SUELOS Y ROCAS
Frattelli (1993) define a los suelos como el producto del desgaste o desintegración de las rocas de la corteza terrestre, debido a los agentes atmosféricos y a los diferentes procesos físico-químicos en la naturaleza. Existen suelos cuya edad se remonta a miles de millones de años, mientras que otros depósitos son más recientes, si bien todos han sufrido en el tiempo sucesivas erosiones, filtraciones, mutaciones, deslizamientos, compactaciones, drenajes o muchos otros efectos que le otorgan las características actuales, las cuales continúan así mismo evolucionando con mayor o menor lentitud.
Por lo tanto, podemos indicar que por suelo se entiende todo depósito de partículas minerales y orgánicas disgregadas pero íntimamente asociadas entre sí, pertenecientes al manto rocoso de la litosfera, las cuales presentan diferentes grados de cohesión y fuerzas intermoleculares, que las mantienen vinculadas.
Las rocas, por el contrario, están formadas por minerales y otras substancias sólidas endurecidas, y solo pueden ser excavadas mediante taladros, cuñas o explosivos. No existe sin embargo una frontera neta que diferencie suelos y rocas, ya que ciertos tipos de suelos, luego de un prolongado período de tiempo, pueden consolidarse transformándose en rocas, y las rocas a su vez, pueden desintegrarse y formar suelos con sus partículas pulverizadas. En efecto, la mayoría de los suelos fueron originariamente rocas que el tiempo y los efectos climáticos disgregaron progresivamente. Esto se demuestra en el laboratorio con trozos de roca calcárea, la cual puede desintegrarse primero en partículas de arena, y luego en otras de menor tamaño como las de los limos y arcillas
MECÁNICA DE SUELOS Y LA INGENIERÍA CIVIL
Los suelos constituyen un inagotable tema de investigación y estudio para diferentes ramas de la ciencia, como por ejemplo la geología, la agronomía y la mineralogía. Desde el punto de vista de la ingeniería civil, el suelo se analiza bajo los siguientes aspectos:
- Como base de apoyo para todo tipo de edificaciones
- En forma de masa o talud que debe ser contenido
- Cumpliendo la función de material de construcción
La mecánica de suelos es la ciencia que investiga la naturaleza y comportamiento de la masa de suelo, formada por la unión de las partículas dispersas de variadas dimensiones y constituye una especialidad de la geomecánica que engloba la mecánica de las rocas y de los suelos formados por substancias minerales y orgánicas.
En virtud de la heterogénea variedad de los suelos, con aleatorias composiciones y diversas propiedades físico-naturales, el rol de la mecánica de suelos resulta de fundamental importancia en la ingeniería de suelos, así como representa motivo de estudio para geólogos, hidrólogos, y todos los profesionales, técnicos y especialistas cuyo trabajo u oficio involucra el suelo.
Hoy en día es cada vez más concluyente el hecho de que ningún ingeniero que sienta la responsabilidad técnica y moral deja de efectuar un estudio de las condiciones del subsuelo cuando diseña estructuras de cierta importancia, ya que con ello conlleva dos características que se conjugan: seguridad y economía.
Antes de planificar o emprender cualquier obra de ingeniería, ya sea ésta de limitadas proporciones o de gran envergadura, se deben conocer las características y propiedades del suelo en el cual apoyará. Para ello se debe organizar un plan de exploración que depende de la magnitud de la obra a realizar y de la naturaleza del suelo involucrado.
Si se conocen con exactitud las propiedades de un suelo, los resultados beneficiarán siempre la economía y la racionalidad de un proyecto. Por el contrario, construir sin conocer a cabalidad las condiciones del suelo y el subsuelo resulta un falso ahorro, que conlleva a gastos adicionales posteriores, para reparar los daños ocasionados por este error. En ciertos casos estas reparaciones exigen la colocación de nuevas bases, exploraciones del subsuelo adicionales, etc. sin mencionar las implicaciones legales que pueden acarrear y el tiempo que se pierde en todo este proceso de reparación y ajuste.
GEOLOGÍA Y GEOFÍSICA
La geología, del griego geo, «Tierra», y logos, «discurso». Es la ciencia que persigue la comprensión del planeta Tierra. La ciencia de la Geología se ha dividido tradicionalmente en dos amplias áreas: la física y la histórica. La Geología física, estudia los materiales que componen la tierra y busca comprender los diferentes procesos que actúan debajo y encima de la superficie terrestre. El objetivo de la Geología histórica es comprender el origen de la Tierra y su evolución a lo largo del tiempo. Por tanto, procurar ordenar cronológicamente los múltiples cambios físicos y biológicos que han ocurrido en el pasado geológico. El estudio de la Geología física precede lógicamente al estudio de la historia de la Tierra, porque, antes de intentar revelar su pasado, debemos comprender primero cómo funciona la Tierra.
La Geología se percibe como una ciencia que se realiza en el exterior, lo cual es correcto. Una gran parte de la Geología se basa en observaciones y experimentos llevados a cabo en el campo. Pero la Geología también se realiza en el laboratorio donde, por ejemplo, el estudio de varios materiales terrestres permite comprender muchos procesos básicos. Con frecuencia, la Geología requiere una comprensión y una aplicación del conocimiento y los principios de la Física, la Química y la Biología. La Geología es una ciencia que pretende ampliar nuestro conocimiento del mundo natural y del lugar que ocupamos en él.
Por su parte la Geofísica es por definición la aplicación de los principios y prácticas de la física para la resolución de los problemas relacionados con la tierra. Puede decirse que surgió de la física y de la geología.
En sus inicios la Geofísica se subdividía en Meteorología, Hidrología, Oceanografía, Sismología, Vulcanología, Geomagnetismo, Geodesia, Geodinámica, Glaciología, Geotermia y Geocronología. Incluso llegó a llamársela Geofísica de Tierra Sólida, Húmeda y Gaseosa. Hoy, muchas de las ciencias mencionadas tuvieron tan rápido crecimiento que les permitió independizarse de la Geofísica.
El objetivo principal y actual de la Geofísica es la determinación de la estructura y composición de la tierra, así como la historia de sus variaciones pasadas, presentes y futuras. Obviamente este objetivo es compartido por la geología, se diferencian es en la metodología. Los geólogos adquieren el conocimiento de la tierra mediante observaciones directas de las rocas, mientras que la geofísica utiliza mediciones indirectas. No hay dudas entonces de que son ciencias complementarias.
La exploración geofísica ha sido usada exitosamente desde hace muchos años en numerosos campos de la ingeniería de suelos, especialmente orientada a la extracción de petróleo o minerales, construcción de presas y autopistas, registro de pozos, etc.
EL NIVEL FREÁTICO Y SU IMPACTO EN LOS PROYECTOS DE INGENIERÍA
El suelo es un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros para formar una compleja red de canales de diferentes magnitudes que se comunican tanto con la superficie del terreno como con las fisuras y grietas de la masa del mismo; de aquí que el agua cae sobre el suelo parte escurre y parte se infiltra por acción de la gravedad hasta estratos impermeables más profundos, formando la llamada capa freática. El límite superior de este manto acuoso se llama nivel freático.
El nivel freático, el límite superior de la zona de saturación, es un elemento muy significativo del sistema de aguas subterráneas. El nivel freático es importante para predecir la productividad de los pozos y explicar los cambios de flujo de las corrientes y los manantiales, justificando las fluctuaciones del nivel de los lagos.
La profundidad del nivel freático es muy variable y puede oscilar entre cero, cuando se sitúa en la superficie, y centenares de metros en algunos lugares. Una característica importante del nivel freático es que su configuración varía según las estaciones y de un año a otro, porque la adición de agua al sistema de aguas subterráneas está estrechamente relacionada con la cantidad, la distribución y la frecuencia de las precipitaciones,excepto cuando el nivel freático se sitúa en la superficie, no podemos observarlo directamente. Sin embargo, su elevación puede cartografiarse y estudiarse en detalle allí donde los pozos son numerosos porque el nivel del agua en los pozos coincide con el nivel freático.
La localización del nivel freático y la determinación del régimen de fluctuación del agua libre subterránea, adquiere vital importancia en la ingeniería de suelos, ya que por esta causa pueden producirse inundaciones en los sótanos de edificios, subpresiones en las losas de fundación, y daños a los cimientos en general. Además, la presencia del agua provoca una drástica disminución de la resistencia del esfuerzo cortante del suelo.
Para finalizar se deja a disposición una serie de libros que permitirán conocer más acerca del estudio de la mecánica de suelos:
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