Depósitos Asociados a la Glaciación - Suelos.

Introducción. Grandes glaciares cubrieron gran parte de la superficie de la tierra al norte del paralelo 40. En otras regiones, la mayor parte de las montañas fueron sepultadas ó parcialmente cubiertas por glaciares alpinos, aun en los trópicos. El hielo excavé, transporté y redepositó rocas sueltas y suelos, Todos los materiales depositados por los glaciares reciben el nombre de arrastres. Los depositados fuera del hielo se llaman detritus.

En agua del hielo fundido que también lleva sedimentos da lugar a derrames. La concentración del agua del hielo fundido en corrientes torrenciales de caudales variables que dependían de las temperaturas, originaron los depósitos glaciofluviales. En algunos casos, el agua de deshielo se embalsé entre terrenos altos y el mismo glaciar. De esta manera, se formaron lagos en los que se depositaron sedimentos conocidos como depósitos glaciolacustres.

Terminología Pedológica - Tierra - Suelos.

Pedología es la rama de la geología que estudia la capa superficial de la tierra en un espesor de 1 ó 2 m. Dentro de esta zona, el material rocoso o formado por roca descompuesta se ha alterado por la meteorización a un grado que depende del clima, de la presencia de organismos, de la topografía, del carácter del material original, y del tiempo que hayan actuado los procesos de la meteorización.

Para el pedólogo, solamente esta zona alterada se llama suelo. Por lo tanto, la definición del pedólogo está mucho más restringida que la del ingeniero.

Cualquiera que sea la naturaleza de los suelos que se hayan formado, en un espesor

de unos cuantos metros a partir de la superficie, se encuentra una sucesión de varias capas distintas. A estas capas se les llama horizontes del suelo, y al sistema completo de horizontes se le llama perfil de suelos. 

Usualmente, el horizonte más alto ha perdido por lixiviación una cantidad importante de materia mineral fina, aunque puede contener una cantidad relativamente grande de materia orgánica finamente dividida que proviene de la descomposición de la vegetación. A esta zona se le llama algunas veces zona de agotamiento. 

El segundo horizonte es la zona en que se acumula la materia mineral fina; en la mayor parte de los perfiles es más plástica que en los horizontes que quedan arriba o abajo de la misma. En muchos casos, puede reconocerse mejor por la agrupación de las partículas en un arreglo estructural bien desarrollado, al que se llama de bloques o prismático. Los dos horizontes superiores juntos constituyen el solum, que es la zona en que los procesos de formación de los suelos son más activos. Abajo del solum está un tercer horizonte compuesto de material original relativamente inalterado. El material original puede ser un material rocoso parcialmente descompuesto y desintegrado, o puede ser un material de suelo o roca que ha sido transportado y depositado a un nuevo lugar. En la fig. 6.1, se muestra un perfil hipotético de la meteorización del suelo. Los horizontes principales se designan por A, B y C. Estos horizontes se subdividen usualmente tomando como base las variaciones menores que ocurren en las zonas de transición entre horizontes, o sobre la base de características físicas o químicas especiales. En ningún perfil aparecerían todos los horizontes mostrados; desde el punto de vista de la ingeniería, usualmente es suficiente tratar sólo en términos de los horizontes principales. Cuando se están depositando todavía materiales frescos como en el caso de las llanuras de inundación de los ríos, no existe la oportunidad de que se forme un perfil podológico típico.

La clasificación pedológica de un suelo se determina principalmente sobre la base de la geología del material de origen y de ciertas características inherentes al perfil, entre las que están incluidas el número, color, textura y estructura; espesor, composición química y disposición relativa de los horizontes.

Figura 6.1. Perfil de suelos hipotetico. mostrando las principales características y las interrelacionales de los horizontes.

Todos los suelos que tienen perfiles semejantes, excepto por la textura del horizonte superficial, se agrupan reuniéndolos en una serie de suelos, dándole un nombre. Estos nombres se toman usualmente de la localidad donde se encontró por primera vez el suelo. Ordinariamente, el nombre de la serie se modifica después con términos que indican la textura de la superficie del suelo determinada con un diagrama de clasificación triangular (fig. 1.14). Las características ingenieriles de un perfil de suelos, se determinan principalmente por la textura, plasticidad, espesor, y características de drenaje de los horizontes. Varias series pedológicas diferentes pueden tener propiedades ingenieriles semejantes.

La pedología ha sido muy utilizada por agrónomos y en grado considerable por los ingenieros de caminos y de aeropuertos. Debido a las correlaciones de la pedología con el comportamiento de las cimentaciones poco profundas, con la posición del agua freática, y con el funcionamiento de fosas sépticas, la pedología también entra cada vez más en la planificación del uso de la tierra; además, como la clasificación pedologica de un suelo incluye una descripción del material original, el ingeniero especialista en cimentaciones puede obtener de esa  descripción, información general útil respecto a la naturaleza de los suelos en una localidad con la que no esté familiarizado.

En los Estados Unidos, la mayor parte de la información pedológica esta contenida en los informes de levantamientos de suelos de los condados, que han sido publicados por el Departamento de Agricultura de los E. U., desde principios de siglo. Sin embargo, solamente los informes publicados desde 1940, pueden tomarse como información muy precisa. En estos informes se incluyen descripciones detalladas del perfil del suelo y de la geología de cada serie de suelos en el condado, y un mapa a la escala de 1 pulgada = 1 milla, o mayor, indicando las fronteras de cada serie de suelos. La mayor parte de los informes publicados desde 1960, contienen una sección sobre ingeniería y un mapa de suelos a una escala de aproximadamente 3 pulg = 1 milla. También incluyen usualmente una tabulación de información de pruebas y clasificaciones técnicas, de acuerdo con los sistemas de la AASHO y el Unificado, utilizando muestras tomadas de perfiles típicos de las series de suelos más prominentes.

En la preparación de los mapas pedologicos más modernos, se utilizan fotografías aéreas para hacer los levantamientos de suelos; todos los mapas recientes hacen uso de esta metodología. La información de las fotografías, con frecuencia permite hacer una demarcación más precisa de las fronteras de las formaciones, que la que puede obtenerse con levantamientos terrestres únicamente. Además, bajo ciertas condiciones climáticas, el carácter del material de origen se revela por elementos del patrón fotográfico, que se conocen corno formas geológicas, color del suelo, erosión, drenaje superficial, cubierta vegetal, pendiente, uso de la tierra y microrelieve. Con frecuencia, los elementos principales del patrón son afectados por la textura del suelo y las condiciones de humedad. Por lo tanto, cada patrón debe correlacionarse con el perfil de suelos correspondiente que se haya determinado por levantamientos en el campo, pero después de ésto, pueden hacerse estudios rápidos de áreas muy grandes empleando la interpretación de fotografías aéreas.

En los E.E.U.U. pueden obtenerse fotografías aéreas verticales en dependencias gubernamentales tales como, el Departamento de Agricultura, el Servicio Geológico Nacional y el Servicio Forestal. La habilidad para interpretar fotografías desde el punto de vista de la ingeniería depende de la preparación que se tenga en geología, pedología y ecología botánica, así como del conocimiento que se tenga de las características de los depósitos de suelos naturales. En las zonas en que no se disponga de informes geológicos ni pedológicos, la interpretación de las fotografías aéreas proporciona un recurso para la localización de las fronteras de los suelos, para predecir las características técnicas de ciertas áreas, y para programar racionalmente la exploración de suelos y determinar los detalles de la estratigrafía.

Procesos de la Meteorización - Suelos.

Parece ser que las rocas más viejas que aparecen en la superficie de la tierra son los sedimientos metamórficos, que se han deformado mucho por el calor y la presión, y en algunos lugares han recristalizado, convirtiéndose en granito y en otras rocas ígneas típicas, lo que hace patente la eficacia de los agentes de la meteorización a través de las épocas geológicas, ya que estas rocas antiguas están compuestas de los productos de meteorización de otras todavía más antiguas.

Algunos agentes de la meteorización son puramente físicos. Entre los más importantes están la dilatación y la contracción diferenciales, que se originan por el calen tamiento y enfriamiento de masas de roca que contienen minerales de diferentes propiedades térmicas. Otros son el efecto abrasivo del viento y del agua, especialmente cuando estos agentes transportan sedimentos que ayudan en su acción demoledora; la fuerza expansiva del agua al congelarse y en muchos lugares, especialmente en el pasado, la acción de los glaciares. Sin embargo, con todo lo importante que son estos agentes físicos, no son capaces de reducir el tamaño de los fragmentos individuales a menos que 0.01 mm. La desintegración más completa sólo puede efectuarse mediante procesos químicos.

Los principales agentes de la meteorización química son la oxidación, la hidratación, la carbonatación y la solucion. Casi todos los materiales se combinan con el oxígeno, especialmente en los climas húmedos, pero los compuestos de hierro son especialmente susceptibles. La combinación con oxígeno se asocia usualmente a un aumento de volumen, con lo que es probable que la porción oxidada se separe por exfoliación del material inalterado. Similarmente, el aumento de volumen se acompaña de la formación de nuevos minerales por hidratación, y coopera en la desintegración de los minerales originales. El agua de la lluvia disuelve pequeñas cantidades de bióxido de carbono de la atmós fera, convirtiéndose en una solución débil de ácido carbónico. La combinación química de algunos minerales con el ácido carbónico conduce a la formación de minerales más blandos y más débiles; sin embargo, lo que es más importante es que el ácido carbónico débil es mejor solvente que el agua pura. Ataca no sólo materiales que contienen carbonato de calcio, sino también los que contienen silicatos.

Como regla, la meteorización física predomina en los climas fríos o secos, mientras que la meteorización química es más importante en los climas húmedos y calientes. Las plantas y la vida animal contribuyen a ambos procesos. Sin embargo, las rocas pueden también estar sujetas a descomposición química cuando se encuentran muy lejos de la superficie, dtbido a la circulación de las aguas magmáticas cargadas de sustancias químicas. De esta manera, pueden haberse transformado los granitos y gneisses localmente en rocas blandas de carácter arcillosos, y las cuarcitas duras en arena sin cohesión.

Después que los procesos de la meteorización han eliminado los nexos de cohesión entre la mayor parte de los componentes de la roca, la meteorización química conduce a la formación de minerales arcillosos. Sin embargo, la meteorización todavía continúa. Finalmente, bajo condiciones tropicales húmedas, la desintegración puede ser tan completa, que hasta los minerales arcillosos se descomponen.

Terminología Geológica - Suelos.

El conocimiento del origen geológico de un depósito de suelo permite a menudo comprender sus características físicas. Por lo tanto, el ingeniero debe consultar todos los datos geológicos que pueda conseguir. En los siguientes artículos se describen los tipos más comunes de depósitos naturales, y se exponen ejemplos representativos de los resultados de los programas de exploración para determinar sus características.

Desde el punto de vista de la geología, los suelos pueden dividirse en dos grupos principales: transportados y residuales. Los transportados ya no cubren el material rocoso que les dio origen. Pueden también clasificarse de acuerdo con el modo en que se transportan y depositan como sigue:
suelos aluviales, transportados por el agua corriente; suelos lacustres, depositados en lagos quietos; suelos marinos, depositados en el agua del mar; suelos eólicos, transportados por el viento; suelos coluviales, depositados principalmente por efecto de derrumbes y deslaves de las laderas; y los suelos glaciales. Los suelos residuales son los que se han formado de la roca madre sobre la cual se encuentran ahora. Son comunes los depósitos profundos de suelos residuales en el sudeste de los Estados Unidos, Hawai, Puerto Rico, y generalmente en los trópicos húmedos. Son raros en la mitad norte de los Estados Unidos y Canadá, debido a que los glaciares continentales eliminaron la mayor parte de los productos de la intemperización que se habían formado sobre los afloramientos de roca.

Hablando en forma muy general, los suelos tienden a disponerse en perfiles o sistemas de capas. Los más importantes de estos son los de meteorización y de deposición. En muchos casos, uno de los primeros se encuentra superpuesto a uno posterior y puede encontrarse un sistema relativamente complejo cerca de la superficie.

Número y Profundidad de los Sondeos - Exploración Subsuelo.

Para edificios o estructuras de tamaño ordinario, es conveniente programar hacer cuatro sondeos, uno en cada esquina de la estructura. A menos que se encuentre un manto de roca, el primer sondeo ordinariamente debe prolongarse a la máxima profundidad dentro de la cual el esfuerzo producido por la estructura pueda todavía influir en los asentamientos. Esta profundidad puede haberse determinado basándose en los cálculos aproximados del esfuerzo y del asentamiento, como se indica en la parte C. En una estructura muy cargada, el primer sondeo debe prolongarse ordinariamente hasta una profundidad igual al doble del ancho de la estructura. Debajo de una estructura con carga ligera con columnas muy separadas, la profundidad del primer sondeo no debe ser menor que el doble del ancho probable de la zapata mayor.

El segundo sondeo sirve para comprobar si las condiciones del suelo son uniformes o erráticas. Si los resultados son semejantes a los del primer sondeo, los sondeos subsecuentes pueden interrumpirse ordinariamente, cuando han penetrado todo el estrato blando o compresible.
Si con los sondeos se encuentra roca y las condiciones son tales que la estructura pueda desplantarse sobre ella, deberán obtenerse corazones de una profundidad de 1.5 a 3.0 m para asegurase de que se trata de un manto de roca sana, y no de un boleo o pedazo de roca desprendido. Si existe la evidencia de que haya canales de disolución o de meteorización profunda, usualmente los núcleos deben continuarse dentro de la roca sana. 

Al proseguir el programa de exploración, el ingeniero debe estudiar las consecuencias que pueda tener toda nueva información. Si se necesitan sondas adicionales, pruebas de penetración, o investigaciones especiales, deberán localizarse y planificarse, de manera que cada adición al programa proporcione el máximo de conocimientos en esa etapa de la investigación.
 
Aunque el programa debe elaborarse de manera que proporcione la información necesaria para la obra en cuestión, el ingeniero debe tomar en cuenta la posibilidad de que puede haber cambios en las distribuciones estructurales preliminares, incluyendo la separación de las columnas y las cargas. Debe, por lo tanto, obtener suficientes datos que le permitan estudiar los diferentes tipos prácticos de cimentación para la distribución modificada, si los cambios no son muy radicales. Además, la exploración no debe limitarse a obtener la información necesaria para el tipo de cimentación que el ingeniero pensaba inicialmente como el más adecuado; pues de lo contrario, puede faltarle información para elegir o proyectar otro tipo que pueda resultar más práctico o económico.

Exploración Detallada del Subsuelo.

Cuando el programa de exploración preliminar no proporciona suficiente información para proyecto o construcción, es necesario proseguir las investigaciones. Los métodos se elegirán para obtener la información más adecuada al menor costo. Frecuentemente, las propiedades de los depósitos relativamente uniformes de arcilla blanda y limo plástico pueden investigarse en la forma más económica mediante pruebas con la veleta en el campo u obteniendo muestras continuas en tubos de paredes delgadas de 5 o 7.5 cm de diámetro y ejecutando las pruebas de laboratorio adecuadas (vea el capítulo 18). Los depósitos erráticos de limo blando y arcilla pueden examinarse usando las pruebas de penetración combinadas con sondeos con tubos, que permitan la interpretación de los datos del penetrómetro. Las pruebas de penetración estándar o las pruebas dinámicas con cono son las adecuadas para la arena. Las rotatorias o de percusión con barriles muestreadores se usan normalmente para obtener muestras de las rocas, y existen muestreadores especiales para los depósitos con proporciones elevadas de materia orgánica. Las pruebas de carga estándar son adecuadas para el loes y otros suelos susceptibles de colapso.

En algunas obras en que las estructuras son de gran importancia o que las condiciones de la cimentación presentan excepcionales dificultades, puede requerirse información adicional. Es aconsejable obtener muestras inalteradas de gran diámetro de los estratos críticos, para efectuar pruebas de carga, para hacer pruebas de bombeo en el campo, o para hacer otras pruebas especiales. Como estos estudios son siempre costosos, . solamente deberán comprenderse para investigar cuestiones específicas que con los procedimientos baratos no se pueden resolver.

Exploración preliminar del Subsuelo.

El programa de exploración del subsuelo debe estar pre cedido por una Investigacion previa. En este estudio, el ingeniero responsable de la exploración debe preparar un informe con todos los datos sobre las condiciones del suelo cercano a la obra y sobre l comportamiento de otras estructuras construidas en la vecindad. En regiones muy desarrolladas en las que las condiciones del subsuelo son desfavorables, es posible encontrar información útil en las revistas técnicas y en informes publicados, pero en la mayor parte de las áreas rurales, o en las zonas que se han adaptado recientemente para la industria, la información referente al comportamiento estructural puede ser escasa. Sin embargo, el ingeniero no debe pasar por alto los mapas y publicaciones estatales y federales, y los levantamientos geológicos federales, o informes de levantamiento de suelos preparados en conexión con la agricultura o la construcción de caminos. El tipo de información que puede obtenerse de estas fuentes.

A continuación se elige un procedimiento de exploración preliminar tomando como base la información obtenida de este estudio de investigación previa. La mayor parte de los depósitos de suelo pueden explorarse correctamente por medio del muestreador de media caña con la prueba de penetración estándar hecha en sondeos perforados con barrenos, método rotatorios, o con avance por lavado. En la fase preliminar no se consideran usualmente otros métodos de exploración, a menos que se sepa que el material inferior es roca o arcilla muy blanda, limo, o suelo con elevada proporción de materia orgánica. Además, para muchas obras, no es necesario hacer más exploraciones subterráneas. Es probable que este sea el caso, si las cargas en el subsuelo son pequeñas y puede usarse un gran factor de seguridad sin que el costo sea excesivo, si la estructura puede desplantarse en roca o en estratos de elevada capacidad de carga, o si se va a levantar una estructura ordinaria en un área en la que se tenga gran experiencia práctica que se haya resumido en la forma de reglas empíricas seguras o reglamentos de construcción.