Manuales Profesionales de la Sociedad Geolgica

SUELOS RESIDUALES TROPICALES

Hombre Nuevo Editores

Medelln

Geological Society Professional Handbooks

Manuales Profesionales de la Sociedad Geolgica.

Editor de la Serie M. EDDLESTON

Geological Society Professional Handbooks

Manuales Profesionales de la Sociedad Geolgica.

SUELOS RESIDUALES TROPICALES

A geological society Engineering Group

Working Party Revised Report

Informe revisado del Grupo de Trabajo

de la Seccin de Ingeniera de la Sociedad Geolgica.

Editado por Peter G. Fookes

Traduccin, notas y glosario de trminos por F. Hoyos Patio

1997

Publicado por

The Geological Society

London

LA SOCIEDAD GEOLGICA

La Sociedad Geolgica fue fundada en 1807 como Geological Society of London y recibi su carta real en 1825 con el objeto de investigar la estructura mineral de la Tierra. Esta es la sociedad geolgica ms antigua del mundo y la agremiacin nacional britnica de gelogos con una afiliacin aproximada de ocho mil miembros, mil de los cuales aproximadamente residen en el exterior. La Sociedad es responsable de todos los aspectos de las ciencias geolgicas incluyendo las cuestiones profesionales. La Sociedad tiene su propia casa editorial que publica las revistas internacionales de la sociedad, libros y mapas, y acta como el distribuidor europeo de las publicaciones de la Asociacin Americana de Gelogos del Petrleo y de la Sociedad Geolgica de Amrica.

La afiliacin est abierta para quienes han recibido un grado con honores en geologa o una disciplina relacionada y que tengan al menos dos aos de experiencia relevante despus de graduarlos o para quienes tienen ms de seis aos de experiencia relevante en geologa o en una disciplina relacionada. Un miembro que tenga ms de cinco aos de experiencia en la prctica de la geologa despus de su grado puede solicitar la validacin y, pueden utilizar la designacin C Geol (Chartered Geologist).

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Fax 01225 442836)

Primera edicin 1997

Los editores no garantizan expresa o implcitamente la exactitud de la informa-cin contenida en este libro y no aceptan responsabilidad legal alguna por errores u omisiones que haya en l.

( The Geological Society, 1997. Todos los derechos reservados. Prohibida la reproduccin, copia o transmisin de esta publicacin sin un permiso escrito. Ningn pargrafo de esta publicacin puede ser reproducido, copiado o transmitido salvo bajo las estipulacines de la Copyright Licensing Agency, 90 Totthenham Copurt Road, London WIP 9HE. El cdigo y la tarifa de esta publicacin para los usuarios registrados en el Copyright Clearance Center, 27 Congress Street, Salem, MA 01970, USA es 1-897799 1/97/$10.00.

ISBN 1-897799-38-1

TABLA DE CONTENIDO

1. Introduccin

1.1. El Grupo de Trabajo

1.2. Suelos residuales tropicales

1.3. Estructura del contenido del informe

1.4. Esta edicin

2. Orgenes y distribucin de los suelos residuales tropicales

2.1. Meteorizacin tropical

2.2. Corazas

2.3. Saprolito

2.4. Factores pedogenticos y caractersticas de los tipos de suelos residuales

2.4.1. Fase 1: Suelos fersialticos

2.4.2. Fase 2: Suelos ferruginosos

2.4.3. Fase 3: Suelos ferralticos

2.5. Factores que influyen en el espesor de los mantos de suelos residuales

2.5.1. Localizacin del sitio

2.5.2. Desarrollo geolgico del sitio

2.5.3. Entorno geomorfolgico del sitio

2.5.4. Historia de la meteorizacin y erosin en el sitio

2.5.5. Resumen

2.6. Rasgos del perfil de inters en ingeniera

2.6.1. Cubiertas de corazas duras

2.6.2. Horizontes de arcilla residual con saprolitos

2.6.3. Transicin de saprolito a roca fresca

2.6.4. Espesor total de meteorizacin

2.6.5. Suelos transportados

2.7. Variabilidad lateral de los suelos residuales tropicales

2.7.1. Patrones regionales de meteorizacin

2.7.2. Patones locales de meteorizacin

2.7.3. Variaciones de perfiles

2.7.4. Resumen

3. Clasificacin del suelo

3.1. Objetivo

3.2. Antecedentes

3.3. Clasificacin gentica

3.3.1. Definiciones

3.4. Clasificacin para ingeniera

3.4.1. El proceso de meteorizacin tropical

3.4.2. Reconocimiento de caractersticas geotcnicas

4. Descripcin e identificacin de campo

4.1. Introduccin

4.2. Caractersticas generales del sitio

4.2.1. Localizacin

4.2.2. Geomorfologa

4.2.3. Geologa

4.2.4. Clima actual

4.2.5. Topografa e hidrologa

4.2.6. Vegetacin

4.2.7. Interaccin de geoforma, geologa y clima

4.3. Caractersticas de los materiales del suelo

4.3.1. Generalidades

4.3.2. Humedad

4.3.3. Color

4.3.4. Resistencia

4.3.5. Estructura

4.3.6. Textura

4.3.7. Densidad aparente

4.3.8. Comportamiento

4.3.9. Mineraloga

4.4. Caractersticas de la masa del suelo

4.4.1. Generalidades

4.4.2. Composicin

4.4.3. Estructura geolgica

4.4.4. Comportamiento

4.4.5. Nomenclatura

4.5. Recoleccin de datos

4.5.1. Procedimiento

4.5.2. Estudios de oficina

4.5.3. Actividades de campo

5. Muestreo y ensayos de los suelos tropicales residuales

5.1. Introduccin

5.2. Ensayos para la clasificacin de suelos

5.2.1. Preparacin de muestras alteradas

5.2.2. Contenido de humedad

5.2.3. Ensayos de plasticidad

5.2.4. Ensayo de contraccin

5.2.5. Granulometra

5.2.6. Densidad de partculas

5.2.7. Estimacin de la resistencia de los agregados

5.2.8. Densidad in situ

5.2.9. Clasificacin por relacin de vacos

5.2.10. Succin en el suelo

5.3. Ensayos relacionados con la compactacin

5.3.1. Preparacin de la muestra

5.3.2. Compactacin

5.3.3. Relacin de soporte de California (CBR)

5.3.4. Valor de la condicin de humedad

5.4. Resistencia y sensibilidad

5.4.1. Caractersticas de los suelos residuales tropicales

5.4.2. Calidad de las muestras

5.4.3. Medida del esfuerzo total y sensibilidad

5.4.4. Medida del esfuerzo efectivo en suelos parcialmente saturados

5.4.5. Cementacin entre partculas

5.4.6. Relacin de vacos y estructura granular

5.4.7. Esfuerzo residual

5.4.8. Correlacin con las propiedades ndice

5.5. Arcillas expansivas

5.6. Suelos colapsables

5.7. Suelos dispersables y erosionables

5.7.1. Suelos dispersables

5.7.2. Suelos erosionables

5.8. Ensayos qumicos

5.8.1. Ensayos de rutina

5.8.2. Espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF)

5.8.3. Capacidad de intercambio catinico (CIC)

5.9. Mineraloga del suelo y microestructura

5.9.1. Uso de microscopio ptico

5.9.2. Microscopa de barrido electrnico (SEM)

5.9.3. Difraccin de rayos X (XRD)

5.9.4. Anlisis trmico

5.9.5. Espectroscopia infrarroja

5.10. Perforacin y muestreo

5.10.1. Introduccin

5.10.2. Perforacin

5.10.3. Muestreo

5.10.4. Muestreo para la determinacin de la densidad, humedad y granulometra

5.10.5. Muestreo para la determinacin en el laboratorio de la resistencia y rigidez

5.10.6. Muestras de bloque

5.10.7. Proteccin de muestras laboradas a mano

5.11. Ensayos in situ

5.11.1. Introduccin

5.11.2. Penetrmetros

5.11.3. Ensayos de placa

5.11.4. Ensayos con presimetro

5.11.5. Ensayos de permeabilidad

6. Guas para la determinacin de las caractersticas y propiedades geotcnicas

6.1. Generalidades

6.2. Suelos residuales in situ

6.2.1. Mineraloga

6.2.2. Resistencia y fracturamiento de los granos

6.2.3. Estructura y cementacin entre partculas

6.2.4. Relacin de vacos

6.2.5. Propiedades hidrulicas y permeabilidad

6.2.6. Determinacin de las propiedades geotcnicas in situ

6.3. Saturacin parcial

6.3.1. Influencia dela saturacin parcial en los esfuerzos efectivos

6.3.2. Expansin

6.4. Llenos con suelos residuales

6.4.1. Resistencia en condicin drenada y compresibilidad

6.4.2. Permeabilidad y propiedades hidrulicas del suelo compactado

6.4.3. Densidad del suelo compactado y contenido de humedad

6.4.4. Baja resistencia en condicin no drenada y problemas en llenos de suelos residuales con altas relaciones de vacos

6.4.5. Discontinuidades en llenos

6.4.6. Recementacin de llenos

6.5. Dificultades prcticas al trabajar con suelos residuales

6.6. Suelos residuales en pavimentos

6.7. Corazas como fuentes de agregados

Apndice. Descripcin de campo y aplicaciones prcticas

Glosario

Agradecimientos

Miembros del Grupo de Trabajo

Referencias

Indice analtico

1. Introduccin

1.1. El Grupo de Trabajo

El Grupo de Trabajo fue convocado originalmente al final de 1985 por la Seccin de Ingeniera de la Sociedad Geolgica. El Tesorero del Grupo de Trabajo y Presidente de la Seccin de Ingeniera fue el Dr- Roy Taylor de la Universidad de Durham, quien lamentablemente muri en el otoo de 1967 cuando el Grupo de Trabajo estaba preparando la discusin pblica de su primer borrador. Esta tuvo lugar en la Sociedad Geolgica en Londres el 8 de marzo de 1988. El Dr. Taylor fue reemplazado en el Comit por Mr. John Charman y, gracias a su duro trabajo, continuaron sin interrupcin las tareas tcnicas y financieras. La Sociedad tiene una deuda de gratitud con ambos miembros. La primera edicin del Informe fue publicada en 1990 en el Quarterly Journal of Engineering Geology. Esta edicin revisada fue publicada en 1997.

Los suelos residuales tropicales difieren de los suelos transportados en que son formados principalmente por procesos glaciales, aluviales, litorales o elicos. los suelos residuales forman probablemente el mayor grupo de inters para el ingeniero en los trpicos. Al ser formados in situ, estos suelos tienen caractersticas particulares que los distinguen de los materiales depositados en un medio fluido como el aire o el agua.

La literatura pedolgica, geolgica, geogrfica y geotcnica sobre suelos residuales tropicales es abundante. Sin embargo, existe una considerable confusin en la literatura geotcnica sobre la definicin, formacin y propiedades de los suelos residuales desde el punto de vista geotcnico. Es razonable concluir que actualmente hay una brecha considerable entre el conocimiento cientfico y tcnico. Muchos ingenieros llaman errneamente lateritas a todos los suelos residuales tropicales cuya descripcin original cientfica lo limita a un grupo relativamente pequeo de suelos rojos que se endurecen irreversiblemente al ser expuestos al aire (Buchanan 1807). Este Informe evita el uso de laterita excepto en el sentido original de Buchanan.

El objetivo de la Seccin de Ingeniera de la Sociedad Geolgica fue establecer una gua razonablemente completa para la clasificacin de suelos residuales tropicales. Los miembros del Grupo de Trabajo fueron escogidos entre personas reconocidas por haber estado interesados particularmente con los suelos residuales tropicales como acadmicos, investigadores, constructores o consultores e incluy entre sus miembros a gelogos, geomorflogos, pedlogos e ingenieros civiles. Dos miembros recibieron la responsabilidad especfica de redactar cada uno de los captulos y los dems miembros del Grupo de Trabajo cooperaron con ellos de acuerdo con su experiencia particular. Varios expertos ajenos al Grupo de Trabajo, con conocimientos especficos sobre el objeto de cada capitulo en particular, participaron en las discusiones; la lista de estos expertos se encuentra en los agradecimientos. El borrador completo del Informe del Grupo de Trabajo fue enviado a varios especialistas con amplia experiencia en busca de sus opiniones; sus nombres tambin aparecen en los agradecimientos. Numerosas personas contribuyeron en diferentes maneras y la reunin pblica de 1988 produjo comentarios e ideas tiles. A estos colaboradores y a otros que pueden haber sido omitidos inadvertidamente, les damos gracias.

Este Informe es un esfuerzo de equipo y dada la profundidad, amplitud y diversidad del tema puede no ser aprobado unnimemente. Sin embargo, se espera que sea valioso, especialmente en el campo y en el laboratorio, para los ingenieros que slo tienen un conocimiento limitado o parcial de los suelos tropicales. En particular, se espera que este Informe resuma los principios que se encuentran detrs de la formacin de los suelos tropicales residuales y que el sistema de clasificacin propuesta le permita a los ingenieros y a los gelogos reconocer tales suelos en el campo. El sistema de clasificacin tambin puede indicar que los suelos residuales pueden contener ingredientes o estructuras que conduzcan a resultados equvocos, o pueden contribuir a retardos costosos en la construccin, y a comportamientos inadecuaos durante su vida til.

El Comit de Ingeniera encarg al Grupo de Trabajo la tarea general de proporcionar una gua prctica para los suelos residuales con una base cientfica y apropiada para el uso geotcnico. Los detalles fueron dejados a juicio del Grupo de trabajo pero fueron orientados para el uso de ingenieros civiles, ingenieros gelogos y geomorflogos, dedicados a trabajar en cimentaciones, carreteras, tneles, presas y sistemas hidrulicos y otros proyectos de ingeniera en suelos residuales. El Grupo de Trabajo limit el alcance geogrficos a los suelos residuales desarrollados en ambientes climticos tropicales y subtropicales y excluy los suelos residuales tropicales heredados, como los que se encuentran el suroeste de Inglaterra, formados en climas tropicales y subtropicales que ya no existen en el rea. Se consider tambin que deba ser definido el lmite inferior de los suelos residuales tropicales pero esto es ms problemtico y se discute en la seccin 1.2. Tambin fueron excluidos especficamente los suelos tropicales transportados aunque se reconoce su relevancia en la prctica geotcnica, pero esto podra haber ampliado an ms el alcance de este Informe. Su inclusin tambin habra necesitado la consideracin de las propiedades de los suelos transportados originadas en los mecanismos de transporte y depsito. Sin embargo, se incluyen las corazas en la medida en que se han desarrollado in situ.

1.2. Suelos tropicales residuales

Los procesos de formacin de los suelos residuales incluyen la incorporacin de humos (vegetacin en descomposicin), la meteorizacin fsica y qumica, la lixiviacin, el arrastre de materiales insolubles, la acumulacin de residuos insolubles, el movimiento vertical de partculas finas y la alteracin por la penetracin de races, la excavacin por animales, la cada libre y la desecacin. Su accin individual o conjunta da lugar a una sucesin de horizontes ms o menos diferenciados aproximadamente paralelos a la superficie del terreno que puede ser disconforme con la estructura de la roca. La secuencia de horizontes en cada sitio constituye el perfil del suelo.

Las capas de suelos cercanas a la superficie del terreno estn fuertemente influenciadas por el humus y los ciclos de humedecimiento y secado y otros ciclos estacionales. Al aumentar la profundidad desparece el contenido de materia orgnica y se reducen las fluctuaciones estacionales del contenido de humedad. En profundidad, el movimiento del agua es ms lento, y se hace ms difcil el transporte de las partculas finas y de los solutos a travs del perfil del suelo. Consecuentemente, la mineraloga y la granulometra, y en consecuencia, las propiedades geotcnicas pueden cambiar con la profundidad aunque el perfil completo se haya desarrollado a partir de una roca madre homognea. Los horizontes cerca de la superficie (ferralticos), con minerales muy alterados frecuentemente migran verticalmente a horizontes menos alterados (fersialiticos) en los que los minerales originales de la roca se encuentran inalterados en gran medidas, o parcialmente alterados, pero todava como seudomorfos intactos. El contenido de arcilla frecuentemente disminuye hacia abajo y los minerales con capas 1:1 (caolinita) pueden cambiar a minerales 2:1 (esmectita) dando lugar a caractersticas geotcnicas significativamente diferentes. El material encontrado en profundidad en un perfil de suelo tropical puede parecer grus o eluvium, encontrado en latitudes ms altas sobre la roca meteorizada. Las segregaciones ferruginosas se encuentran tpicamente en la parte superior del perfil aunque puede extenderse a profundidades mayores que diez metros.

Para efectos de este Informe, el lmite inferior del perfil suelo/roca fue objeto de intensa discusin. Esencialmente hay cuatro posibilidades reales, que pueden ser visualizadas considerando la clasificacin de meteorizacin en seis categoras, presentada en la norma BS 5930 (1981), Tabla 10, que fue desarrollada por los primeros tres Grupos de Trabajo: Registro de ncleos (1970), Cartografa de Ingeniera Geolgica (1972) y Macizos Rocosos (1977).

Las cuatro posibilidades consideradas fueron las siguientes (Vese la Tabla 1.1 y la Figura 1.1):

(1) El lmite del grado de meteorizacin VI. Aunque esto es correcto, en el interior del Grupo de Trabajo se pens que era algo restrictivo para efectos geotcnicos en la medida en que una gran parte del material descrito normalmente como suelo se encuentra por debajo de este grado en el perfil de meteorizacin.

(2) La base del grado de meteorizacin III, pero considerando slo el componente de suelo. Este concepto recibi considerable apoyo pero fue rechazado porque se aparta del concepto de suelo residual en el espritu de este Informe. En los grados de meteorizacin II y III la masa rocosa llega a ser ms importante en el control del comportamiento geotcnico y el suelo mismo est menos desarrollado como un componente dentro del perfil de meteorizacin.

(3) La base del grado de meteorizacin III pero considerando tanto el suelo como la roca. Esta alternativa fue rechazada por razones similares a las del literal 2, i.e. el volumen del suelo dentro del perfil es bajo en relacin a la roca que controla el comportamiento de la masa.

(4) La base del grado de meteorizacin IV. sta fue la definicin escogida para el lmite inferior del suelo residual en este Informe. Corresponde al trmino saprolito, i.e. el manto meteorizado, segn el uso cientfico y geogrfico generalizado. Esta alternativa tiene la ventaja de incluir la mayor parte del suelo en el perfil de meteorizacin de la Tabla 1.1, y en el perfil se encuentra aproximadamente donde las propiedades de la masa y del material son todava las de un suelo. Por debajo de este limite, en el grado de meteorizacin III, las caractersticas de la roca comienzan a dominar en la masa y en el material.

Tabla 1.1. Escala de grados de meteorizacin del macizo rocoso

Trmino

Descripcin

Grado

Fresca

Sin rasgos visibles de meteorizacin del material rocoso; puede haber una ligera decoloracin en las superficies mayores de discontinuidad.

I

Ligeramente meteorizada

La decoloracin indica la meteorizacin del material rocoso y las superficies de discontinuidad. Todo el material rocoso puede estar decolorado por meteorizacin.

II

Moderadamente

meteorizada

Menos de la mitad del material rocoso est descompuesto o desintegrado como suelo. La roca fresca o decolorada est presente como un entramado o como bloques aislados.

III

Muy meteorizada

Ms de la mitad del material rocoso est descompuesto o desintegrado como suelo. La roca fresca o decolorada est presente como un entramado o como bloques aislados.

IV

Completamente meteorizada

Todo el material rocoso est descompuesto o desintegrado. La estructura de la masa original se encuentra intacta.

V

Suelo residual

Todo el material rocoso est convertido en suelo. La estructura de la masa y del material han desaparecido, hay cambio de volumen, pero el suelo no ha sido transportado significativamente.

VI

Tomada de la Tabla 8 de Annimo (1977)

Figura 1.1 Perfil de meteorizacin.

Debe enfatizarse que

Aunque los trminos estructura, fbrica y textura son utilizados frecuentemente en la literatura sobre suelos residuales tropicales, frecuentemente son empleados con sentidos aparentemente contradictorias en la mecnica del suelo, en la mecnica de las rocas y en geologa. Para fines de este Informe fueron adoptadas las siguientes definiciones:

Estructura: la fbrica, textura y patrones de descontinuidad del conjunto del geomaterial como masa o unidad.

Fbrica: la distribucin espacial de las partculas que componen el geomaterial.

Textura: La morfologa, tipo y tamao de las partculas componentes del geomaterial.

Discontinuidades: La naturaleza y distribucin de las superficies que separan elementos de fbrica, material o masa de geomaterial.

Adicionalmente, los elementos anteriores pueden ser descritos en diferentes niveles de escala; de nuevo, para fines de este informe fueron adoptadas las siguientes definiciones:

Nivel Micro: 50 mm. Los patrones llegan a ser visibles en los mapas o en imgenes de sensores remotos aunque los elementos individuales pueden ser visibles en el campo.

1.3. Estructura del Informe. Contenido

El tema central del Informe es la clasificacin y descripcin de los suelos residuales tropicales. El tratamiento completo de las caractersticas y comportamientos geotcnicos no hacen parte del alcance de este Informe pero se tratan con el fin de demostrar la relevancia y los objetivos de la clasificacin.

En el Captulo 2 se discute con cierto detalle los orgenes, los procesos de meteorizacin y la distribucin de los suelos residuales. En este captulo se pretende definir el escenario cientfico como el fundamento de los aspectos geotcnicos prcticos y de campo que se encuentran a continuacin. Los factores pedogenticos que influyen en las caractersticas de los suelos residuales, incluyendo las corazas, se discuten de acuerdo con el sistema de Duchaufour (1982) principalmente. Tambin se presentan los factores que influyen en el espesor del suelo residual incluyendo los aspectos regionales geolgicos y geomorfolgicos, y la historia de meteorizacin y erosin.

El Captulo 3 trata exclusivamente de la clasificacin de los suelos residuales tropicales. En este captulo se presenta la Tabla del Grupo de Trabajo que proporciona una gua general para predecir los grupos de suelo, y su comportamiento geotcnico probable, que pueden encontrarse ms probablemente en cualquier combinacin particular de material parental y condiciones ambientales. Esto no significa que sea una tabla de clasificacin como tal. Ha habido muchos intentos de conciliar las caractersticas de los suelos tropicales con las clasificaciones geotcnicas convencionales; ninguno de ellos ha tenido xito. En gran medida esto se ha debido a que muchas de las propiedades especiales de los suelos se derivan de su origen residual, a diferencia de los suelos de origen sedimentario con los que estn ms familiarizados los ingenieros. La clasificacin cientfica mejor desarrollada es la de los pedlogos; en consecuencia, se ha adoptado una gua cientfica pedolgica basada en muchas fuentes, de la cual se ha derivado una gua geotcnica simple. Se espera que una vez el ingeniero se familiarice con los trminos utilizados pueda ser ms fcilmente accesible la amplia base de datos disponible en fuentes pedolgicas y geomorfolgicas. Las divisiones bsicas de la tabla son: corazas, vertisoles, suelos ferruginosos, suelos ferralticos y suelos fersialticos.

En el Captulo 4 se utilizan numerosas tablas para proporcionar un esquema de descripciones de campo de los suelos residuales tropicales compatible con los captulos anteriores. La descripcin de campo se considera en tres categoras principales: caractersticas generales; caractersticas del material del suelo y caractersticas de la masa de suelo, Adicionalmente se discute los procedimientos de generacin de informacin y delas actividades de campo, incluyendo los ensayos in situ que pueden hacerse manualmente.

En el Capitulo 5 se describe las operaciones de muestreo y ensayos en una forma convencional. Se ha hecho nfasis en los procedimientos y tcnicas que deben ser modificados de los mtodos aceptados o estndar utilizados con los suelos sedimentarios. Se incluye los ensayos qumicos y mineralgicos, conjuntamente con los ensayos in situ que requieren equipos especiales.

Si se ejecutan ensayos convencionales en algunos suelos residuales puede ser difcil establecer las relaciones y correlaciones usuales; las relaciones empricas locales deben ser evaluadas a partir de la experiencia. En particular, para muchos suelos residuales tropicales el secado, an el secado parcial a temperaturas moderadas, produce cambios en su comportamiento fsico. En este informe se propone un sistema de clasificacin alternativo basado en la relacin de vacos.

En el Captulo 6 se encuentran algunas pautas sobre caractersticas y comportamiento geotcnicos. Puede haber lugar a confusin cuando se utiliza los conceptos y correlaciones derivados de la experiencia con suelos sedimentarios para predecir el comportamiento de los suelos residuales tropicales durante la construccin- En particular deben considerarse las siguientes propiedades e implicaciones en el comportamiento geotcnico: la mineraloga, la estructura variable del suelo y la presencia de elementos cementantes entre las partculas, la variacin en la relacin de vacos, la permeabilidad, las discontinuidades con baja resistencia y la condicin de saturacin parcial que frecuentemente se encuentra hasta profundidades considerables.

1.4. Esta edicin

El Informe original fue publicado en su totalidad en 1990 en el Engineering Quarterly Journal 23, 1, 1-101.

Esta edicin ha sido sometida a revisiones menores o moderadas de cada captulo para incorporar los avances en el conocimiento cientfico y geotcnico disponible desde la publicacin original. Adicionalmente, ha sido aprovechada la oportunidad para corregir errores y omisiones (particularmente algunas referencias que fueron omitidas) y como resultado de experiencia obtenida desde 1990, para introducir cambios menores que hagan ms prctica la publicacin. El Captulo 2 se ha beneficiado especialmente de los avances cientficos (principalmente pedolgicos), y el Captulo 4 de los avances prcticos en trabajo de campo en ingeniera geolgica.

Todas las revisiones fueron hechas por los miembros originales del Grupo de Trabajo involucrados en la residuales de los 6 captulos con las excepciones del profesor P. Vaughan quien fue reemplazado por el profesor J. Atkinson y el Dr. M. R. Coop, los miembros que participaron en la revisin se encuentran en la lista que sigue a los agradecimientos.

2. Origen y distribucin de los suelos tropicales residuales

2.1. Meteorizacin tropical

La meteorizacin de los minerales primarios en las regiones tropicales es ms intensa y ocurre a profundidades mayores que en cualquier otra parte. La materia orgnica se degrada rpidamente y pocas veces es incorporada mas abajo de una delgada capa superficial. Consecuentemente, la meteorizacin ocurre principalmente por hidrlisis en condiciones cercanas a un pH neutro a profundidades muy por debajo de la influencia de los productos de descomposicin cida orgnica. La alteracin frecuentemente es tan intensa que los materiales del suelo se comportan, en sentido geotcnico, de manera muy diferente a los materiales parentales de los que se derivan. Esto rara vez es cierto de los suelos menos alterados de las regiones templadas.

Los xidos de hierro y aluminio y los xidos hidratados liberados por la meteorizacin subsuperficial tropical no se disuelven tanto como en los ambientes de suelos ms cidos que caracterizan las regiones templadas y, consecuentemente, tienden a permanecer in situ. El xido de hierro se cristaliza como hematita ((Fe2O3) cuando el suelo se seca estacionalmente, o como goetita ((Fe2O3.H2O) en un ambiente hmedo; la hematita le da al suelo un color rojizo, la goetita un color pardo u ocre. La gibbsita ((Al2O3.3H2O) es el principal xido de aluminio que se forma durante la meteorizacin.

La slice se pierde en solucin o se combina con otros productos de meteorizacin para formar minerales de arcilla tipo 2:1 (principalmente esmectita), o ms frecuentemente minerales de arcilla 1:1 deficientes en slice (principalmente caolinita). Las bases (K,Na,Ca,Mg) se pierden en solucin o se incorporan a los minerales 2:1; la caolinita no recibe bases o lo hace en una cantidad muy baja. Los minerales 2:1 pueden migrar hacia abajo en el perfil como partculas de arcilla dispersas en suspensin (iluviacin) para formar los horizontes superiores, con bajo contenido de arcilla, y los horizontes inferiores, con alto contenido de arcilla, pero los xidos y los minerales de arcilla 1:1 son menos susceptibles a este proceso.

2.2. Corazas

Los horizontes de suelo endurecido se forman como resultado de la acumulacin residual de hierro y aluminio o por la precipitacin de calcita, dolomita o yeso. El transporte del hierro ferroso en solucin puede ocurrir en distancias muy cortas par dar lugar a horizontes moteados con concreciones o segregaciones ferruginosas y parches plidos con bajos contenidos de hierro. Alternativamente puede ocurrir en distancias laterales mayores que el hierro sea frecuentemente redepositado en la forma frrica y se acumule en la parte inferior de las laderas, en los fondos de los valles y en las depresiones cerradas,.

La nomenclatura para las corazas endurecidas es confusa (Goudie 1973). El trmino laterita es ampliamente utilizado para los tipos ferruginosos pero ha sido aplicado tambin a los horizontes blandos ricos en arcilla que presentan una marcada segregacin de hierro, o moteado, y a gravas sueltas compuestas principalmente de concreciones de xido de hierro o pisolitos (Prescott & Pendleton 1952; Alexander & Cady 1962; Maignien 1966; McFarlane1976; Young 1976; Schellmann 1981; Goudie & Pie 1983). De acuerdo con McFarlane (1976) estos materiales no endurecidos forman etapas en una secuencia de meteorizacin latertica que, en condiciones favorables, dan lugar al desarrollo de un manto continuo de laterita endurecida que forma una coraza en superficie o cerca de la superficie.

Las corazas ricas en hierro pueden ser llamadas ferricretos; las que tienen un mayor contenido de xidos de aluminio son llamadas alucretos o mas corrientemente bauxitas. (Bleackley1964; Dury 1969; Aleva 1979; Valeton 1983; Bardossy & Aleva 1990; Butty & Chapallaz 1984). Convencionalmente alucreto es un trmino apropiado cuando el xido de aluminio (Al2O3) excede el 50% aunque el trmino bauxita ha sido usado comercialmente para menas an con tenores menores de Al2O3. McFarlane (1983) concluy que el contenido qumico absoluto no es un suficiente para proporcionar definiciones de laterita y bauxita y para distinguir entre ellas. Las relaciones de sesquixidos en estos depsitos son variables y pueden no estar relacionados con la composicin de la roca infrayacente.

El desarrollo de laterita o bauxita en sustratos aislados de caliza (p.e. atolones coralinos) normalmente resulta de la meteorizacin de adiciones elicas de origen distante (ceniza volcnica o loess) que se acumularon lentamente en largos intervalos de tiempo.

Otros tipos de coraza (Goudie 1973) o pedocretos (Netterberg 1985) resultan de la precipitacin de calcitas (calcretos), dolomitas (dolocretos) o yeso (yecretos), a partir de soluciones que migran a travs del perfil del suelo. La slice soluble puede ser redepositada como gel de slice (palo) en lugar de combinarse con las bases para formar arcillas. Los silcretos resultantes ocurren principalmente en profundidad dentro de suelos bien drenados, formados de materiales parentales silceos con poca almina, como las areniscas cuarcticas (Summerfield 1983; Wopfner 1983; Van der Graaf 1983; Butt 1985). La reprecipitacin de la slice es favorecida tambin por las condiciones clidas hmedas con desecacin estacional del perfil (Twidle & Hutton 1986). Sin embargo, la acumulacin es tan lenta que los silcretos gruesos y continuos estn asociados usualmente slo con superficies muy antiguas como la superficie Cordillo del Terciario temprano en el sur de Australia (Wopfner 1978) y la Superficie Africana de Sudfrica (Partridge & Maud 1987). La slice tambin puede ser redepositada en estratos porosos profundos en la corteza terrestre por debajo de la zona de pedognesis. Donde tales silcretos diagenticos son desenterrados por erosin frecuentemente permanecen en la superficie, siendo mucho ms resistentes que los depsitos no silicificados adyacentes por encima y por debajo. Localmente, esto puede dar la impresin errnea de que han sido formados en la superficie por procesos pedogenticos. Por la misma razn, los silcretos pedogenticos que se originan en las partes inferiores del paisaje frecuentemente estn preservados en las cimas y mesetas actuales. La mayora de los silcretos tienen ms del 60% de contenido de slice. Los calcretos contienen entre 60 y 97% de caliza con un valor medio de casi 80%. (Goudie 1973).

Las lateritas (ferricretos) y las bauxitas (alucretos) son los tipos de corazas ms ampliamente distribuidos en las regiones tropicales. Otros tipos de corazas se encuentran en situaciones geoqumicas especiales, y su localizacin no necesariamente est restringida a los climas tropicales.

2.3. Saprolito

El saprolito es definido como un material blando, producto de la meteorizacin qumica de rocas, generalmente cristalinas, friable y de baja resistencia, en el que la estructura y fbrica originales estn preservadas debido al reemplazamiento seudomrfico de los minerales originales (frecuentemente por arcilla) sin alteracin y transporte subsecuentes. Los horizontes suprayacentes de suelo alterado pueden tener ms de tres metros de espesor, especialmente donde los depsitos de vertiente se han acumulado en la parte inferior de la ladera y, usualmente, tienen propiedades geotcnicas muy diferentes. La transicin a los horizontes de suelo frecuentemente es ms abrupta en los saprolitos derivados de rocas ultramficas que sobre rocas cuarzofeldespticas (Stolt & Baker 1994); en ellas frecuentemente se encuentra una zona masiva, enriquecida en arcilla iluvial, sin texturas ni fbricas heredadas del saprolito ms profundo. (Pavich et al. 1989). La formacin del saprolito es un proceso isovolumtrico (Stolt & Baker 1994) pero la mitad o ms de la masa de la roca se pierde por lixiviacin de slice, hierro y bases. El aumento de la microporosidad resulta de cambios en los minerales fcilmente meteorizados (plagioclasa, biotita, olivino, piroxenos, etc.) y las prdidas lentas por lixiviacin. Esto aumenta la capacidad de retencin de agua del saprolito permitiendo la penetracin de las plantas y aumentando la meteorizacin por el consumo de potasio, la produccin de cidos orgnicos y el desprendimiento de bixido de carbono. Las races tambin crean canales que conducen el agua ms rpidamente, permitiendo la iluviacin profunda de la arcilla en las ltimas etapas de desarrollo (Graham et al. 1994).

El saprolito frecuentemente tiene un espesor menor que diez metros en las cimas y en la parte inferior de las laderas pero es ms delgado o ausente en las pendientes donde la erosin est equilibrada o excede la velocidad de meteorizacin. Se ha calculado que esta ltima puede producir espesores entre 4m/milln de aos (Pavich 1986) y ms que 37 m/milln de aos (Velvel 1985), dependiendo de la mineraloga, la textura y la foliacin de la roca madre. Las propiedades fsicas como contenido de arcilla y conductividad hidrulica frecuentemente son muy variables (Verpraskas et al.1991), especialmente en terrenos metamrficos con foliacin empinada, zonas de cizalladura y venas de minerales ms resistentes a la meteorizacin. En las regiones ridas actuales puede resultar ms heterogeneidad debida a la precipitacin de palo o calcita en las fisuras o en los poros dentro de la matriz. Buol (1994) propuso una clasificacin de los saprolitos basado en los materiales parentales y en las propiedades mensurables, como la densidad del suelo, la resistencia a la compresin simple y la presencia de estratos o bandas de arcilla o minerales duros.

2.4. Factores pedogenticos y caractersticas de los tipos de suelo residual

Existen numerosos sistemas de clasificacin disponibles para el estudio de suelos tropicales pero ninguno es an aceptado y usado universalmente. En este Informe se sigue la propuesta de Duchaufour (1982); la Tabla 2.1 da los equivalentes aproximados en otros sistemas utilizados frecuentemente; las subdivisiones ms detalladas y sus equivalentes se encuentran en el apndice a este captulo (pgina 38). Este sistema, basado completamente en la comprensin de la meteorizacin y de otros procesos pedogenticos, establecidos mediante el trabajo analtico y experimental, destaca las caractersticas de composicin del suelo, como su composicin mineralgica, que influyen en su comportamiento geotcnico. Este sistema es en consecuencia ms relevante para la ingeniera de geologa que los basados en otros criterios, frecuentemente efmeros de ms valor en la agricultura. El significado del sistema de clasificacin de Duchaufour para las propiedades y el comportamiento geotcnicos se discute en el captulo 3.

Tabla 2.1. Equivalentes aproximados de varias clasificaciones de suelos residuales tropicales

Duchaufour (1982)

FAO-UNESCO (1988)

USA

Soil Survey Staff 1975, 1992

Suelos fersialticos

Cambisoles, calcisoles, luvisoles, alisoles

Alfisoles, inceptisoles

Andosoles

Andosoles

Inceptisoles

Suelos ferruginosos

Luvisoles, alisoles, lixisoles, plintosoles

Alfisoles, ultisoles

Ferrisoles

Nitisoles, acrisoles, lixisoles, luvisoles, plintosoles

Ultisoles y oxisoles

Suelos ferralticos

Ferralsoles, plintosoles

Oxisoles

Vertisoles

Vertisoles

Vertisoles

Podzoles

Podzoles

Spodsoles

Duchaufour (1982) distingui tres fases del desarrollo del suelo residual en las zonas tropicales (Tabla 2.2). Esas fases estn caracterizadas por el aumento de la meteorizacin de los minerales primarios, el aumento en la prdida de slice y el aumento en el dominio de nuevos minerales formados a partir de los materiales disueltos; su distribucin generalizada se encuentra en la Figura 2.1. La fase representada por el perfil del suelo en cualquier sitio en particular est determinada por numerosos factores que incluyen: la edad de la superficie (tiempo de formacin del suelo), clima durante el perodo de desarrollo del suelo (temperatura, humedad, y desecacin estacional), composicin del material parental (cantidades de hierro y de minerales primarios ricos en bases, de slice y de almina total) y la topografa que controla el transporte lateral de bases, de slice y de hierro en solucin, y el rejuvenecimiento de los perfiles por erosin en las pendientes ms empinadas. Sin embargo, muchos rasgos estn relacionados con la meteorizacin en perodos anteriores y con condiciones climticas diferentes (Butt 1987). La fbrica y otras caractersticas de los suelos formados en cada una de las tres fases de meteorizacin estn descritas en el captulo 3.

Figura 2.1 Distribucin global simplificada de los principales tipos de suelos residuales tropicales (basada en el mapa de suelos del mundo de la F.A.O.) estas clases amplias de suelos se extienden ms all de los trpicos en condiciones favorables que incluyen las costas orientales continentales, subtropicales con alta precipitacin (suelos ferralticos), y las costas oeste/mediterrnea y los interiores continentales en las latitudes medias (suelos fersialticos). Las reas en los trpicos que aparecen en gris incluyen aquellas donde los suelos residuales tropicales estn cubiertos por depsitos recientes elicos o aluviales.

Tabla 2.2. Resumen de las fases de suelos residuales en relacin con los factores climticos

Fase

Tipo de suelo

Zona

Temperatura media anual

Precipitacin anual (m)

Estacin seca

1

Fersialtico

Mediterrneo subtropical

13 - 20

0.5 1.0

S

2

Ferruginoso

Ferrisoles (transicional)

Subtropical

20 25

1.0 1.5

Ocasional

3

Ferraltico

Tropical

> 25

> 1.5

No

2.4.1 Fase 1: Suelos fersialticos

Los suelos fersialticos se forman en climas subtropicales o mediterrneos con temperaturas medias entre 13C y 20C, precipitacin entre 500 y 1000 mm y una estacin clida seca; tambin se conoce tipos subtropicales (Duchaufour 1982). En las condiciones subtropicales y mediterrneas los horizontes superiores del suelo estn sometidos a la descalcificacin y la meteorizacin de los minerales primarios durante la estacin hmeda. Los materiales liberados en estos procesos quedan retenidos en gran medida en el perfil como resultado del ascenso capilar durante la estacin seca y la bioturbacin efectiva del suelo (p.e. por termitas). En el caso de las calizas, la mayor parte del carbonato de calcio disuelto es reprecipitado de esta manera para formar un horizonte de calcreto delgado y discontinuo en el subsuelo. En regiones con una estacin seca muy prolongada que impide el desarrollo de un bosque denso, la coraza calcrea llega a ser gruesa y discontinua especialmente en la parte inferior de las laderas que reciben peridicamente agua rica en carbonatos de la parte superior (Netterberg 1980).

Aunque la meteorizacin de los minerales primarios es ms intenso en los suelos tropicales que en los templados (sialticos), ella no afecta el cuarzo, los feldespatos alcalinos y la moscovita. Los suelos fersialticos contienen ms xido de hierro que los suelos pardos (sialticos) de Duchaufour (1982) y el hierro libre normalmente es mayor que el 60% del contenido total del hierro, debido a la meteorizacin ms intensa. El principal mineral de arcilla de neoformacin es la esmectita, especialmente cuando el drenaje est bloqueado de modo que gran parte de la slice y de las bases liberadas por meteorizacin quedan retenidas en el perfil. Sin embargo, la caolinita puede aparecer en superficies antiguas bien drenadas sobre materiales parentales con bajo contenido de slice como el basalto. Cuando el material parental tiene abundante en arcilla, la composicin de las arcillas del suelo puede ser determinada principalmente por minerales derivados con poca alteracin a partir del sedimento. Los minerales de arcilla del tipo 2:1 frecuentemente estn sometidos a eluviacin y contribuyen a formar horizontes subterrneos enriquecidos en arcilla y parte del xido de hierro puede ser arrastrado con la arcilla para formar un horizonte B enriquecido en arcilla de color rojo o moteado de rojo. La fraccin coloidal (25meq, hierro libre usualmente >60% del contenido total, minerales de arcilla 2:1 dominantes

Suelos eutrficos pardos tropicales

Cambisoles crmicos

Tropeps usdicos y perudicos

Suelos pardos subtropicales

Cambisoles crmicos y luvisoles crmicos y hplicos

Ochrepts usdicos y xericos, xeralfs rdicos y udalfs hplicos

Suelos rojos tropicales

Luvisoles crmicos

Ustalfs, rdicos y plidos, xeralfs y udalfs

Suelos rojos parduscos subtropicales

Luvisoles crmicos

Ustalfs rdicos y plidos, xeralfs y udalfs

Suelos rojos truncados subtropicales

Luvisoles crmicos

Ustalfs rdicos y plidos, xeralfs y udalfs

Suelos rojos subtropicales con horizonte clcico

Luvisoles clcicos

Ustalfs rdicos y plidos xeralfs y udalfs

Suelos fersialticos cidos modales

Alisoles hplicos

Ustalfs rdicos y plidos xeralfs y udalfs

Suelos fersialticos e hidromrficos

Alisoles frricos gley

Tropaqualfs albicos y ocricos

Suelos ferruginosos: CIC 16-25meq, horizonte Bt siempre presente, arcilla dominante, caolinita, minerales de arcilla 2:1 presentes

Eutrficos

Luvisoles crmicos

Tropudalfs rodicos y plidos, tropustalfs y xeralfs

Oligotrfico

Alisoles hplicos y mbricos

Trupudulfs rodicos y plidos, tropustulfs y palexerulfs

Plntico hidromrfico

Alisoles plnticos, plintosoles

Ustalfs plinticos, udalfs, xeralfs, udultfs, ustulfs y aquulfs

Seudogley hidromrfico

Alisoles frricos y gley, luvisoles gley

Paleaquultfs y tropaquulfs

Hidromrficos endurecidos

-

-

Ferrisoles: CIC 50%.

Saturacin de bases < 50%.

b. Ferrisoles

(horizonte Bt no esencial)

1. Ferrisol, Bt dbil

2. Ferrisol, Bt meteorizado

3. Hidromrfico

4. Hmico

Acumulacin difusa de arcilla.

Sin acumulacin difusa de arcilla.

Con segregacin de hierro

Puede contener gibbsita en alturas elevadas

Ferraltico

(sensu stricto)

a. Ferraltico

1. Ferraltico caolintico

2. Ferraltico gibbstico

Los perfiles retienen la mayor parte del hierro y del aluminio. La slice y algunas bases son removidas. El perfil se acidifica rpidamente. Lar arcillas de neoformacin son caolinitas. Presencia de gibbsita. Usualmente se reduce a cuarzo, caolinita, gibbsita y xidos de hierro.

Gibbsita ausente.

Gibbsita dominante.

b. Ferralitas

1. Ferritas

2. Allitas

En rocas ultrabsicas. Aluminio escaso. Slice y magnesio removidos. Hierro como goetita.

Ferralitas hidromrficas, bien drenadas, permeables pero hmedas. Hierro movilizado por reduccin y removido. Slo permanece la gibbsita - uniformemente blanca.

c. Ferraltico

(con segregacin hidromrfica de hierro)

1. Hidromrfico

2.Plinttico

3. Endurecido

Zonas de regolito plstico; la zona moteada es anegada. El hierro est escasamente movilizado.

Muy hmedo pero bien drenado.

Se forma en la parte inferior de la pendiente en reas mal drenadas.

Hierro transportado a grandes distancias. Nivel fretico cido. En manantiales

Esta clasificacin est basada en (Summerfield (1978m 1983), Goudie (1973m 1983), Vaketib (1983), Duchaufour (1982).

3.3.1Definiciones

Coraza: Producto endurecido de procesos superficiales y cuasisuperficiales formados por la cementacin o reemplazamiento de depsitos de meteorizacin de la roca madre, de sedimentos sueltos, de suelos o de otros materiales producidos por procesos fsico qumicos a baja temperatura.

Silcreto: Depsito endurecido compuesto principalmente por slice (SiO2), que puede ser formado por transferencia vertical o lateral, o que puede incluir variedades pedogenticas lixiviadas o freticas. Las subdivisiones de esta categora se basan en el tipo de estructura dominante. Por lo comn, el contenido de Fe, Al, Ca, K, Mg y P son bajos.

Calcreto: Depsito endurecido compuesto principalmente por carbonatos de calcio y magnesio. El trmino incluye formas no pedogenticas producidas por accin fluvial o fretica, o pueden ser pedogenticas por transferencia lateral o vertical. Las divisiones normalmente se basan en el grado y tipo de cementacin: pulverulenta, nodular, concrecional.

Yecreto: Depsito endurecido compuesto principalmente de sulfato de calcio hidratado. Las divisiones principales se basan en el grado y tipo de cementacin: polvo, laminacin, etc. Pero tambin incluyen rosas del desierto en dunas de arena. Puede incluir formas no pedogenticas como yeso en arenas de dunas, pero normalmente es pedogentico por transferencia vertical (Goudie 1983).

Alucreto: Forma de depsito endurecido frecuente llamado bauxita que contiene hierro y aluminio en depsitos de laterita residual. El aluminio puede encontrarse en cantidades suficientes para ser de uso comercial. Puede ser subdividido sobre la base del tipo y el grado de endurecimiento, tambin puede ser detrtico por retrabajamiento o pedogentico.

Ferricreto: Forma de depsito endurecido compuesto por acumulacin de sesquixidos, principalmente de hierro en el interior de uno o varios horizontes de suelo ferralticos o ferruginosos. Puede ser formado por precipitacin a partir de una solucin que se mueva lateral o verticalmente, o como un residuo despus de la remocin de la slice, los lcalis, etc. (vase diagramas explicativos en el Captulo 2). El trmino caparazn es utilizado en ocasiones para un endurecimiento moderado, y coraza para un endurecimiento fuerte. Puede ser pedogentico por retencin o acumulacin de minerales o por segregacin en los perfiles vadosos. Las formas freticas son pisolticas. Las divisiones estn basadas en el tipo y grado de endurecimiento.

Vertisoles: Suelos maduros de coloracin oscura, ricos en arcillas expansivas mezcladas con compuestos hmicos. Tpicamente muestran una mezcla profunda con movimiento vertical debido al cambio de volumen de la arcilla con grandes grietas de contraccin y espejos de falla; en los textos anglosajones son llamados tambin black cotton soils. El trmino gilgai es usado algunas veces para los rasgos microtopogrficos asociados.

Andosoles fersialticos: Suelos de textura arcillosa, derivados parcial o totalmente de depsitos volcnicos, compuestos esencialmente de complejos de alfana amorfa y humus. Tienen una en las subdivisiones orme capacidad de retencin de agua que excede del 100% y puede llegar al 200% en los andosoles tropicales hidromrficos, pero el secamiento prolongado puede bajar esta capacidad, frecuentemente en forma irreversible. Tienen una elevada capacidad de intercambio catinico y son ricos en minerales de arcilla y xidos de hierro; se endurecen al secarse.

Suelos fersialticos (sensu stricto): Suelos rojizos en los que los minerales de arcilla del tipo 2:1 son dominantes por transformacin y neoformacin; la capacidad de intercambio catinico de las arcillas es mayor que 25 meq/100 g. Donde el desarrollo vertical es incompleto se forman suelos fersialticos pardos; donde es completo se forman suelos fersialticos rojos saturados o casi saturados de complejos y cuando son complejos se forman suelos fersialticos cidos desaturados y degradados (vese detalles de ocurrencia en el Captulo 2 y la las subdivisiones en la Tabla 3.2).

Suelos ferruginosos (sensu stricto):Suelos intermedios entre los formados por fersialitizacin y ferralitizacin. La meteorizacin de los materiales primarios es ms fuerte que en los suelos fersialticos pero no tanto como en los suelos ferralticos; hay alguna remocin de slice soluble por drenaje. Las arcillas de neoformacin usualmente son caolinticas pero persisten algunos minerales de arcilla 2:1; no se encuentra gibbsita iluvial. Los horizontes frecuentemente consisten en saprolitos caolinticos y el desarrollo est fuertemente influenciado por la edad.

Suelos ferralticos (sensu stricto): Fase final del desarrollo de perfiles gruesos de suelo en climas hmedos clidos en los que la mayor parte de los minerales primarios estn afectados por la hidrlisis completa. Los xidos de hierro y aluminio, la slice y las bases son liberadas pero el hierro y el aluminio son retenidos en los perfiles en tanto que las bases y parte de la slice son removidas en solucin; las caolinitas de neoformacin tienen un contenido bajo de slice. Los minerales caractersticos son cuarzo, caolinita, gibbsita, hematita y goetita. El horizonte arglico generalmente est ausente.

3.4 Clasificacin geotcnica

Los esquemas de clasificacin geotcnicos tradicionales han sido desarrollados generalmente para estimar el comportamiento de los suelos de climas templados. Estos suelos frecuentemente son depsitos sedimentarios, o transportados, poco alterados y, en la mayora de los casos, su comportamiento geotcnico puede ser estimado a partir de esquemas basados en sus caractersticas granulomtricas y de plasticidad medidas en los ensayos convencionales de laboratorio. En el caso de los suelos residuales, sin embargo, el comportamiento geotcnico no puede ser estimado tan fcilmente porque:

(a) Los productos de meteorizacin resultantes bajo ciertas condiciones tropicales pueden contener minerales con propiedades poco frecuentes.

(b) La meteorizacin de un material in situ implica la presencia de una estructura heredada que puede persistir como una forma de discontinuidad an en los productos ms meteorizados. Tal discontinuidad puede dar lugar a un comportamiento metaestable. En ciertas condiciones geotcnicas, las estructuras heredadas pueden dar lugar a patrones de deslizamiento en bloque en una ladera.

Estos factores despiertan muchas dudas en cuanto a la confiabilidad de los ensayos convencionales de laboratorio para estimar el comportamiento del suelo en condiciones de campo. Es importante hacer un reconocimiento en las primeras etapas del proyecto, de manera que puedan utilizarse adecuadamente los ensayos apropiados (vese Captulos 5 y 6). En consecuencia, es recomendable seguir un enfoque diferente de clasificacin geotcnica para los suelos residuales tropicales.

Por estas razones, se decidi adoptar la clasificacin formal francesa de la Tabla 3.2 como gua para el Informe del Grupo de Trabajo. Ya fue planteado que los productos de meteorizacin dependen de la mineraloga del material parental, de la naturaleza del clima tropical y de las condiciones de drenaje. Adicionalmente, algunos grupos especiales pueden derivarse de ciertos materiales volcnicos, particularmente donde y cuando se encuentran a grandes alturas y, en consecuencia, a menores temperaturas. La importancia de reconocer la interaccin de estos factores en la clasificacin geotcnica radica en que los grupos de minerales secundarios que forman la base de la clasificacin pedogentica son todos caractersticos de comportamientos geotcnicos particulares.

3.4.1El proceso de meteorizacin tropical

Los perfiles de meteorizacin tropical han sido representados en trminos geotcnicos por una serie continua gradacional de zonas de meteorizacin que van desde la roca fresca en profundidad hasta el suelo ms intensamente meteorizado (suelo residual) en la superficie del terreno (Lumb 1962; Geological Society Engineering Group Working Party Report 1977).

En el interior del perfil de meteorizacin pueden hacerse algunas divisiones generales. Por encima del basamento (grado I) las zonas poco a moderadamente meteorizadas (grados II y III) tienden a comportarse como roca en trminos geotcnicos y han sido definidas en este Informe como basamento meteorizado. En la zona intensamente meteorizada (grado IV) y por encima de ella el material tiende a comportarse como suelo en trminos geotcnicos. Los grados III y IV constituyen una importante zona de transicin en trminos de comportamiento geotcnico, donde ocurre el cambio de material rocoso, en el que el comportamiento puede ser controlado por el movimiento a lo largo de las discontinuidades, hasta el suelo donde el comportamiento est controlado por deformaciones de la masa. El papel de las continuidades est influenciado en el rgimen tropical particularmente por la presencia de material alterado como una cubierta. El saprolito comnmente se define como la parte del manto meteorizado (i.e. que se comporta en general como un suelo en trminos geotcnicos) que presenta rasgos texturales y estructurales de la roca madre al punto que sta puede reconocerse. Esta definicin se aplica a los grados IV y V. El comportamiento de los suelos inmaduros en las partes inferiores del grado IV se relacionan ms estrechamente con el material parental que con los suelos maduros. En el grado VI han desaparecido todos los rasgos de la textura y estructura original. Este grado incluye los horizontes pedolgicos A y B del suelo. Los suelos residuales tropicales han sido definidos en este Informe como grados IV, V y VI por las razones planteadas en el Captulo 1.

El uso de estos trminos est ilustrado en la Figura 3.1; en la Tabla 3.2 se encuentra la terminologa de la clasificacin cientfica de los suelos residuales adoptada en este reporte con fines comparativos.

Figura 3.1 Trminos usados corrientemente y la clasificacin pedolgica adoptada (Duchaufour 1982).

El perfil de meteorizacin mencionado anteriormente necesariamente es idealizado, punto que no puede ser enfatizado suficientemente. En los climas tropicales son comunes las precipitaciones y temperaturas extremas y es comn el movimiento de suelo por deslizamientos y transporte por va acutica. Un perfil de suelo residual puede desarrollarse sobre cualquier material parental, de modo que un perfil de meteorizacin desarrollado in situ puede desarrollarse en un material parental transportado, como en un depsito de terraza aluvial. Puede ocurrir, en consecuencia, que se encuentre un perfil meteorizado que pasa a suelo transportado, que a su vez subrayace un horizonte que representa una antigua superficie de erosin con un segundo perfil meteorizado.

Las concreciones son un componente significativo de los suelos residuales tropicales y pueden encontrarse como productos relativamente inmaduros que se comportan como suelo en el sentido geotcnico del trmino, o como corazas en su madurez que se comportan como roca. Las corazas tambin se encuentran y son frecuentemente ms dominantes en ambientes no tropicales aunque son el producto de un proceso pedogentico iniciado en condiciones tropicales. Para la integridad del Informe, las corazas deben ser incluidas tambin en esta discusin (ver Capitulo 2 y Seccin 3.3.1).

3.4.2Reconocimiento de las caractersticas geotcnicas

El diagrama de flujo presentado en la Figura 3.2 sugiere que las caractersticas geotcnicas pueden ser estimadas a partir de las fuentes de informacin disponibles. En el Captulo 2 se enfatiz en las fases de desarrollo de un suelo residual. La formacin de los suelos ferralticos maduros pueden tomar muchas decenas de miles de aos y de lo mismo puede ocurrir con la trans-formacin y concentracin de los minerales que contribuyen a un comporta-miento geotcnico particular. En consecuencia, los ejemplos extremos de tal comportamiento tienden a presentarse en suelos localizados en los ambientes geolgicos ms estables. En los ambientes geolgicos jvenes o ms activos, los perfiles de meteorizacin pueden estar poco desarrollados y los suelos pueden no presentar el comportamiento geotcnico ilustrado en la Figura 3.2. Sin embargo, esta figura proporciona pautas generales para predecir los grupos de suelo que se encontrarn ms probablemente en cualquier combinacin particular de material parental y condiciones ambientales y su comportamiento geotcnico potencial. El sistema de prediccin propuesto puede ser til en la etapa de factibilidad siguiendo los procedimientos descritos en el Captulo 4.

(i) Material parental. Las rocas cidas, gneas y metamrficas, y las areniscas de origen sedimentario estn compuestas principalmente por cuarzos y feldespatos. El cuarzo es muy resistente a la meteorizacin y tiene un papel importante en el desarrollo de la textura de los productos secundarios al permanecer como partculas de cuarzo en tanto que la slice en solucin puede dar lugar a la formacin de corazas de silcreto. Los feldespatos se meteorizan lentamente a minerales de arcilla del grupo de la caolinita o liberan xidos hidratados de aluminio y pequeas cantidades de xidos de hierro.

Las rocas bsicas, gneas y metamrficas estn compuestas de minerales ferromagnesianos, biotita, anfboles y, piroxenos y olivinos, que se meteorizan inicialmente minerales de arcilla del grupo de la esmectita. Sin embargo, este planteamiento general puede ser equivoco, debido a que el proceso real depende del clima y de otras caractersticas locales. Las lodolitas de origen sedimentario generalmente contienen illitas, cloritas o esmectitas.

Las rocas volcnicas cuando estn asociados con climas tropicales ms fros en altura, pueden dar origen a alofanas, haloysitas o metahaloysitas.

Figura 3.2 Gua para estimar las caractersticas geotcnicas de los suelos residuales tropicales

Nota general: Esta figura se ofrece para dar pautas generales que ayuden en la prediccin de los grupos de suelos que pueden encontrarse ms probablemente bajo cualquier combinacin de material parental y condiciones ambientales. Existen muchos materiales parentales y condiciones ambientales como fases intermedias o gradacionales entre las mostradas aqu. En tales condiciones pueden aplicarse los criterios implcitos en la figura.

Nota 1: estos trminos deben ser utilizados como calificativos para apoyar una descripcin del suelo detallada y completa (Captulo 4) p.e. Arcilla limosa dura, parda griscea oscura, con algunas raicillas y ndulos calcreos de tamao de grava fina (VERTISOL).

Nota 2: las notas de la ltima columna se presentan como una indicacin provisional de las caractersticas de comportamiento tpico asociado con ciertos grupos de suelo. La discusin detallada de los procedimientos de ensayos de laboratorio y del comportamiento geotcnico se encuentran en los Captulos 5 y 6.

Nota 3: la ruta indicada se relaciona con la caliza pura que sale en solucin y deja un paisaje crsico residual. En el caso de arcillas impuras (p,.e. arcillosas margas) el lector debe referirse a las rutas de los minerales primarios pertinentes.

Nota 4: los vidrios volcnicos pueden incluir minerales oscuros como olivino, augita, hornblenda y biotita.

Nota 5: otras rocas volcnicas se incluyen bajo las categoras de rocas cidas, intermedias o bsicas, segn sea el caso.

Nota 3: la ruta indicada se relaciona con la caliza pura que sale en solucin y deja un paisaje crsico residual. En el caso de arcillas impuras (p,.e. arcillosas margas) el lector debe referirse a las rutas de los minerales primarios pertinentes.

Nota 4: los vidrios volcnicos pueden incluir minerales oscuros como olivino, augita, hornblenda y biotita.

Nota 5: otras rocas volcnicas se incluyen bajo las categoras de rocas cidas, intermedias o bsicas, segn sea el caso.

Las evaporitas se disuelven rpidamente y liberan los sulfatos solubles que pueden dar origen al desarrollo de yecreto.

Las calizas y otras ricas en carbonato se disuelven rpidamente par producir aguas subterrneas ricas en carbonatos que, en ciertas condiciones, pueden dar lugar al desarrollo de corazas de calcreto o dolocreto (Netterberg 1969, 1971, 1983).

(ii) Condiciones ambientales. La informacin disponible en mapas geolgicos debe ser complementada con una evaluacin del medio ambiente en el proceso de meteorizacin. Los mapas topogrficos, las fotografas areas y las imgenes de sensores remotos proporcionan informacin sobre las pendientes actuales, la altura del terreno, las condiciones de drenaje y la historia morfolgica. Se recomienda un reconocimiento del terreno para estimar si el sitio especfico est afectado por erosin, de modo que pueda esperarse que los perfiles de meteorizacin sean de espesor limitado. Por el contrario, un sitio estable puede tener su perfil profundamente meteorizado.

Tambin son importantes los datos climatolgicos que comprenden precipitacin media anual, temperatura media anual y duracin de la estacin seca. Debe hacerse todos los esfuerzos para describir el rea en trminos de tres grupos climticos bsicos: tropical hmedo, tropical (seco) estacionario o tropical fro en altura. En el caso de las corazas, es importante notar que las condiciones de sequa estacional es un elemento esencial para su completo desarrollo.

En los sitios donde el drenaje del perfil est bloqueado, dominan las condiciones reductoras y los productos iniciales de meteorizacin como esmectitas y cloritas son dominantes en los perfiles de vertisoles. Donde prevalecen las condiciones oxidantes generalmente en pendientes entre 10 y 30, y donde se presenta un flujo de agua adecuado, las esmectitas que se originan de la meteorizacin de rocas bsicas se transforman en minerales del grupo de la caolinita y se liberan los xidos hidratados de hierro y aluminio. Estos minerales dominan los perfiles de suelos ferruginosos que se desarrollan en condiciones ms fuertes de meteorizacin a ferrisoles y finalmente a suelos ferralticos. La meteorizacin ms fuerte da lugar progresivamente a cantidades mayores de xidos hidratados de hierro y aluminio. El proceso es estimulado por una fuerte lixiviacin en reas de alta precipitacin. Donde los perodos de alta precipitacin estn separados por una estacin seca se puede desarrollar concentraciones de xidos hidratados en forma de capas dentro de los perfiles de suelo ferraltico.

(iii) Informacin pedogentica. Tambin debe referenciarse los datos de levantamientos pedolgicos disponibles. El sistema de Duchaufour tiende a ser limitado en su cubrimiento geogrfico a las reas del mundo desarrolladas bajo la influencia francesa. Existen al menos otras dos clasificaciones ampliamente utilizadas, las del US Soil Conservation Service y del sistema FAO/UNESCO. Para permitir el uso de datos basados en estos sistemas, se ofrece un resumen de su terminologa general relacionada con la clasificacin adoptada en este Informe debidamente destacada en la Figura 3.2.

(iv) Terminologa geotcnica: La literatura geotcnica frecuentemente describe los suelos tropicales bajo dos categoras generales: los suelos tropicales negros y los suelos tropicales rojos. Aunque sta puede ser una aproximacin til, puede haber un solapamiento en detalle y es recomendable que el ingeniero se refiera a los indicadores dados en el diagrama de flujo de la Figura 3.2.

Los suelos tropicales negros encontrados en perfiles de vertisoles son descritos generalmente en la literatura geotcnica como suelos algodoneros negros, arcillas expansivas negras o arcillas negras tropicales. Tambin pueden usarse los trminos locales como negur, mbuga, adobe o vlei.

Hay bastante confusin en la ingeniera geotcnica sobre el uso de trminos para los llamados suelos tropicales rojos , i.e. los suelos de coloracin roja en el interior de los perfiles ferruginoso, ferrisol y ferraltico. Una pequea proporcin de sesquixidos puede dar una coloracin roja y se tiende a llamar laterita a cualquier suelo rojo. Debe evitarse tal uso generalizado. Es particularmente importante reconocer diferentes tipos de suelos rojos en trminos geotcnicos debido a que contienen diferentes cantidades de xidos de hierro y aluminio que poseen propiedades poco comunes y tienen efectos importantes en las propiedades geotcnicas de los suelos en los cuales constituye componentes mayores.

Nogami (1985) describe el grupo de suelos tropicales rojos (sin diferenciar) como suelos laterticos en lugar de laterita y propone que, estrictamente, este trmino debe ser aplicado slo a aquellos suelos que se comportan regularmente en ensayos estndar de laboratorio. Sin embargo, a medida que se concentran los xidos hidratados tienen un efecto creciente en las propiedades geotcnicas. Donde estos minerales se concentran en horizontes discretos como capas han sido llamados plintita y probablemente coinciden con la laterita original definida por Buchanam (1807) como un suelo tropical rojo que se endurece al ser expuesto al aire. Tales horizontes pueden endurecerse hasta convertirse en corazas de ferricreto o alucreto en condiciones gneranadas por cambios de largo plazo en el clima de drenaje o la topografa. Estas capas concrecionales tambin han sido llamadas laterita.

Charman (1988) intent introducir claridad en la confusin sobre el trmino laterita al reconocer un ciclo de desarrollo concrecional a partir de una capa original de plintita hasta una laterita endurecida madura. Lo que, permite reconocer formas de corteza intermedia de laterita nodular y laterita en colmena.

En vista de esta confusin, el Informe recomienda que se adopte la clasificacin formal presentada en la Tabla 3.2, para lo cual debe ayudar el paralelismo general con los trminos geotcnicos de uso comn.

(v) Clasificacin y comportamiento geotcnico: El comportamiento geotcnico de los suelos residuales tropicales est descrito en el Captulo 6. Cada uno de los grupos principales presentan ciertas caractersticas de comportamiento que son citadas para demostrar la utilidad de la clasificacin propuesta.

En el grupo de vertisoles, el comportamiento est dominado por los cambios de volumen que presentan los minerales de arcilla del grupo de la esmectita cuando ocurren cambios del contenido de humedad natural. Este comportamiento est descrito en detalle en el Captulo 6. Existen varios mtodos de prediccin del potencial de expansin, basados en los resultados de los ensayos ndice, que son descritos en el Captulo 5.

En los grupos de suelos ferruginoso, ferrisol y ferraltico las cantidades variables de sesquixidos afectan los resultados de los ensayos convencionales de laboratorio en varias formas descritas en el Captulo 5.

Agregacin de partculas de tamao arcilla. Los sesquixidos de la fraccin fina de los suelos tropicales cubren la superficie de las partculas individuales de suelo debido a los enlaces elctricos entre la caolinita cargada negativamente y los xidos hidratados cargados positivamente. El recubrimiento reduce la capacidad de los minerales de arcilla para absorver agua y tambin pueden cementar fsicamente granos adyacentes, dando lugar a agregados de mayor tamao. Ambos factores reducen la plasticidad pero un amasado intensivo del suelo rompe los agregados y las cubiertas de los sesquixidos y aumentan la plasticidad. Esto es importante cuando se relaciona los procedimientos de ensayo de laboratorio con las operaciones de construccin. No es probable que las operaciones de excavacin, transporte y colocacin del suelo rompan los agregados finos al punto que se afecte la plasticidad. La intensidad del amasado requerido para preparar los especimenes de laboratorio para la determinacin de los lmites de Atterberg es, comparativamente, mucho mayor. La plasticidad del material de construccin puede ser as menor que los resultados de los ensayos convencionales de lmites de Atterberg o de otros ensayos de laboratorio sobre muestras amasadas.

Cambios irreversibles de la plasticidad por secado. Algunos suelos que contienen xidos hidratados de hierro y aluminio pueden llegar a ser menos plsticos al secarse, i.e. pueden exhibir menores valores de lmites de Atterberg. Esto ocurre en parte debido a que la deshidratacin de los sesquixidos genera un enlace ms fuerte entre las partculas que resiste su penetracin por agua. El proceso no puede ser revertido por rehumedecimiento. El efecto se observa por secado al aire pero es ms pronunciado por secado al horno a mayores temperaturas.

La prdida de agua y de hidratacin por secado. El agua de hidratacin de los sesquixidos de hierro y aluminio puede ser retirada por secado en el horno a 105C que es la temperatura estndar de ensayo para los suelos en las regiones templadas. Esta agua normalmente no incide en el comportamiento geotcnico del material pero se refleja en los resultados de los ensayos ejecutados con un contenido mayor de humedad. de acuerdo con las normas establecidas en pases de la zona templada.

Caractersticas de colapso o disminucin de volumen por adicin de agua sin incremento de carga. Los suelos colapsables tienen altas relaciones de vacos pero un contenido de humedad relativamente bajo y, en consecuencia, pueden ser identificados determinando si la relacin de vacos natural es mayor que la relacin de vacos en su limite liquido. Esto indica un suelo que es susceptible a cambios en su estructura al ser saturado. Otro mtodo, usado por Jennings (1965) hace uso del ensayo de consolidacin. Estas cuestiones se describen ms completamente en los Captulos 5 y 6.

Los andosoles fersialticos contienen alofanas conjuntamente con halloysitas y metahalloysitas del grupo de las caolinitas. Estos minerales tambin tienen influencia en el comportamiento geotcnico.

Los suelos que contienen metahalloysita tienen agregados de partculas de arcillas que pueden ser dispersados por manipulacin durante los ensayos. Los agregados pueden ser reconstituidos a menos que el suelo se seque en el horno a 105C, con lo que se remueve toda el agua entre las partculas y colapsa la estructura de agregados.

Los suelos que contienen halloysita hidratada pierden agua de hidratacin al secarse. Esto ocurre cuando la humedad relativa disminuye a menos del 50%, o cuando la temperatura sube por encima de 50. La prdida de agua de hidratacin en una halloysita pura es igual al 14% del peso del suelo seco. El secado da lugar a la formacin de agregados y el suelo se comporta entonces como la metahalloysita descrita anteriormente.

Los suelos que contienen alofana amorfa forman agregados al secarse. Este es un proceso irreversible causado por la prdida del agua entre las partculas y el agua de los minerales de arcilla amorfa, y est acompaada por reducciones grandes de la porosidad. El efecto puede ser de tal magnitud que el suelo cambia de una granulometra arcillosa a una granulometra arenosa.

Las propiedades descritas anteriormente muestran claramente cmo el comportamiento del suelo es susceptible a los mtodos utilizados para preparar los especimenes para los ensayos de laboratorio. Es necesario reconocer el potencial de tal comportamiento en las primeras etapas de la exploracin y la ejecucin de un programa piloto de ensayos para determinar la necesidad de modificacin de los procedimientos de ensayos normalizados de laboratorio.

Las corazas presentan un problema nico para el ingeniero debido a que no necesariamente constituyen un material que se comporta como roca en el sentido geotcnico del trmino. Esencialmente consisten en concreciones en un suelo husped, un material estructurado de concreciones coalescentes o un horizonte endurecido. En todo caso exhiben propiedades geotcnicas variables en el interior de un depsito y exigen una descripcin detallada (ver Captulo 4), su evaluacin y control de calidad. Debe tenerse un particular cuidado en la evaluacin de la resistencia de las partculas; a menos que estn completamente maduras las corazas pueden ser relativamente dbiles y, en consecuencia, pueden cambiar considerablemente por manipulacin y procesamiento.

4. Identificacin y descripcin de campo

4.1. Introduccin

Este captulo define un marco de referencia para la descripcin de campo de los suelos residuales tropicales, compatible con la clasificacin propuesta previamente, lo que se logra en gran medida mediante el uso de tablas y por referencia a publicaciones claves; slo se hace un corto comentario sobre los mtodos y procedimientos utilizados para generar los datos de la descripcin de campo.

Las Secciones 2.4 y 2.6 indican los factores que controlan la formacin y el desarrollo de los tipos de suelos residuales tropicales. El Captulo 3 relaciona los suelos residuales con el comportamiento geotcnico probable. En consecuencia, la identificacin de campo de estos suelos debe tener en cuenta los factores que controlan el comportamiento geotcnico y las caractersticas de la clasificacin.

La descripcin de campo puede ser hecha mediante el uso de un conjunto de parmetros relevantes en el desarrollo y en la condicin actual de los suelos residuales tropicales. Estos parmetros estn subdivididos en tres grupos principales: caractersticas del sitio en general, caractersticas de la masa de suelo y caractersticas del material del suelo (Tablas 4.1, 4.2 y 4.3 respectivamente). Es de la mayor importancia identificar apropiadamente los cambios del suelo residual, asociados con la profundidad, hasta el nivel de roca meteorizada. La metodologa para identificar las caractersticas anteriores debe ser adaptable para una amplia variedad de proyectos. Es probable que los suelos tropicales no puedan ser objeto de una descripcin de campo aislada y que se encuentren otros materiales estrechamente asociados con ellos. En consecuencia, cualquier metodologa que se proponga para la descripcin de campo y la identificacin de suelos debe ser compatible con los sistemas descriptivos para tales materiales y susceptible de ser integrada con ellos. Debe ser posible construir un perfil total del terreno que pueda pasar desde la roca fresca, a travs de la roca meteorizada hasta el suelo residual y que pueda ser integrada con los depsitos recientes. Estas son consideraciones prctica importantes particularmente con respecto al registro de ncleos o de afloramientos (vea tambin el Apndice al Informe pgina 160).

4.2. Caractersticas generales del terreno

4.2.1.Localizacin

La localizacin y extensin de cada sitio en consideracin debe ser adecuadamente definida. La subdivisin del terreno del proyecto debe ser hecha con base en el tipo, etapa y tamao del proyecto, conjuntamente con los lmites naturales dentro del rea.

El sistema de posicionamiento global (GPS) ha facilitado la localizacin de campo, sea que el rea est bien cubierta cartogrficamente o no. El GPS es un conjunto de 21 satlites operacionales cuyas seales son recibidas en el terreno por un instrumento mvil e integrado para calcular su posicin en tres dimensiones. El uso civil est permitido aunque el sistema originalmente fue lanzado y mantenido por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos para facilitar la navegacin militar. La informacin es presentada digitalmente en trminos de latitud, longitud y cota sobre el nivel del mar, compatible con su uso en una base de datos del tipo sistema de informacin geogrfica. Su costo puede ser menor que 1000 dlares con una resolucin del orden de 2 m. El GPS opera en cualquier punto de la tierra, con la limitacin de que no siempre trabaja bien en los bosques y no recibe seales en los tneles. Hofmann Wellenhof et al (1992) describen el sistema en detalle.

4.2.2. Geomorfologa

La relacin entre la ocurrencia de suelos tropicales y la geomorfologa fue discutida e ilustrada en el Captulo 2. La identificacin y clasificacin de las geoformas debe ser un elemento importante en el proceso de descripcin en el campo. En el texto The Working Party on Land Surface Evaluation for Engineering Purposes (1982) se revisa y comenta los mtodos para la definicin de las geoformas. Aunque la escala y los mtodos de definicin de las geoformas puede ser una funcin del tipo y tamao del proyecto, el objetivo general puede lograrse mejor por un anlisis del terreno en el que, por ejemplo, los sistemas geomorfolgicos pueden ser definidos en trminos de unidades geomorfolgicas y geoformas. Tal enfoque ayuda en la organizacin efectiva de los proyectos al subdividirlos en de masas de suelos o de sitios relevantes. El Transport Research Laboratory ha producido un manual de evaluacin del terreno (Lawrence et al. 1993) que describe el mtodo con el cual se identifican y definen los sistemas geomorfolgicos y las geoformas. El uso de la clasificacin geomorfolgica y de la evaluacin de terrenos tiene la ventaja de permitir que la informacin sobre los suelos sea correlacionada con otras reas con clima, topografa y clima similares. Tambin indica cmo tomar e interpretar fotografas areas y las formas ms comunes disponibles de imgenes de satlite para usos en ingeniera.

Los sensores remotos, incluido el uso de fotointerpretacin y de imgenes de satlite constituyen una poderosa herramienta de evaluacin del terreno y es particularmente importante en reas donde la cartografa es escasa.

Los procedimientos de campo par el anlisis del terreno comprenden la definicin y la cartografa de la morfologa del sitio; la Tabla 4.1 muestra las definiciones relevantes que pueden ser utilizadas para ese objeto. La Figura 4.1(Cooke & Doornkamp 1974) ilustran un resultado tpico de cartografa morfolgica. Las Tablas 4.4 y 4.5 y las Figuras 4.2 y 4.3 indican cmo la morfologa puede ser definida en trminos de relieve y pendiente.

Figura 4.1. Presentacin tpica de un mapa geomorfolgico (Tomado de Cook & Doornkamp 1974).

Figura 4.2. Definiciones geomorfolgicas

Tabla 4.1. Clasificacin general del sitio

Parmetro

Clasificacin

Procedimiento/Referencia

Localizacin

Posicin

Lmites

Altura

Extensin

Utilice un sistema disponible de coordenadas locales/nacionales/GPS/o refirase a lmites fsicos. Use un sistema fotogrfico local/nacional. El tamao de cada sitio dependiente del tipo y escala del proyecto.

Morfologa

Relieve relativo

Angulo de la pendiente

Forma del perfil

Forma en planta

La escala y el tipo del proyecto controlan la metodologa y la cantidad de detalle. Ejemplos, Figuras 4.2 y 4.3. Use las Tablas 4.4 y 4.5.

Geologa

Tipo de roca

Fuente de informacin

Historia tectnica

Tabla 4.6 adaptada de BS5930 con la informacin adicional disponible.

Indique si resulta de cartografa de campo, compilacin de literatura, apique, perforacin.

Sismicidad y estabilidad tectnica.

Clima actual

Precipitacin anual

Variacin de precipitacin

Variacin de temperatura

Humedad

Evapotranspiracin

La informacin debe ser generada con medidas directas o recopilada de registros. Clasificacin climtica general, Tabla 4.7.

Hidrologa

Ros/corrientes

Madurez del lecho

Nivel fretico

Registre la ocurrencia, patrn general, Tabla 4.8, flujo, Tabla 4.9.

Registre la posicin, variaciones y respuesta a la precipitacin.

Vegetacin

Tipo

Porcentaje cubierto

Natural y cultivada, en trminos amplios, Tabla 4.10.

Tabla 4.2. Caractersticas de la masa del suelo

Parmetro

Clasificacin

Procedimiento/Referencia

Composicin

Materiales

Geometra

Naturaleza

Lista de tipos de material, seccin de construccin.

Registre los lmites, la extensin, la forma de la masa de suelo.

Zona de prstamo, colina, corte de carretera, etc.

Estructura

geolgica

Estratificacin

Diaclasamiento

Fallamiento

Espejos de falla

Contactos

El espaciamiento de continuidades definido en la Tabla 4.27. Naturaleza de superficies de discontinuidad descritas segn las normas ISRM 1977. buzamiento y direccin de buzamiento. Tipo y naturaleza de contactos, Tabla 4.28. Relacin de los tipos de material.

Comportamiento

Erosionabilidad

Pendientes

Deslizamientos

Resistencia

Por observacin. Naturaleza y extensin de la erosin.

Medida de los ngulos de taludes y laderas.

Registre el tipo y la historia de los deslizamientos.

Registre la respuesta a cargas externas mediante programas de medicin in situ y durante la construccin.

Nomenclatura

Masa/perfil

Basada en la clasificacin propuesta en el Captulo 3.

Tabla 4.3. Caractersticas del material del suelo

Parmetro

Clasificacin

Procedimiento/Referencia

Humedad

Estado

Estimacin, Jennings et al. 1973, Tabla 4.11. Tambin la velocidad de cambio en respuesta a humedecimiento secado y a la precipitacin estacional.

Color

Carta de colores

American Geological Society.

Resistencia

Suelo cohesivo

Suelo no cohesivo/

suelo cementado

Rocoso/endurecido

Tabla 4.12. Use la veleta de mano, el penetrmetro o sonda para ayudar a la clasificacin cuando sea posible.

Tabla 4.13.

Tabla 4.14. Use martillo de Schmidt o de campo para ayudarse en la clasificacin.

Fbrica

Origen

Vacos

Orientacin

Distribucin

Discontinuidades

Formada o heredada, Tabla 4.15.

Cantidad (porosidad), Tabla 4.6.

Patrn de orientacin de las partculas, Tabla 4.17.

Tabla 4.18.

Orientacin, espaciamiento, condicin.

Textura

Tamao de partcula

Forma de las partculas

Gradacin

Tabla 4.19, BS5930. Use tablas para definir tamao y forma.

Tabla 4.20.

Estimacin apoyada en tamizado, Tabla 4.21.

Densidad y densidad relativa

Masa inalterada

Estimacin de campo, Tabla 4.22.

Comportamiento aparente

Resistencia del material alterado

Durabilidad

Infiltracin

Expansin/contraccin

Plasticidad

Igual a la densidad. Anote la relacin.

Ensayo de durabilidad en campo, Tabla 4.23.

Ensayo de infiltracin en campo.

Ensayos de humedecimiento/secado en campo.

Estimacin de campo, Tabla 4.24.

Mineraloga

Primaria

Secundaria

Examen visual con lente. Prueba de carbonato, Tabla 4.25.

Registre en particular cuarzo, feldespatos y la relacin de primarios a secundarios, Tabla 4.26.

Clasificacin

Tipo

Basado en la clasificacin SRT propuesta, meteorizacin del material parental o el sistema nico de proyecto.

Tabla 4.4. Morfologa, relieve relativo

Relieve relativo (m)

Calificacin

< 10

Muy bajo

10 - 30

Bajo

30 - 100

Moderado

100 - 300

Alto

> 300

Muy alto

Tabla 4.5. Morfologa, pendientes

Angulos ()

Calificacin

< 2

Llano

2 - 5

Suave

5 10

Moderado

10 - 18

Moderadamente empinado

18 30

Empinado

30 45

Muy empinado

45 70

Escarpado

70 - 90

Subvertical

4.2.3. Geologa

En el Captulo 2 qued establecido que la geologa del basamento puede tener una influencia significativa en la naturaleza y el desarrollo de los suelos. La naturaleza del material parental frecuentemente tiene una estrecha relacin con la morfologa y en su influencia sobre los suelos residuales tropicales; de hecho, la variacin de la geologa del basamento puede afectar el comportamiento geotcnico de los suelos residuales resultantes (Irfan 1988).

La geologa relevante del basamento puede ser definido en trminos simples (Tabla 4.6) mediante el uso del material adoptado de la Norma BS5930 o del Working Party Report on the Mapping of Rock Mases (1977) o del Working Party Report on Weathered Rocks (1995). Esto no excluye una descripcin ms detallada de la geologa si se requiere. La definicin de la historia geolgica puede proporcionar informacin valiosa sobre la estabilidad tectnica y geomorfolgica y, en consecuencia, sobre la madurez de los perfiles de suelo desarrollados.

descripcin geomorfolgica. Debe ponerse atencin particular a la ocurrencia de manantiales, corrientes y ros, las variaciones estacionales y la madurez del lecho de los ros y corrientes.

Debe registrarse la naturaleza y ocurrencia del agua subterrnea y cualquier informacin que conduzca a la definicin del rgimen de flujo del agua subterrnea, posicin de niveles freticos, variacin del nivel fretico y respuesta a la precipitacin (capacidad de infiltracin).

Tabla 4.8. Espaciamiento del drenaje

Espaciamiento (m)

Calificacin

< 100

Muy denso

100 - 400

Denso

400 - 1500

Moderado

1500 - 3000

Amplio

> 3000

Muy amplio

Esta tabla debe ser utilizado slo como gua.

Los principales tipos de rocas aparecen en maysculas y negrilla. Los lmites con lneas gruesas definan las condiciones en las que se aplica el nombre de la roca.

La Tabla se reproduce de la norma BS5930: 1981 con autorizacin de la BSI. Copias de la norma completa de la norma BS pueden ser obtenidas por correo de BSI sales, Linford Wood, Milton Keynes, MK146LE, UK.

Tabla 4.6. Gua de identificacin y clasificacin geotcnicas de rocas

4.2.4.Clima actual

El clima puede ser descrito en trminos de las condiciones generales, Tabla 4.7 y del clima actual e inmediatamente precedente. La descripcin del clima debe cuantificar la precipitacin anual, incluyendo intensidad. Las variaciones de la precipitacin diurna y estacional, las variaciones de temperatura diurna y estacional y la humedad.

La determinacin de las relaciones de evaporacin/transpiracin debe ser un resultado de las observaciones climticas en el terreno. En algunos proyectos puede ser til establecer ndices climticos locales de acuerdo con la propuesta de Weinert (1974). Este ndice climtico est dado por la expresin

N = 12 Ej/Pa

Donde Ej es la evaporacin durante el mes ms clido y Pa es la precipitacin anual.

Weinert propuso este ndice en Sudfrica como una ayuda para la estimacin de la durabilidad de los agregados en carreteras, en ambientes de meteorizacin. Los valores de N menores que 5 indican condiciones climticas que dan lugar a un manto de suelo residual.

Tabla 4.7. Categoras climticas

A.Climas de bajas latitudes

Ecuatorial hmedo

Precipitacin

Temperatura

Rasgos

Alta, 1500 a 2500 mm., variacin mensual 75 250 mm.

Media anual, 24 27C, intervalo 21- 32C con variaci