J. RUIZ CARVA,JAL, J. L. PEREZ RODRIGUEZ, D. DE LA ROSA Y C. MAQUEDA

Transcripción

1 PROPEDADES GEOTECNCAS y CARACTERZACON MNERALOGCA DE LA FRACCON ARCLLA DE LOS SUELOS DEL AREA URBANA DE SEVLLA J. RUZ CARVA,JAL, J. L. PEREZ RODRGUEZ, D. DE LA ROSA Y C. MAQUEDA nstituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla. (C.S..C.) NTRODUCCON Estudios geotécnicos sencillos basados principalmente en análisis granulométricos, determinaciones de la plasticidad, medidas del hinchamiento y capacidad de cambio son suficientes para obtener una identificación y clasificación de los suelos. También, el conocimiento de la naturaleza mineralógica de la fracción fina del suelo, como parte activa, permite preveer su comportamiento mecánico. El presente trabajo, estudia el suelo del área urbana de Sevilla bajo estos dos aspectos: el geotécnico y el mineralógico. Del análisis físico y mecánico se han caracterizado y clasificado los suelos, indicándose la variabilidad espacial de sus propiedades. Del análisis mineralógico y fisico-químico de la fracción arcilla se ha podido limitar zonas geográficas en el área urbana de Sevilla con propiedades diferentes. Del desarrollo de estos dos estudios se han formulado y calibrado modelos matemáticos que permiten pronosticar el comportamiento tecnológico de los suelos a partir de su conocimiento fis1coquímlco. MATERALES Y METODOS Se estudian 168 muestras de suelos procedentes de 78 sondeos (Fig. 1), dentro de una sección vertical entre 5 y 18 metros, comprendidos y distribuidos por la parte izquierda del río Guadalquivir. Las muestras fueron tomadas a diferentes niveles y representativas de las capas morfológicamente diferentes. Geológicamente los materiales pertenecen al cuaternario reciente del Valle del Guadalquivir, constituidos por elementos de textura fina (arcillas y limos), depositados sobre acumulaciones de gravas y arenas que recubren los sedimentos terciarios de la marga azul tortoniense. Las características geotécnicas fueron determinadas siguiendo procedimientos similares a los recogidos en los manuales y normas de ASSHO y de ASTM. Para las determinaciones de las propiedades físico-químicas y mineralógicas se desarrollaron los métodos usuales. Se utilizaron los parámetros estadísticos, como el número de observaciones (n), valor medio (~), rango, desviación típica (r) y coeficiente de variación (cv%). Para el estudio de las relaciones entre las propiedades geotécnicas de los suelos y de las mineralógicas de la fracción arcilla se hizo uso de los análisis computacionales de regresión. En este trabajo se exponen en sfntesis aquellos resultados más indicativos de la Tesis Doctoral presentado p3r el primer autor en la F. de C. Químicas de la ljni~ versidad de Sevilla. 1985, :itulada: llos suelos de la cillt1"d ne Sevilla: caracterización geotécrtica y propiedades mineralógica:-, de su fr (;,i ~n arcilla!!. 491

2 RESULTADOS Y DSCUSON El estudio geotécníco se ha planteado sobre la base de los valores obtenidos a partir de las determinaciones tecnológicas realizadas con todas las muestras. Del examen de curvas granulométricas se deduce que son suelos, que presentan una distribución normal muy semejantes y bastante bien graduados, principalmente en las fr9.cciones finas «0,06 mm). El tipo de curva granulométrica media es del tipo hiperbólico lo que indica que son suelos propios de sedimentos finos (arcillas y limos, 38% y 33% respectivamente) depositados en aguas calmas o de transporte poco intenso. Sobre. el Abaco de plasticidad de Casagrande, los suelos se sitúan alineados, paralelos y por encima de la línea A, indicativo de suelos afines que corresponden a una misma formación geológica, definiéndose como arcillas de plasticidad media (WL=36,6, p=19, ). El valor medio del PVC (:.o 3) o índice de expansividad, queda calificado como Marginal. No obtante, el 30% de los resultados del PVC se califican de Crítico a muy Crítico. calificándose el resto de Marginal (31%) y de No Crítico (39%). La variabilidad vertical de las propiedades, considerando un perfil único de O a 5 metros. se mueve sensiblemente así: La arena está concentrada en la superficie disminuyendo ligeramente en profundidad. La plasticidad aumenta en profundidad (1p de 0 a ). gualmente ocurre con la capacidad de cambio (meq/100 g de 13,8 a 14.4) y el cambio potencial volumen (PVC de 3 a 3.6). El índice de CBR disminuye en profundidad (de 4,1 a 3,7), igualmente ocurre con la absorción (de 4,4% a 3,8%) y el hinchamiento (de 1.5% a 1,%) medidos durante dicho ensayo. La ensidad seca máxima Proctor, 3 aumenta con la profundidad (1,71 g/cm a 1,75 g/cm ), disminuyendo por el contrario la humedad óptima (de 18% a 16%). La variabilidad media para el conjunto de las propiedades determinadas referidas a la parte más superficial del suelo es del cv=38%. que aume~ta en horizontes más profundos (cv=43%). Los índices de hinchamiento (% H-CBR y PVC) juntamente con el contenido de arena son las características más variables (cv=68%), mientras que la densidad seca máxima Proctor es la que presenta menor dispersión (cv=6%). El carbonato cálc.ico (4% de contenido medio) aparece en todas las muestras analizadas. concentrándose especialmente en las fracciones limosas (60%) del suelo. La composlclon mineralógica de la fracción arcilla, para todos los suelos, es bastante similar. Como componente principal se muestra la ilita (1=59%), seguido de la montmorillonita (m=31%) y en menor proporción y con valores muy próximos se encuentra la caolinita (k=lo%). Pequeñas cantidades de clorita acompanan. a veces, estos minerales. Como minerales accesorios se presenta el cuarzo, sesquioxidos de hierro y aluminio hidratados 'y feldespatos. No obstante, a pesar de presentar estos suelos una mineralogía muy parecida, la variabilidad en las proporciones ilita-montmorillonita y sus índices de cristalinidad (Weaver, w, y Biscaye. 1v/p), así como las propiedades de superficie específica (Sa) capacidad de cambio (CEC) y el contenido en potasio (K 0 %), ha permitido agrupar los suelos que, llevados al plano urbano de Sevilla puso de manifiesto la formación de seis zonas geográficas con características mineralógicas diferentes. (Fig. l. Plano. Zonas 1 a V). Los valores medios de los parámetros mineralógicos antes citado, encontrados para cada zona se reseñan esquemáticamente bajo perfiles 49

3 únicos (de a 5 m.l en la Figura. Zona l. La mineralogía es muy unif'orme a lo largo del perfil. La montmorillonita es el mineral dominante (46%) con un bajo índice de Bíscaye. La ilita, también abundante, se presenta con un índice de cr~stalinidad (w=1.40) bajo. La CEC (45 meq/loo g) y la Sa (450 m /g) altos, con un contenido en K 0 bajo (,49%) que responden a la mineralogía de esta zona. ' Zona 11. Muestra una mineralogía variable a lo largo del perfil. El horizonte superior está constituido por un alto contenido en ilita (77%) con un moderado índice de Weaver (,58). La montmorillonita se presenta en baja proporción (11%) que va aumentando en profundidad (7%). La CEC y la Sa varían a lo largo del perfil de acuerdo con las características mineralógicas. Zona 111. Presenta mineralogía uniforme a lo largo del perfil con un alto contenido en ilita (80%) con un índice de Weaver alto (3,15) lo que sugiere que el mineral se encuentra poco alterado en esta zona respecto a las otras. E contenido en K 0 (3,41%), la CEC (30,9 meq/100 g) y Sa (37 m /g) se muestran acorde con la mineralogía. Zona V y Zona V. Muy similares en cuanto a mineralogía y uniformidad en todo el perfil, diferenciándose en el valor del índice de Biscaye, muy bajo en la Zona V (v/p=0,16). Zona V. S,e caracteriza por aparecer en los horizontes superiores un mineral de espaciados altos que se atribuye a montmorillonitailita interestratificados y con una cristalinidad bastante alterada (v/p=0, e W=1,54), mientras que en los horizontes más profundos la mineralogía se asemeja a la descrj ta en la Zona 1. En el estudio de correlaciones destacan las regresiones obtenidas entre la capacidad de cambio (CEC) y las propiedades geotécnicas (Tabla 1), con coeficientes de correlación (r), en general altos, como se aprecia en el S, WL y Dmax a excepción del CBR bajo. CONCLUSONES Geotécnicamente son suelos compuestos con predominio en arcillas y limos y alto contenidos en carbonatos. Definidos según Casagrande como arcillas de plasticidad media y calificados de actividad alta que responden a suelos de expansividad media a críticas. Desde el punto de vista de la ingeniería se califican como suelos tolerables. La composición mineralógica de la fracción arcilla, en general, se presenta muy semejante, definiéndose como suelos ilíticos con índices de crlstalinidad bajos. Diferencias en las proporciones de los ",~nerales lita-montmori: llonita y sus índices de cristalinidad, principalmente, ha permitido agrupar los suelos y limitar seis zonas geográficas sensiblemente diferentes en el área urbana de Sevilla. En el análisis estadístico de correlación entre variables geotécnicas y fisico-químicas puso de manifiesto que la CEC es el parámetro que mejor explica el comportamiento tecnológico de los suelos estudiados. 493

4 N CD + +-t AREA URBANA + :; +.DS REMEDO o +..J + '" ~ l ~ :::> (!) O a: )t ) GRAFCA 1,0,0 Km. Fig. 1.- Plano de Sevilla, con situación de los sondeos y zonas mínéralógicas diferenciadas (de 1 a V). 494

5 TABLA 1.- Correlaciones entre parámetros geotécnicos, capacidad de cambio (Cee) y cambio potencial de volumen (PVe). Correlación n r Límite líquido vs. cee. Lími te plástico vs. cee. ndice de plasticidad vs. cee. Límite de retracción vs. cee. ndice de retracción vs. cee. Humedad óptima Proctor vs. cee. Densidad máxima Proctor vs. cee. lndice de ebr vs. cee. cee. Límite líquido Límite plástico ndice plástico ndice de retracción Arcil1a+Limo. (%) ndice de grupo 168 0, , , , ,9 44 0, , , , , , , , , ,78 ~, 1l'45!! K' 9 ' 11'X'O,40 1, P r.",40 ct(; w "()o m , K r 1 K.. 1l 11~'0.0 \1.',56 jeee lo' a!,3 : l'fp ' ':\,15!cec;=<30,9 K.o' " 31!.. '37 : X,o'3,0 1,60 m K 13 V/P'~4! 1_".19 cee-35,8 so.414 : K,o' 3,0,, m' : 11 ' }p:~ 1 l. /lo cee -370; i'. 4 '~ V V V 1-- m 1 ;-~"~ i ; 1t 11 68! 11 70, K.. 1, K 10 : 1 K. 11 'i'p' 0,16 li::~; \ r v / p 't,el cee" 38.,0 ':::;::1,cec; a 40, , to 41, K,o' 3.06 K,o'3,l8 :K,p..,&4 1m, 6 ~ tri- 35 1';; ;' l~ 'Q,34 w"1.16,eec 4!1<0,64 so 4:0 : :, >Smecllte _~ ~._' Fig..- Representación esquemática de los valores medios de las variables mineralógicas correspondiente a cada Zona. 495