancias en suspensión. El viento también puede arrastrar algunas partículas de arcilla producida por descomposición, si bien este proceso es muy escaso en los desiertos.

En su acción turbulenta el viento produce erosión bien sea por deflación: deja la huella de la remoción de partículas sueltas; o por abrasión: los granos gruesos que arrastra el viento actúan como herramienta de desgaste sobre otros granos o sobre las rocas desprovistas de vegetación. Desde el punto de vista geomorfológico y climático los depósitos eólicos son propios del clima Seco: Árido y de Sabana. Dentro del clima seco, se considera el clima perenne o estacionalmente seco. Los procesos geomorfológicos en estas regiones son semejantes a los que ocurren en otras regiones climáticas y difieren solamente en frecuencia en intensidad. Las geoformas afectadas por estos procesos corresponden a Estepas, Praderas, Desiertos (planicies, altiplanos, montañas).

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DU�AS El viento arrastra en las regiones áridas, su carga de fondo que corresponde a las arenas, y la deposita alrededor de cualquier obstáculo cuando las partículas se asientan por gravedad. Estos depósitos son comunes en los desiertos: la arena se acumula formando primero pequeñas colinas y luego crestas de mayor tamaño conocidas como dunas. Las dunas tienen forma asimétrica con el lado de barlovento más empinado. Las dunas crean muchas geoformas: Barjanes, acumulaciones aisladas semejantes a medias lunas; dunas transvesales, largas crestas separada por depresiones, orientadas a ángulo recto respecto de la dirección predominante del viento; y muchas más, dependiendo principalmente de la manera cómo sople el viento. Desde el punto de vista ingenieril las dunas constituyen depósitos relativamente sueltos y algo migrantes. Las partes bajas de torres de trasmisión u otras semejantes pueden estar sujetas a remoción y acumulación de arena lo que origina una constante redistribución de carga que puede afectar la estabilidad de estas estructuras, inclusive dejando al descubierto la cimentación lo cual es por supuesto más grave. Las carreteras y caminos construidos en zonas de dunas están expuestos a ser invadidos por la arena y si se realizan cortes, la estabilidad de estos cortes será muy precaria. Los depósitos de dunas se pueden estabilizar sembrando especies herbáceas o plantas algo mayores propias de las regiones desérticas o aglutinado la arena con aceite mineral. Tratándose de estructuras costosas, éstas deben cimentarse sobre pilotes profundos, por debajo del nivel de influencia del viento. LOESS Los depósitos de loess están formados por partículas tamaño limo acarreados en suspensión por el aire en zonas desérticas o antiguas zonas glaciadas. El término loess es de origen alemán y significa: suelto o inconsolidado. Constituyen depósitos homogéneos de limo, no estratificados, extremadamente bien sorteados, con espesores hasta de 100 m, que cubren muchas regiones áridas de la tierra. La mayor parte de estos depósitos son debidos a la acción del viento en zonas desérticas, antiguas zonas glaciales o zona aluviales de sabana. En muchos casos son desalojados de su origen por corrientes de agua u otros medios o experimentan algo de descomposición en cuyo caso se les conoce como loess secundarios.

Mineralógicamente los loess están conformados por cuarzo desmenuzado por abrasión en antiguas zonas glaciadas con tamaño entre 20 y 60 µm algunos pueden ser calcáreos. Los loess abundan en las pampas argentinas; allí provienen de la meteorización de rocas volcánicas de la región Andina; debido a su origen contiene vidrio y plagioclasa.

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Los loess son muy porosos; su plasticidad es escasa a moderada y su permeabilidad mayor en la dirección vertical debido a que desarrollan una estructura tabular en esa dirección (posiblemente moldes de raíces de plantas) y a que no forman capas como el resto de suelos. Los loess sobrecargados por estructuras, se pueden consolidar y sufrir asentamiento si se humedecen; este comportamiento lo atribuye Krynine a que en algunos loess las partículas de limo están rodeados de películas de arcilla que se lubrican y hace que las partículas resbalen; otra explicación de este comportamiento es la remoción del escaso cemento cuando se humedecen. Resumen

� LOESS: SE DEPOSITAN EN ESTADO MUY SUELTO Y SON MUY POROSOS; DE BAJA PLASTICIDAD Y POSEEN MAYOR PERMEABILIDA EN LA DIRECCIÓN VERTICAL, DEBIDO POSIBLEMENTE A QUE LAS RAICES SE PROPAGAN PREFERENCIALMENTE EN EDA DIRECCIÓN. SON ADEMÁS MUY SENSIBLES A LA EROSIÓN Y A LA CONSOLIDACIÓN CUANDO SE HUMEDECEN.

� DEBE PREVENIRSE LA CONSOLIDACIÓN EN EL CASO DE CIMENTACIONES Y LA EROSIÓN EN EL CASO DE CANALES.

� DU�AS: SON DEPÓSITOS SUELTOS Y MIGRANTES DE ARENA EN REGIONES DESÉRTICAS.

� SE PUEDEN ESTABLIZAR CON VEGETACIÓN Y EN ALGUNIOS CASOS CON EMULSIONES O ASFALTO POBRE.

Figura 23 se muestra un talud de loess. En la cara de esta excavación se puede apreciar cómo se revela el patrón de crecimiento vertical de raíces en la textura.

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Figura 23 TALUD DE LOESS 1.2.3 DEPÓSITOS GLACIALES ORIGEN: EN EL PASADO GEOLÓGICO GRANDES MASAS DE HIELO CUBRIERON LA TIERRA EN EL HEMISFERIO SEPTENTRIONAL Y LUEGO FUNDIERON ABANDONADO EL MATERIAL QUE TRANSPORTABAN HOY DÍA OCURRE LO MISMO CON LOS GLACIALES DE ALTA MONTAÑA. LAS MASAS DE HIELO POSEEN CAVIDADES QUE SE LLENAN DE AGUA Y JUNTO CON EL AGUA QUE FUNDE EN EL FONDO EN CONTACTO CON EL TERRENO MENOS

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FRÍO LUBRICAN LA BASE DE LOS MANTOS FACILITANDO LA TRASLACIÓN POR GRAVEDAD. TIPOS

(1) TILL GLACIAL : MATERIAL DEPOSITADO DIRECTAMENTE POR EL HIELO. A LAS GEOMORMAS DE LOS DEPÓSITOS, SE LES LLAMA MORRE.AS

FRO.TALES Y TERMI.ALES, MORRE.AS LATERALES O MORRE.AS DE

RETROCESO, SEGÚN EL SITIO DONDE SE FORMEN RESPECTO DE LA POSICIÓN DEL GLACIAL AL FUNDIR.

(2) ARREO ESTRATIFICADO O DEPOSITO GLACIO-FLUVIAL. MATERIAL DEPOSITADO POR LAS AGUAS DE FUSIÓN. ESTOS DEPÓSITOS SE FORMAN RELLENANDO GRIETAS (ESKERS) O FORMANDO COLINAS CÓNICAS O IRREGULARES (KAMES)

CARACTERÍSTICAS GE�ÉTICAS:

� EN EL PROCESO DE TRASPORTE NO SE PRESENTA NINGUN TIPO DE SELECCIÓN NI TRATAMIENTO DE LOS MATERIALES ACARREADOS, POR LO CUAL ESTE TIPO DE DEPOSITOS ES MUY HETEROGÉNEO, COMPARÁDOLO CON LOS ALUVIONES POR EJEMPLO

En la Figura 24 se muestra un glacial de montaña y en la Figura 25 el valle en U, característico del paso de un glacial

En la Figura 26 se muestra cómo se firma una morrena frontal y en la Figura 27 un suelo de origen glacial típico, muy heterogéneo.

COMPORTAMIENTO:

� LOS DEPÓSITOS GLACIALES (BLOQUES Y FRAGMENTOS GRUESOS EN GENERAL) CONSTITUYEN BUENOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

� CUANDO LOS DEPOSITOS GLACIOFLUVIALES (GENRALMENTE RICOS EN

ARCILLA Y LIMO) CONCENTRAN MUCHA HUMEDAD, SON MUY INESTABLES EN CIMENTACIONES O EXCAVACIONES, CON UN COMPORTAMIENTO MUY SIMILAR AL DE LOS COLUVIONES.

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Figura 24 GLACIAL DE MONTAÑA

Figura 25 VALLE GLACIAL

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Figura 26 FORMACIÓN DE UNA MORRENA FRONTAL

Figura 27 DEPÓSITO GLACIAL: OBSEVA LA HETEROGENEIDAD Y LA ANGULARIDAD DE LOS BLOQUES

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1.3 DEPÓSITOS DE GRAVEDAD ORIGEN: Son depósitos de ladera formados por acción directa de la gravedad con alguna contribución de los agentes de trasporte. TIPOS COLUVIÓ�: De las partes altas de las montañas, desde los macizos de roca, se desprenden fragmentos de roca (tamaños de grandes bolos a gravas) junto con partículas pequeñas de minerales (arenas, limo y arcillas) que se van acumulando poco a poco en la parte media y baja de las laderas, creando acumulaciones en la parte media de las laderas. TALUS: Se forman de manera similar a los coluviones solo que los fragmentos se desprenden de escarpes formados por secuencias sedimentarias con capas horizontales o de las contrapandientes estructurales de las secuencias sedimentarias.

CARACTERÍSTICAS GE�ÉTICAS: En los coluviones los fragmentos más grandes son angulares y están embebidos en una matriz de suelo fino. son matriz-soportados y cubren por lo general secuencias sedimentarias. Su comportamiento está definido en gran parte por las características de la matriz, lo cual es fácil establecer. A diferencia de los coluviones, los talus poseen muy poca matriz y por lo general los fragmentos que los conforman presentan entrabamiento mecánico, es decir, son clasto-soportados. Su comportamiento está definido en gran parte por el entrabamiento de los bloques, lo cual es muy difícil de establecer y valorar.

COMPORTAMIENTO:

� Los coluviones son muy inestables en excavaciones y cimentaciones, especialmente cuando su matriz es arcillosa, cubre rocas lodosas (lutitas) y están mal drenados.

� los talus son menos inestables gracias al entrabamiento de sus bloques. � una situación particularmente crítica se presenta en el caso de depósitos de

coluvión con matriz arcillosa, expuestos en laderas con fuerte inclinación conformadas por lutitas desleíbles muy fracturadas y cizalladas, situación común el carreteras de colombia en la cordillera oriental. la mayor parte de los deslizamientos y flujos en estas carreteras se presentan en estos materiales.

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Clasificación General de los Suelos En la Tabla VI se presenta una clasificación general de los suelos indicando las geoformas características que ayudan a identificarlos en imágenes (fotografías u otras ) o en el terreno Tabla VI Clasificación genética de los suelos

Origen

�ombre de los suelos

�ombres de las geoformas

Residual

Suelo Laterítico y Suelo Saprolítico

No tienen un nombre en particular

Transportado

-Aluvial

Aluviones en el lecho o fuera de él

Llanura de Inundación, Barras,

Terrazas, Abanicos, Deltas

Transportado

Loess y Dunas

Barras, lomas, otras

-Eólico

Transportado

- Glacial

Drift: Till (no estratificado)

Drift: Depósitos fluvioglaciales (con

alguna estratificación)

Morrenas

Eskers y Kames

Transportado-

Volcánico

Tefra: material piroclástico en general Mantos y coladas de piroclastos

Flujos de lodo volcánico y Lahares

De Gravedad

Coluviones y talus

Geoformas de agradación