Suelos residuales: Comportamiento geotécnico y desafíos para cimentaciones
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Ing. Juan Carlos Rosas
Coordinador de Geotecnia
Los suelos residuales son los que se forman in situ, debido a la descomposición de la roca madre, sin necesidad de transporte por agentes externos, y se cree que más de la mitad de la superficie terrestre se encuentra cubierta por este tipo de materiales.
Su origen en el lugar crea terrenos muy heterogéneos, con estratos de gravas, arcillas o arenas que conservan aún la textura de la roca original. Cabe mencionar que esta heterogeneidad afecta de forma directa su comportamiento geotécnico y al diseño de las cimentaciones.
Por mencionar un ejemplo, a diferencia de los suelos transportados, los suelos residuales no han pasado por procesos de erosión que los homogeneicen, ni tampoco históricas de consolidación que permiten aplicar conceptos como la preconsolidación. Debido a esto, no tiene caso hablar de suelos normalmente en este ejemplo.
Por otro lado, ciertas arcillas residuales (sobre todo las de origen volcánico) podrían contener minerales poco comunes y de plasticidad elevada. Además, la permeabilidad de un suelo residual puede ser alta si la comparamos con suelos sedimentarios convencionales, lo cual implica que drena con más facilidad y su comportamiento ante el agua y la cimentación puede variar de forma veloz.
El perfil común de un suelo residual inicia en la roca madre alterada (llamada saprolito) y se transforma de forma gradual en material suelto. En la práctica de geotecnia se toman en cuenta diversos parámetros esenciales al estudiar este tipo de suelos:
Capacidad de carga del terreno: establece cuánto peso puede aguantar sin deformarse. Este valor es fundamental para seleccionar el tipo de cimentación, como zapatas, pilotes, losas, etc.
Granulometría y textura: refleja el tamaño de las partículas y la cantidad relativa de grava, arcilla o arena. Suelos que tienen alto contenido de arcilla o limo residual pueden tener gran compresibilidad.
Permeabilidad: mide cómo circula el agua en el terreno elegido. En suelos residuales, típicamente meteorizados, la permeabilidad suele ser bastante alta, apresurando la consolidación primaria y permitiendo la evacuación veloz del agua pluvial.
Consolidación y asentamientos: permite estimar la compresibilidad del terreno bajo ciertas cargas. En los suelos residuales puros, las curvas de consolidación no exhiben una presión de preconsolidación clara, así que los asentamientos suelen ser mayores de lo previsto utilizando métodos convencionales.
Expansión y contracción: en regiones con lluvias o sequías marcadas, las arcillas residuales podrían hincharse cuando se humedezcan y contraerse al secarse. Este camino volumétrico produce asentamientos diferenciales que se tienen que considerar dentro del diseño.
Para determinar estas propiedades se llevan a cabo sondeos y ensayos tanto de campo como de laboratorio. Es común realizar pruebas de penetración estándar (SPT) o cono dinámico (CPT) en la explotación del subsuelo. En el laboratorio, en cambio, se efectúan análisis de índice (límites de Atterberg) y mecánicos (consolidación, corte directo, entre otros) sobre las muestras inalteradas.
Gracias a estos estudios se revela la densidad, fricción interna del suelo, cohesión, parámetros esenciales para calcular la capacidad portante y, además, prever asentamientos o deslizamientos.
Diseñar cimentaciones sobre suelos residuales cuenta con diversos retos concretos:
Variabilidad alta del terreno: las propiedades cambian con la profundidad y, lateralmente, en el mismo lugar. Esto dificulta la estimación confiable de la resistencia del suelo. Se necesita un estudio geotécnico detallado con diversas perforaciones y ensayos in situ para minimizar la incertidumbre.
Asentamientos diferenciales: por la falta de consolidación previa y la variación en la rigidez, podrían suceder asentamientos desiguales entre diferentes sitios. Este es un punto crítico para las cimentaciones superficiales, pues las deformaciones no uniformes pueden llegar a agrietar la estructura.
Suelos expansivos: las arcillas residuales suelen contener zeolita o mica, minerales que se hinchan con la humedad. El diseño tiene que prevenir hundimientos o movimientos ascendentes cuando haya sequías o lluvias constantes. En casos severos, es mejor nivelar el contenido de la humedad del terreno o utilizar cimentaciones profundas.
Elección del tipo de cimentación: muchas veces es mejor utilizar una cimentación profunda. Debido a su mayor cohesión relativa, diversos suelos residuales logran soportar pilotes o pozos profundos con un buen desempeño. El estudio geotécnico tiene que recomendar el tipo y la profundidad correcta según el suelo detectado.
Control de calidad y seguimiento: durante la construcción es buena idea instalar instrumentos, como celdas de carga, piezómetros o extensómetros, que monitoreen la respuesta del terreno. Esto permite detectar inestabilidades o cambios en agua subterránea a buen tiempo.
En Integra Cimentaciones, profesionales en ingeniería geotécnica, aplicamos rigurosos estudios de suelos y laboratorios certificados para diseñar cimentaciones eficaces sobre suelos residuales, combinando tecnología y experiencia para garantizar estructuras seguras y firmes.
