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PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LOS SUELOS

MECANICA DE SUELOS PROF. Alba Yajaira Sánchez Delgad

!AMES "RISALES SIM#ASICA

PRO"RAMA DE IN"ENIERIA CI$IL FACUL%AD DE IN"ENIERIA CI$IL Y AR&UI%EC%URA CORPORACION UNI$ERSI%ARIA DEL ME%A $ILLA$ICENCIO' ME%A ( DE MAR)O DE *+,-

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PROPIEDADES FSICAS DEL SUELO

Como se ha explicado, el suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos (agua) y gase gaseoso osos s (aire (aire). ). La adec adecua uada da relac relación ión entre entre estos estos compo compone nent ntes es deter determin mina a la capacidad capacidad de hacer crecer las plantas y la disponibilidad de suficientes nutrientes nutrientes para ellas. La proporción de los componentes determina una serie de propiedades que se conocen como propiedades físicas o mecnicas del suelo! textura, estructura, color, permeabilidad, porosidad, drena"e, consistencia, profundidad efecti#a.

%E/%URA La textura de un suelo es la proporción de los tama$os de los grupos de partículas que lo constituyen y est relacionada con el tama$o de las partículas de los minerales que lo forman y se refiere a la proporción relati#a de los tama$os de #arios grupos de part partíc ícul ulas as de un suel suelo. o. %sta %sta prop propie ieda dad d ayud ayuda a a dete determ rmin inar ar la faci facili lida dad d de abastecimiento de los nutrientes, agua y aire que son fundamentales para la #ida de las plantas. &ara el estudio de la textura del suelo, 'ste se considera formado por tres fases! sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida constituye cerca del  * del #olumen de la mayor parte de los suelos superficiales y consta de una mezcla de partículas inorgnicas y orgnicas orgnicas cuyo tama$o y forma #arían considerablement considerablemente. e. La distribución proporcional de los los dife difere rent ntes es tama tama$o $os s de part partíc ícul ulas as mine minera rale les s dete determ rmin ina a la text textur ura a de un determinado suelo. La textura del suelo se considera una propiedad bsica porque los tama$os de las partículas minerales y la proporción proporción relati#a de los grupos por tama$os #aría #arían n consid consider erab ablem lemen ente te entre entre los los suelos suelos,, pero pero no se alter alteran an fcil fcilmen mente te en un determinado suelo. %l procedimiento analítico mediante el que se separan las partículas de una muestra de suelo suelo se le llama llama anlisi anlisis s mecnico mecnico o granulom' granulom'tric trico o y consist consiste e en determinar determinar la distribución de los tama$os de las partículas. %ste anlisis proporciona datos de la clasificación, morfología y g'nesis del suelo, así como, de las propiedades físicas del suelo como la permeabilidad, retención del agua, plasticidad, aireación, capacidad de cambio de bases, etc. +odos los suelos constan de una mezcla de partículas o agrupaciones de partículas de tama$ tama$ simil simil lo clasi clasific fic ión con ba lo límite límite de





Clasificación de las partículas del suelo según el United States Departament of Agriculture Agriculture

Nombre de la partícula límite del diámetro en milímetros milímetros Arena Muy gruesa ruesa Mediana !ina Muy "ina #imo Arcilla

TAMAÑO TAMAÑO 0.05 a 2.0 1.0 a 2.0 0.5 a 1.0 0.25 a 0.5 0.10 a 0.25 0.05 a 0.10 0.002 a 0.05 menor de 0.002





Los nombres de las clases de textura se utilizan para identificar grupos de suelos con mezclas parecidas de partículas minerales. Los suelos minerales pueden agruparse de manera general en tres clases texturales que son! las arenas, las margas y las arcillas, arcillas, y se utiliza una combinación de estos nombres para indicar los grados intermedios. &or e"emplo, los suelos arenosos contienen un  * o ms de partículas de arena, los areno areno-ma -margo rgoso sos s conti contiene ene de  a / * de limo limo y arcill arcilla. a. Los Los suelo suelos s arcill arcilloso osos s contienen ms del 0 * de partículas de arcilla y pueden contener hasta 0 * de arena y hasta 0 * de limo, y se clasifican clasifican como arcillo-arenosos arcillo-arenosos o arcillo-limosos. arcillo-limosos. Los suelos que contienen suficiente material coloidal para clasificarse como arcillosos, son por lo general compactos cuando estn secos y pega"osos y plsticos cuando estn h1medos. Las texturas margas constan de di#ersos grupos de partículas de arena, limo y arcilla arcilla y #arían #arían desde desde margo-a margo-aren renoso oso hasta hasta los margo-ar margo-arcill cillosos osos.. 2in embargo, embargo, aparentan tener proporciones aproximadamente iguales de cada fracción.

ES%RUC%URA La estructura es la forma en que las partículas del suelo se re1nen para formar agre agregad gados. os. 3e acuer acuerdo do a esta esta carac caracter teríst ística ica se distin distingue guen n suelo suelos s de estruc estructur tura a esferoidal (agregados redondeados), laminar (agregados en lminas), prismtica (en forma de prisma), blocosa (en bloques), y granular (en granos). La estru estructu ctura ra del del suelo suelo se defin define e por la forma forma en que que se agru agrupa pan n las partíc partícula ulas s indi#iduales de arena, limo y arcilla. Cuando las partículas indi#iduales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se denominan agregados.





"rad0 de e01r3c13ra del 03el %l grado de estructura es la intensidad de agregación y expresa la diferencia entre la cohesión dentro de los agregados y la adhesi#idad entre ellos. 3ebido a que estas propiedades #arían seg1n el contenido de humedad del suelo, el grado de estructura debe determinarse cuando el suelo no est' exageradamente h1medo o seco. %xisten cuatro grados fundamentales de estructura que se califican entre 4 y /, de la manera siguiente! •

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2in estructura! condición en la que no existen agregados #isibles o bien no hay un ordenamiento natural de líneas de debilidad, tales como! %structura de aglomerado (coherente) donde todo el horizonte del suelo o aparece cementado en una gran masa5 o %str %struc uctu tura ra de gran grano o simp simple le (sin (sin cohe cohere renc ncia ia)) dond donde e las las part partíc ícul ulas as indi#iduales indi#iduales del suelo no muestran tendencia a agruparse, como la arena pura5 %structura d'bil! est deficientemente formada por agregados indistintos apenas #isibles. Cuando se extrae del perfil, los materiales se rompen dando lugar a una mezcla de escasos agregados intactos, muchos quebrados quebrados y mucho material no agregado5 %str %struc uctu tura ra mode modera rada da!! se car caracte acteri riza za por por agre agrega gado dos s bien ien form formad ados os y diferenciados de duración moderada, y e#identes aunque indistintos en suelos no alterados. Cuando se extrae del perfil, el material edfico se rompe en una mezcla de #arios agregados enteros distintos, algunos rotos y poco material no agregado5 %structura fuerte! se caracteriza por agregados bien formados y diferenciados que son duraderos y e#identes en suelos no alterados. Cuando se extrae del perfil, el material edfico est integrado principalmente principalmente por agregados agregados enteros e incluye algunos quebrados y poco o ning1n material no agregado.

Cla0e0 4 1i50 de e01r3c13ra del 03el 0 3el La clase de estructura describe el tama$o medio de los agregados indi#iduales. %n relación relación con el tipo de estructu estructura ra de suelo suelo de donde donde proceden proceden los agregados agregados,, se pueden reconocer, en general, cinco clases distintas que son las siguientes! 6uy fina o muy delgada 7ina o delgada 6ediana 8ruesa o espesa • • •





%l tipo de estructura describe la forma o configuración de los agregados indi#iduales. 9unque generalmente generalmente los t'cnicos t'cnicos en suelos reconocen siete tipos de estructuras estructuras del suelo, sólo usaremos cuatro tipos. %stos se clasifican del  al 0, de la forma siguiente!  %structu %structuras ras granulare granulares s y miga"osa miga"osas! s! son partículas indi#iduales indi#iduales de arena, limo y arcilla agrup rupadas en gran ranos peque$o e$os casi esf'ricos. %l agua circula muy fcilmente a tra#'s tra#'s de esos esos suelos suelos.. &or &or lo gene general ral,, se encuentran en el horizonte 9 de los perfiles de suelos

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%stru tructura turas s en bloq loques o bloq loques subangulares! subangulares! son partículas de suelo que se agru agrupa pan n en bloq bloque ues s casi casi cuad cuadra rado dos s o angu angula lare res s con con los los bord bordes es ms ms o meno menos s pronu pronunci nciad ados. os. Los Los bloque bloques s relat relati#a i#ame mente nte gran grande des s indi indica can n que que el suel suelo o resi resist ste e la penetración penetración y el mo#imiento del agua. 2uelen encon encontra trarse rse en el horiz horizon onte te ; cuand cuando o hay acumulación de arcilla5

/ %structuras prismticas y columnares! son partíc rtícu ulas las de suelo que han form forma ado columnas o pilares #erticales separados por fisuras #erticales diminutas, pero definidas. %l agua circula con mayor dificultad y el drena"e es deficiente.






COLOR %l color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida indirecta de ciertas propiedades. %l color #aría con el contenido de humedad. %l color ro"o indica contenido de óxidos de hierro y manganeso5 el amarillo indica óxidos de hierro hidratado5 el blanco y el gris indican presencia de cuarzo, yeso y caolín5 y el negr negro o y marró marrón n indic indican an mater materia ia orgn orgnic ica. a. Cuan Cuanto to ms negro negro es un suelo suelo,, ms producti#o ser, por los beneficios de la materia orgnica. %l color del suelo puede proporcionar información cla#e sobre otras propiedades del medio edfico. &or e"emplo, suelos de colores grisceos y con presencia de =moteados o manchas> son síntomas de malas condiciones de aireación. ?orizontes superficiales de colores oscuros tendern a absorber mayor radiación y por consiguiente a tener mayores temperaturas que suelos de colores claros. La medición del color del suelo se realiza con un sistema estandarizado basado en la =+abla de Colores 6unsell>. %n esta tabla se miden los tres componentes del color! @ +ono (hue) (%n suelos es generalmente ro"izo o amarillento) @ Antensidad o brillantez (chroma) @ Balor de luminosidad (#alue)





PERMEA#ILIDAD &ermeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades ms importantes que han de considerarse para la piscicultura. n estanque construido en suelo impermeable perder poca agua por filtración. 6ientras ms permeable sea el suelo, mayor ser la filtración. 9lgunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar t'cnicas de construcción especiales. %n un #olumen de esta colecció colección n que aparece aparecer r próximame próximamente nte se ofrecer ofrecer  informac información ión sobre sobre dichas dichas t'cnicas. DEu' factores afectan a la permeabilidad del sueloF 6ucho 6uchos s facto factores res afect afectan an a la perme permeab abili ilida dad d del suelo suelo.. %n ocas ocasion iones es,, se trata trata de factores en extremo localizados, como fisuras y crca#as, y es difícil hallar #alores representati#os de la permeabilidad a partir de mediciones reales. n estudio serio de los los perf perfil iles es de suel suelo o prop propor orci cion ona a una una indi indisp spen ensa sabl ble e comp compro roba baci ción ón de dich dichas as mediciones. Las obser#aciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas, los poros #isibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla, constituyen la base para para deci decidi dirr si es prob probab able le que que las las medi medici cion ones es de la perme ermeab abil ilid idad ad sean sean representati#as. %l suelo est constituido constituido por #arios horizontes, horizontes, y que, generalmente, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. &ara determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado. La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura %l tama$o de los poros del suelo re#iste gran importancia con respecto a la tasa de filtraci filtración ón (mo#imien (mo#imiento to del agua hacia hacia dentro dentro del suelo) y a la tasa tasa de percolación percolación (mo#imiento del agua a tra#'s del suelo). %l tama$o y el n1mero de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y tambi'n influyen en su





Bariación de la permeabilidad seg1n la estructura del suelo +ipo de de es estructura

&ermeabilidad

- 8ran traslapo Laminar %n bloque &rismtica

Ligero 3e traslapo muy

lenta

a muy rpida

8ranular

POROSIDAD Como consecuencia de la textura y estructura del suelo tenemos su porosidad, es decir su sistema de espacios #acíos o poros. Los poros en el suelo se distinguen en! macroscópicos y microscópicos. Los primeros son de notables dimensiones, y estn generalmente llenos de aire, en efecto, el agua los atra#iesa atra#iesa rpidamente, impulsada por la fuerza de la gra#edad. Los segundos en cambio estn ocupados en gran parte por agua retenida por las fuerzas capilares. Los terrenos arenosos son ricos en macro poros, permitiendo un rpido pasa"e del agua, pero tienen una muy ba"a capacidad capacidad de retener el agua, mientras que los suelos arcillosos son ricos en micro poros, y pueden manifestar una escasa aeración, pero tienen una ele#ada capacidad de retención del agua. La porosidad puede ser expresada con la relación





2 J densidad real del suelo5 2a J densidad aparente del suelo. %n líneas generales la porosidad #aría dentro de los siguientes límites! 2uelos ligeros! / K 0 * 2uelos medios! 0 K  * 2uelos pesados!  K  * 2uelos turbosos!  K M *

CONSIS%ENCIA

La consist consistenc encia! ia! es la caracter característi ística ca física física que gobiern gobierna a las fuerzas fuerzas de cohesi cohesiónónadhesión, responsables de la resistencia del suelo a ser moldeado o roto. 3ich 3ichas as fuer fuerza zas s depe depend nden en del del cont conten enid ido o de hume humeda dade des s por por esta esta razó razón n que que la consistencia se debe expresar en t'rminos de seco, h1medo y mo"ado. 2e refiere a las fuerzas que permiten que las partículas se mantengan unidas5 se puede definir como la resistencia que ofrece la masa de suelo a ser deformada o amasada.- Las fuerzas que causan la consistencia son! cohesión y adhesión. Cohesión! %sta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a que las partículas de arcilla presentan carga superficial, por una parte y la atracción de masas por las fuerzas de Ban der Nalls, opr otra (ga#ande, M)O 9dems de estas fuerzas, otros factores tales como compuestos orgnicos, carbonatos de calcio y óxidos de hierro y aluminio, son agentes que integran el mantenimiento con"unto de las partículas. La cohesión, entonces es la atracción entre partículas de la misma naturaleza. 9dhesión! 9dhesión! 2e debe a la tensión tensión superficial superficial que se presenta entre entre las partículas partículas de de suelo y las mol'c mol'cula ulas s de agua agua.. 2in embar embargo go,, cuand cuando o el conte contenid nido o de agua agua aumen aumenta, ta,

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