Caracterizacin y clasificacin del terrenoAsociacin y Colegio Oficial de Ingenieros Tcnicos Forestales 53 Caracterizacin y clasificacin del terreno. ngel Mazo Iglesias I.T.Forestal, Perito de Montes E.U.I.T. FORESTAL.U.P.M. Luca Arza Garca I.T. en Topografa. E.U.I.T. FORESTAL. U.P.M. M. de las Mercedes Mazo I.T. Forestal Junta de Extremadura Alejandro Garca Hernndez I.T. Forestal Junta de Extremadura Las pistas o vas forestales son complejas infraestructuras lineales de transporte diseadas y ejecutadas de acuerdo a un proyecto de ingeniera, para el manejo del monte en sus diferentes usos (explotacin forestal, ocio recreativo, extincin de incendios, etc.). Estas obras se asientan sobre terrenos de variada naturaleza, condicionadas por las caractersticas geolgicas, geotcnicas y la configuracin litolgica, lo que conlleva necesariamente un riguroso anlisis y la realizacin de ensayos de los suelos y rocas presentes en el trazado proyectado que garanticen su correcta ejecucin, su adecuacin a los usos previstos y la perdurabilidad de la obra. La naturaleza del terreno que atraviesa una carretera tiene gran influencia en los costes de su construccin y posterior conservacin. El coste de las excavaciones, la formacin de terraplenes y las caractersticas de las obras de fbrica dependen del tipo de suelo por el que se desarrolla el trazado. Los espesores de los firmes varan entre lmites muy amplios dependiendo de las caractersticas mecnicas del suelo sobre el que se asienten. Una carretera construida sin haber adoptado las precauciones necesarias puede resultar muy costosa en su conservacin, pues resulta muy caro intentar arreglar a posteriori los defectos de su construccin. Por tanto, antes de proyectar una carretera es absolutamente necesario conocer la naturaleza del suelo. Fig.:1.- Tipos de materiales a considerar en una caracterizacin geotcnica (Vaunat et al., 1994 y Leroueil et al., 1996) ndices y ensayos en la construccin de vas forestales TCNICA COMUNICACIN

54 n. o 30, 2. o trimestre 20051.- CLASIFICACIN DEL TERRENO

En cuanto a la clasificacin del terreno, pueden establecerse dos grandes grupos: rocas y suelos o tierras. Entendemos por rocas aquellos materiales de distinta naturaleza que forman una fase continua; mientras que hablamos de suelos o tierras cuando nos referimos a los materiales que provienen de la descomposicin o transformacin de las rocas y que forman un conjunto de fase discontinua. 2.- ROCAS

Desde el punto de vista constructivo, sus propiedades varan entre lmites muy amplios. La inalterabilidad por las acciones exteriores tiene gran importancia. Un gneis coherente y estable, una vez realizada la excavacin puede descomponerse por accin de los agentes atmosfricos en pequeos fragmentos, para ms tarde formar una masa semiarcillosa, de caractersticas distintas del material primitivo; as, los taludes que al excavar eran estables llegarn a no serlo y los empujes aumentarn en proporciones tales que podran poner en peligro la estabilidad de las obras de contencin. Las rocas pueden clasificarse en tres grandes grupos: gneas, sedimentarias y metamrficas. 2.1 Rocas gneas Se han formado por el enfriamiento y cristalizacin del magma fundido procedente del interior de la corteza terrestre. El tamao de los granos y la forma de estar unidos vara de un modo continuo, dependiendo de la forma en que el enfriamiento tuvo lugar. En general, las rocas de grano grueso no son recomendables para su empleo en obras de firmes por ser friables, con lo que se deshacen bajo la accin de las cargas del trfico. Las rocas de grano muy fino producen una piedra partida de aristas muy vivas, que pueden dar formas de laja al majarlas. Las rocas gneas se alteran muy

lentamente por la accin de los agentes atmosfricos. El conjunto de las partculas de grano fino y grueso pertenecen a este tipo de rocas. 2.2.- Rocas Sedimentarias Estn formadas por la sedimentacin de los productos ocasionados por la descomposicin de las rocas gneas que, arrastrados por las aguas, se fueron depositando en zonas bajas. Estas rocas, por su menor dureza, son ms fciles de excavar que las rocas gneas; igual que en stas, los taludes se mantienen verticales (1:10), sin temor a desprendimientos, a no ser que tengan interpuestos lechos de arcilla; las areniscas blandas son heladizas y se disgregan fcilmente. No son recomendables para firmes de piedra partida, porque excepto las duras, son friables. Las areniscas tipo conglomerado no pueden emplearse como piedra de firme, son duras de excavar y sus taludes se mantienen bien con pequea inclinacin. Las calizas son rocas de tipos diferentes; las compactas de grano muy fino son duras, pero existen otras muy blandas. Se excavan con relativa facilidad, constituyen un buen cimiento y sus taludes pueden llegar al 1:10. Las margas, mezcla de caliza y arcilla, son rocas blandas, fciles de excavar y heladizas, y se descomponen cuando estn expuestas a los agentes atmosfricos; forman en gran parte terreno de trnsito, entre roca y tierra. El yeso, sulfato de calcio hidratado, se puede presentar solo o mezclado

Las rocas de tipo porfdico son desagregadas y excelentes para la obtencin de firmes.

Asociacin y Colegio Oficial de Ingenieros Tcnicos Forestales 55con arena o arcilla. Se excava fcilmente por ser roca blanda. Procede de la anhidrita, que al hidratarse aumenta considerablemente de volumen, dando lugar a fuertes empujes; se disuelve lentamente en aguas sin movimiento. Las obras de fbrica construidas con cemento para el que se ha empleado aguas selenitosas pueden destruirse por la descomposicin de ste. Por tanto, cuando sea preciso establecer obras de fbrica en terrenos yesferos habr que tomar las mximas precauciones. 2.3.- Rocas Metamrficas Provienen de rocas sedimentarias e gneas sujetas a la accin de ciertos agentes internos: grandes presiones, temperaturas elevadas, etc. Los esquistos y las pizarras son tpicos de este tipo de rocas. No son difciles de excavar, por lo que en ocasiones no precisan el empleo de explosivos, pudiendo removerse con barra metlica. El peligro de deslizamiento depende de sus planos de estratificacin, especialmente cuando hay humedad. Los efectos de heladas pueden producir el desprendimiento de fragmentos de roca. Los productos de la excavacin, generalmente, no sirven para piedra de firme. Cuando se emplean en la formacin de terraplenes ciertas pizarras ligeramente metamorfizadas, se alteran con la accin del tiempo y los agentes atmosfricos y dan lugar a arcillas muy inestables. Las cuarcitas forman una masa cristalina, son duras y buenas para su empleo como piedra majada de firmes. Su excavacin consume gran cantidad de acero de barrenas y de mandbulas en las plantas de ridos. 3.- ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS SUELOS

Los suelos se encuentran en la capa superior de la corteza terrestre y proceden de las formaciones rocosas que afloran al sufrir diferentes transformaciones originadas por la meteorizacin de las mismas. Los cambios climticos tienen gran

influencia en la formacin de los suelos. Unas veces estos cambios producen efectos mecnicos sobre las porciones de roca superficiales; los cambios de temperatura del da a la noche pueden hacer que la roca se rompa por fatiga trmica. La formacin de hielo entre las oquedades tambin produce la rotura de la roca. Otras veces son efectos qumicos los que producen la descomposicin de las rocas, sea por hidratacin causada por el agua superficial, oxidacin o reduccin por los gases que componen el aire, por aguas impuras, etc. No siempre el suelo que se encuentra en un lugar procede de la roca que hay bajo l. Sucede a menudo que los suelos formados por alguna de las acciones arriba mencionadas son transportados a otros lugares por

56 n. o 30, 2. o trimestre 2005diversos agentes, como pueden ser el agua, el viento, la gravedad, etc. Estos suelos son alterados durante su transporte y, as, las partculas que los forman pueden ser troceadas de nuevo y pulimentadas. Desde este punto de vista, podemos distinguir dos tipos de suelos: los residuales y los transportados. Esta diferencia influye en algunas de sus caractersticas, ajenas a las transformaciones sufridas en el transporte. En el caso de los suelos residuales, en su yacimiento suelen presentarse unas macroestructuras que son reflejo de las que tena la roca de la que proceden. Estas estructuras primarias suelen conferirles mejores caractersticas en lo referente a su resistencia a la deformacin que las que poseen cuando se destruyen las mismas por remocin del material de su yacimiento. Tambin es de notar que pueden presentarse estratificados, si lo estaba la roca de que proceden. En los suelos transportados, evidentemente, se ha roto la macroestructura de la roca primitiva. Pueden presentarse, no obstante, estratificados, dependiendo de la forma de su transporte y las pocas en que se ha efectuado. En el cuadro anterior se muestran algunas estructuras diversas de suelos. Cuando la accin qumica no puede actuar, como ocurre en los desiertos por falta de humedad, se encontrarn suelos totalmente arenosos y tambin se hallarn en aquellas zonas donde un lavado continuo arrastra el material fino (limos y arcillas). Esto ltimo ocurre en las playas y las ramblas de los ros y en grandes extensiones del norte de Europa, donde las precipitaciones abundantes lavan continuamente el suelo, sometido, por otra parte, a escasa accin qumica por las bajas temperaturas del ambiente. En las regiones tropicales, el calor y la humedad actuando conjuntamente hacen muy intensa y eficiente la accin qumica, encontrndose enormes extensiones de suelos arcillosos. Los dos compo-

nentes esenciales y extremos del suelo son la arena y la arcilla, situndose los limos entre ambos. La arena es inerte. Con un determinado grado de humedad tiene una cohesin aparente que puede alcanzar el valor preciso para que el suelo arenoso soporte sobre l la accin de un trfico relativamente importante. Si el contenido en agua aumenta o disminuye de la proporcin crtica, la cohesin aparente va hacindose menor y llega a desaparecer. La fraccin de suelo cuyo tamao oscila entre 0'002 y 0'02 mm se denomina limo. Por debajo del tamao inferior se denomina arcilla. Lo que realmente diferencia los limos de la arcilla son sus propiedades plsticas. Los limos son arenas finsimas; el tamao de sus granos es suficientemente grande como para que los fenmenos de superficie tengan poca importancia; por ello son inertes y poco plsticos. En las arcillas, la forma de laja de sus granos y su tamao muy reducido hacen que la relacin rea/volumen sea enorme, y por ello los fenmenos de superficie tienen importancia fundamental y son causa de su plasticidad, propiedad peculiar de su comportamiento. No es la composicin granulomtrica de una arcilla el nico factor determinante de sus propiedades plsticas; la proporcin de agua que una arcilla puede contener depende del estado de tensiones a que se encuentre sometida, as como de la naturaleza y propiedades de sus partculas. En la prctica tiene gran importancia el fenmeno de entumecimiento de las arcillas. Si estn sometidas a una compresin por fuerzas exteriores y en un momento determinado stas cesan, al verse libre de ellas aumentan de volumen. Se comportan como un muelle al liberarlo de la fuerza que lo comprime. Si las arcillas estaban en contacto con el agua, al aumentar de volumen, la absorben. Si las arcillas estn suficientemente desecadas, el valor de las fuerzas capilares las tienen comprimidas; si se ponen en contacto con el agua, las fuerzas capilares disminuyen y las arcillas se desentumecen, aumentando de volumen y absorbiendo el agua.

El aumento de volumen que se produce por entumecimiento origina fuertes empujes que pueden deformar la superficie de un pavimento, actuar sobre un muro de carga, etc. En los suelos poligonales, la estructura de la superficie de suelo est caracterizada por una subdivisin en polgonos ms o menos regulares y de dimensiones variables. Se trata de una forma morfolgica propia de regionesEfectos y tipo de clima que ms les favorece (Rojo Lpez, J. y Martnez Muro, J.E., 1998

Estructuras diversas de suelos

Asociacin y Colegio Oficial de Ingenieros Tcnicos Forestales 57de clima periglacial y de zonas montaosas de regiones de clima templado. En las condiciones climticas actuales, este tipo de suelo se forma en lugares donde la temperatura media anual no excede de 10o

C, en especial en regiones donde se desarrolla el permafrost. Los suelos poligonales aparecen siempre asociados, constituyendo retculos de extensin variable. 4.- DESCRIPCIN DE LOS SUELOS EN CAMPO

Para un control adecuado de los suelos se necesita su correcta identificacin. La falta de tiempo o de medios hace que, frecuentemente, sea imposible realizar detenidos ensayos para poder clasificarlos. La habilidad de identificarlos en campo por simple inspeccin visual y su examen al tacto son importantes, ya que frecuentemente se deben tomar decisiones basadas en este reconocimiento; aunque posteriormente conviene que se realicen los ensayos necesarios en laboratorio. 4.1.- Ensayos para la identificacin en campo Los siguientes ensayos son sencillos, por lo que se pueden llevar a cabo sin equipo y ayudan en la identificacin de los suelos. No se debe tomar una decisin basndose en un solo ensayo; han de realizarse todos los adecuados y luego identificar el suelo. Inspeccin visual Forma del grano. Se observan y clasifican las partculas de arena y grava en cuanto a su grado de angulosidad y redondez. Tamaos y graduacin de los granos. Los tamaos en arenas y gravas se reconocen fcilmente por inspeccin visual. Los granos ms pequeos que el lmite menor de la arena no pueden apreciarse a simple vista, y deben ser identificados por medio de otros ensayos. Para conocer la granu-

lometra de suelos de grano grueso se extiende una muestra representativa sobre una superficie plana y se observa la distribucin o la uniformidad de los tamaos de las partculas. Para la granulometra de suelos de grano fino se agita la muestra en una jarra de agua y se la deja sedimentar. La granulometra aproximada se ve por la separacin de las partculas en la jarra, desde arriba hasta el fondo. El limo permanece en suspensin al menos durante un minuto; la arcilla, una hora o ms. 4.2- Granulometra Desde el punto de vista del tamao de las partculas que componen un suelo, se han hecho diversas clasificaciones, ms o menos arbitrarias. Adoptaremos la siguiente: -Grava > 20 mm -Gravilla 20-2 mm -Arena gruesa 2-0'2 mm -Arena fina 0'2-0'02 mm -Limo 0'02-0'002 mm -Arcilla 0'002-0'0002 mm -Ultracoloides de arcilla 75 indica un material granular propio para hormigones; EA