Comportamiento Geotécnico y Diseño Estructural en Suelos Salinos

Los tipos de sales presentes en estos suelos se agrupan principalmente en cuatro minerales:

Cloruro de Sodio (NaCl): Halita o sal común.

Sulfato de Calcio ($CaSO_{4}$): Yeso y Anhidrita.

Nitrato de Sodio ($NaNO_{3}$): Salitre.

Carbonato de Calcio ($CaCO_{3}$): Calcita.

OBSERVACIONES DEL COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS SALINOS

• El suelo salino posee en su estado sólido y cristalizado carácterísticas de alta rigidez, elevada resistencia al corte y gran capacidad de soporte debido al efecto cementante de las sales. • Esta rigidez es tan alta que en la mayoría de los casos las excavaciones deben hacerse mediante tronaduras o con ayuda de cinceles de percusión en retroexcavadoras.

• Cuando el agua disuelve las sales, las propiedades descritas se reducen drásticamente, originando grandes deformaciones generadoras de daños, siempre asociados a asentamientos diferenciales.

• En la mayoría de los casos, el origen de las aguas se debe a intervenciones antropomórficas, es decir, causadas por el hombre. Entre estas acciones se destacan riego de jardines, rupturas de tuberías de alcantarillado y agua potable, así como otras fuentes puntuales, como áreas de lavado de ropa o vehículos motorizados

Factores Estructurales que Condicionan el Colapso Para que un suelo salino colapse, se deben analizar tres propiedades geotécnicas clave:

Tipo de Sal: Cada sal tiene una tasa de solubilidad distinta.

Temperatura del solvente: En la mayoría de las sales, la solubilidad aumenta con la temperatura. La gran excepción es el Cloruro de Sodio (NaCl), cuya solubilidad es independiente de la temperatura. Los descensos térmicos bruscos en el desierto pueden hacer que las sales disueltas cristalicen repentinamente.

Grado de cristalización: A mayor orden en la estructura atómica cristalina de la sal, mayor es su solubilidad en comparación con una sal amorfa.

B. Porosidad de la estructura Define la facilidad con la que el agua puede penetrar el suelo. Existen dos tipos de estructuras:

Estructuras Porosas (Altamente colapsables): Presentan tamaños de arena uniformes con muy pocos finos plásticos insolubles. Las sales cristalizadas actúan como puentes frágiles cementando los granos de arena. El agua penetra fácilmente y rompe estos puentes.

Estructuras Microporosas o Matriz (Menormente colapsables): Las partículas granulares están incrustadas en una matriz de "suelo fino-sal". Los enlaces físico-químicos entre la sal y el material fino plástico (arcillas) son altamente resistentes. Al tener baja permeabilidad (alto grado de empaquetamiento), la infiltración y el lavado de sales son muy lentos, por lo que el colapso es mínimo.

5. Grado de Cementación Es la magnitud de los enlaces estructurales. Se determina visualmente mediante gráficos, comparando el análisis granulométrico de una muestra disgregada manualmente (con sales) versus la misma muestra lixiviada (sin sales).

• Si las curvas son casi idénticas, significa que las partículas gruesas eran realmente arena y hay un bajo grado de cementación (alta colapsabilidad).

Si la curva lixiviada muestra muchos más finos que la disgregada, significa que la sal estaba aglomerando material fino plástico, lo que indica un alto grado de cementación (baja colapsabilidad y estructura microporosa).

Para determinar en terreno la Densidad Seca Natural con Sales ($\gamma_{d-C/S}$), se desaconseja el uso del Densímetro Nuclear.

Respuesta: VERDADERO Justificación: Se debe evitar el uso del densímetro nuclear porque las diversas mineralogías presentes en las sales alteran e interfieren con las lecturas del equipo. Se prefiere el método del cono de arena.

Ensayos para Análisis de Infiltración

La clasificación tradicional (USCS) no basta para los suelos salinos. Se deben definir parámetros de ingeniería que cuantifiquen la deformación en el tiempo usando agua como agente desencadenante.

• Ensayos Edométricos con Saturación (Laboratorio): Se confina una muestra inalterada en un anillo rígido y se le aplica una carga vertical. Luego se inyecta agua. Se debe especificar la química y temperatura del solvente, la tensión vertical y si habrá o no renovación del agua estancada. La curva resultante mostrará una caída abrupta (el colapso) en el momento exacto en que se inyecta el líquido.

• Ensayos de Placa de Carga con Infiltración (Terreno): Se aplica carga en terreno y se inunda el foso de prueba. De este ensayo se obtiene la curva . Este es el parámetro de ingeniería clave: una curva con una caída casi vertical ($V_{ini}$ muy alto) acusa un suelo fuertemente colapsable.

• Observación fundamental del ensayo: La cantidad de salinidad no es un indicador directo y absoluto del grado de colapso. En los gráficos se demuestra que suelos con altísima salinidad (S = 110%) pueden ser "menormente colapsables" si tienen estructura de matriz microporosa, mientras que suelos con salinidad baja (S = 8.87%) pueden ser extremadamente colapsables si tienen una estructura porosa arenosa.

7. Criterios de Diseño y Recomendaciones Constructivas El flujograma normativo exige primero obtener una muestra natural y determinar las sales solubles totales (S):

A. Condición S < 3%:

Se autoriza el uso de diseño tradicional de fundaciones superficiales, ya que la cantidad de sal no representa un riesgo estructural masivo ante eventuales humedecimientos.

B. Condición S > 3%:

Es inaceptable diseñar de manera tradicional. Deben usarse técnicas alternativas:

Inundación previa del terreno: Inducir el colapso antes de construir.

Micropilotes: Traspasar las cargas a estratos profundos estables (libres de sales) para que el estrato intermedio colapsable no afecte la estructura.

Protección con Geomembranas: Aislar completamente las fundaciones y zanjas de posibles contactos con el agua.

C. Detalles de Seguridad Constructiva:

Zanjas de Tuberías: No se puede colocar un tubo directamente sobre el suelo salino. Se debe sobre-excavar el terreno natural. En el fondo, aplicar un sello de relleno granular compactado (máximo 20 cm por capa al 80% de Densidad Relativa), luego instalar un colchón de arena fina de cantos redondeados. La tubería debe ser flexible, recubierta por un doble tubo protector o envuelta en membrana geotextil.

Zonas de Edificación: Los sellos de fundación deben llevar un relleno mínimo de 15 cm de arena fina o suelo cemento compactado, recubierto íntegramente por membranas impermeables protegidas con mortero para evitar que se perforen. Todo el perímetro debe contar con bermas protectoras.

Pavimentos (Zonas de lavado): Deben impermeabilizarse rigurosamente, contar con pendientes mínimas de escurrimiento (p = 3%) dirigidas a canaletas o tuberías recolectoras que saquen rápidamente el agua de la zona.

4. Parámetros Índice y Modelo de Fases

Dado el clima árido, el agua no se considera en el modelo en estado natural. Las tres fases son: Sólidos insolubles, Sales solubles y Aire. A partir de esto se definen variables geotécnicas clave:

1. Salinidad (S): Es análoga a la humedad tradicional, pero reemplazando el peso del agua por el peso de las sales solubles ($P_{SS}$) respecto al peso de los sólidos insolubles ($P_{S}$). Requiere un proceso de lixiviación (lavado) exhaustivo.

2. Densidad Seca Natural con Sales ($\gamma_{d-C/S}$): Relaciona el peso total seco ($P_{SS} + P_{S}$) con el volumen total ($V_{T}$). En laboratorio se mide con el ensayo de parafina (que no disuelve sales), y en terreno mediante cono de arena. Se debe evitar el uso del densímetro nuclear debido a la interferencia de las diversas mineralogías.

Factores estructurales que condicionan la generación de posibles colapsos. • Propiedades químicas de las sales existentes, en especial la solubilidad . • Porosidad de la estructura del suelo salino, o facilidad para la infiltración de líquido solvente y lavado de sales. • Volumen potencialmente colapsable, el que se define como el volumen de sales solubles + volumen de aire

FACTORES DE COMPORTAMIENTO DE SUELOS SALINOS: • Cantidad de sales solubles • Nivel de solubilidad de las sales • Facilidad de acceso del agua a las sales solubles (estructura) IMPLICANCIAS • Ensayos típicos de clasificación no aportan suficiente información • Escoger ensayos de resistencia y deformación más adecuados

En el modelo de fases utilizado para los suelos salinos del norte de Chile, el peso y volumen del agua se consideran fundamentales para calcular el Índice de Vacíos Salino ($e_{sal}$).

Respuesta: FALSO. Justificación: En el modelo de fases de estos suelos, la fase de agua se considera despreciable debido a la extrema aridez del clima. Las tres fases exclusivas son: material insoluble, sales solubles y aire.

2. La solubilidad del Cloruro de Sodio (Halita) aumenta considerablemente a medida que aumenta la temperatura del líquido solvente infiltrado.

Respuesta: FALSO. Justificación: A diferencia de la mayoría de las sales, la solubilidad del cloruro de sodio (sal común) es independiente de la temperatura.

3. Un suelo salino con una salinidad total (S) del 80% siempre experimentará un colapso estructural mucho mayor y más destructivo que un suelo salino con una salinidad del 8%.

Respuesta: FALSO. Justificación: La cantidad de sal no es el único factor determinante; la porosidad de la estructura es vital. El documento demuestra con ejemplos que muestras con baja salinidad (ej. 8.87%) pero con estructura porosa (arenas) son altamente colapsables, mientras que muestras con altísima salinidad (ej. 110%) pero con estructura microporosa (matriz de finos) resultan menormente colapsables.