Alteraciones de los Suelos Después de su Formación.

El ingeniero civil que trabaja en suelos debe proyectar su estructura no sólo para las propiedades del suelo existentes al comienzo de la obra sino también para toda la vida de proyecto de la estructura. Necesita, por tanto, conocer las propiedades del terreno al comienzo de la obra y la forma en que estas propiedades variarán a lo largo del tiempo. Tanto el tamaño y la forma de un depósito determinado como las propiedades mecánicas del suelo que lo componen pueden variar de manera muy significativa. Muchas de estas variaciones se producen independientemente de la actividad humana, mientras que otras se deben a la propia obra.

Los importantes cambios de comportamiento que pueden producirse durante el período de utilización de un suelo hacen la ingeniería de suelos al mismo tiempo difícil e interesante. El ingeniero pronto aprende que el suelo no es inerte, sino bastante activo y muy sensible a las condiciones de su entorno. La tabla 7.2 enumera los factores que tienen mayor influencia sobre el comportamiento de un suelo.

Presiones
En general un aumento de la presión sobre un elemento de suelo produce un incremento de la resistencia al esfuerzo cortante, una disminución de la compresibilidad y una reducción de la permeabilidad; los efectos contrarios se producen si las presiones disminuyen. Los cambios originados por una reducción de presiones suelen ser menores que los producidos por un incremento de presiones de igual magnitud

Durante la formación de un suelo sedimentario la presión total a una cota determinada continúa aumentando al ir creciendo la altura de suelo sobre el punto considerado. Así pues, las propiedades de un suelo sedimentario a una determinada profundidad están cambiando continuamente al formarse el depositó. La eliminación de las tierras superiores, por ejemplo por erosión, da lugar a una reducción de las presiones. Un elemento de suelo que esta en equilibrio bajo la máxima presión que ha experimentado en toda su historia se denomina normalmente consolidado, mientras que un suelo en equilibrio bajo una presión inferior a la que se consolido se denomina sobreconsolidado.

Existen procesos constructivos que dan lugar a un aumento de las presiones de confinamiento del suelo mientras que otras producen una reducción de presiones. Por ejemplo, el terraplén representado en la Fig. 1.6 causó un gran incremento de las presiones verticales del terreno en su base. Cuando se alcanzó el equilibrio bajo la carga de este terraplén, el terreno de base tenía una resistencia mucho mayor. Por otro lado, la excavación realizada para el Canal de Panamá produjo una descarga considerable del terreno en la zona del Canal y en las proximidades del mismo. Esta descaiga dio lugar a una disminución de la resistencia de las lutitas inmediatas al Canal, contribuyendo a los deslizamientos que se produjeron a lo largo del mismo.

Tiempo
El tiempo es una variable que interviene en los demás factores que contribuyen a las variaciones de comportamiento del suelo (en especial las presiones, la humedad y las condiciones del medio).

Para apreciar los efectos completos de una variación de presiones, el agua debe ser expulsada o absorbida por el elemento del suelo. Debido a la permeabilidad relativamente baja de los suelos de grano fino, se requiere un cierto tiempo para que esta agua escape o penetre en tales suelos. El tiempo es un factor evidente en las reacciones químicas, como las que se producen en los procesos de meteorización.

Agua
Como se comentó en el capítulo 2, el agua puede tener dos efectos perjudiciales sobre el suelo. En primer lugar, la mera presencia de agua hace disminuir las fuerzas de atracción entre las partículas arcillosas. En segundo lugar, el agua intersticial puede soportar los esfuerzos aplicados, modificando así el comportamiento del suelo. Una muestra de archa que puede tener una resistencia próxima a la del concreto pobre cuando se deseca, puede transformarse en fango al sumergirla en agua. Así pues, el aumento de humedad de un suelo reduce por lo general, la resistencia del mismo.

Tanto la naturaleza como la actividad humana pueden alterar las condiciones del agua intersticial. En muchas partes del mundo existe una variación muy marcada en las condiciones de humedad a lo largo del año. En la estación seca y cálida existe escasez de lluvia y el nivel freático desciende; en la estación húmeda, hay abundancia de agua superficial y se produce una elevación general del nivel freático. Estas variaciones estacionales en las condiciones de humedad producen un cambio apreciable en las propiedades del suelo a lo largo del año.

Existen muchos procesos constructivos que modifican las condiciones del agua freática. Por ejemplo, la presa representada en la Fig. 1.8 dio lugar a un embalse, que indujo en el terreno un fuerte aumento de la presión intersticial. No sólo el terreno de cimentación de la presa sufrió un incremento de presión intersticial sino que muchos suelos secos, que nunca habían estado inundados, quedaron sumergidos por el agua del embalse. La construcción de los dos edificios que aparecen en las Figs. 1.4 y 1.5 hizo necesario abatir el nivel freático. Esta operación produjo una variación en las propiedades del terreno.

Entorno o medio ambiental
Existen varias características del entorno de un suelo que pueden tener influencia sobre su comportamiento. Consideraremos aquí la naturaleza del fluido intersticial y la temperatura. Una arcilla sedimentaria o compactada puede haberse formado con un fluido intersticial de una cierta composición y a una cierta temperatura, pero ambos factores pueden variar a lo largo de la vida del depósito. Un ejemplo es la arcilla marina depositada en agua con un elevado contenido de sales: 35 gr de sal por litro de agua en unas condiciones marinas típicas. Las arcillas marinas han sufrido frecuentemente levantamientos tectónicos por lo cual se encuentran por encima del nivel del mar, y el agua que se filtra a través de las mismas tiene un contenido en sales muy inferior al del agua del mar.

Así, a lo largo de la historia de un sedimento arcilloso puede producirse un arrastre o lavado gradual de la sal que ocupa los poros, de forma que al cabo de muchos miles de años de lavado o lixiviación, el fluido intersticial puede ser muy diferente del que existía en el instante de la formación del sedimento. Como se comentó en el capítulo 5, la disminución del contenido de electrólitos del agua en tomo a las partículas de suelo puede reducir la fuerza neta de atracción entre las mismas. En otras palabras, el arrastre de la sal de los poros puede dar lugar a una reducción de la resistencia al corte.

El ejemplo más espectacular de la reducción de resistencia al corte producido por la lixiviación corresponde a las “arcillas de elevada susceptibilidad” o “arcillas sensibles” (quick clays). Estas arcillas marinas se depositaron en un estado muy floculado A pesar de la elevada humedad, estas arcillas han desarrollado una resistencia relativamente grande debido a los enlaces formados en los contactos borde-cara. Al cabo de los años la mayoría de los electrólitos existentes en el fluido intersticial han sido arrastrados por lavado. En estas nuevas condiciones, la arcilla tendería a estar en un estado disperso  y, para la misma humedad, su resistencia sería muy pequeña. Sin embargo, este cambio no se aprecia totalmente hasta que la arcilla no sufre una perturbación suficiente para romper los enlaces formados durante largos años bajo las presiones de confinamiento. Con la perturbación, la arcilla pierde toda su resistencia y se transforma en una masa pastosa suelo-agua de resistencia al corte nula. Estas arcillas sensibles han dado lugar a numerosos problemas en los países escandinavos y en Canadá donde están muy extendidas. El deslizamiento que aparece en la se produjo en una arcilla de este tipo. 

La variación de temperatura desde el instante de la formación del depósito hasta un cierto momento posterior puede dar lugar a una variación en el comportamiento del suelo. Así pues, una archa depositada en un lago glacial va aumentando gradualmente de temperatura a lo largo de su vida. Además, un suelo situado a gran profundidad en el terreno, cuando se extrae y se lleva al laboratorio para realizar pruebas, puede sufrir variación de propiedades debido a la diferencia de temperatura entre el terreno y el laboratorio. La reducción de temperatura en un suelo cohesivo suele causar un hinchamiento del suelo y que parte del aire ocluido en el fluido intersticial pase al estado gaseoso.

De todo lo expuesto, el ingeniero puede deducir que es necesario considerar cómo pueden variar las propiedades del suelo a lo largo de la vida de la estructura, y no esperar hacer un proyecto adecuado únicamente a partir de las propiedades del terreno existentes antes de la construcción. Puede enfrentarse con un fallo desastroso si proyecta una presa de tierra contando con la resistencia que tiene el terreno antes de la construcción de la misma. En otros capítulos de este libro se comentarán los principios necesarios para seleccionar, los valores adecuados de resistencia, permeabilidad y compresibilidad a emplear en un problema determinado.

Tabla  7.2  Factores que influyen sobre el comportamiento del suelo.