La influencia del movimiento del agua en los diferentes horizontes de meteorización del suelo, afecta directamente su comportamiento. Para la implementación de drenajes en suelos tropicales se deben tomar consideraciones de diseño diferentes a los suelos convencionales, teniendo en cuenta la variabilidad de estos. Del comportamiento de drenajes en suelos tropicales, no se tienen muchos detalles y análisis al respecto, pero estos se deben tener en cuenta, para una caracterización que sea coherente con el suelo analizado. Un factor de suma importancia en la estabilidad de laderas es el agua, por tanto es necesario analizar sus efectos e incidencias sobre la estructura del suelo, con función de caracterizar y describir la estabilidad de laderas y taludes.

1. Análisis del comportamiento de drenajes en suelos tropicales.
Julian Esteban Arboleda Salazar
c.c.1152217218
Trabajo de Grado bajo la modalidad de Trabajo Investigativo - Pregrado.
Director: Francisco Javier Nanclares Arango.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE MINAS
MEDELLÍN
2019

2. Tabla de Contenido.
1.Antecedentes​……………………………………………………………………………..1
2.Justificación​………………………………………………………………………………2
3.Objetivos​…………………………………………………………………………………..3
4.Marco Teórico​…………………………………………………………………………….3
4.1.Suelo…………………………………………………………………………………...3
4.2.Roca…………………………………………………………………………………....3
4.3.Suelos Tropicales……………………………………………………………………..3
4.4.Meteorización………………………………………………………………………….3
4.5.Mineralogía…………………………………………………………………………….5
4.6.Permeabilidad………………………………………………………………………....7
4.7.Drenaje Subterráneo………………………………………………………………….7
4.8.Geotextil………………………………………………………………………………..8
5.Desarrollo de los objetivos planteados en la investigación​……………………..8
5.1.Caracterización de la permeabilidad en los diferentes horizontes de suelo…...8
5.1.1.Suelo Orgánico………………………………………………………………….10
5.1.2.Suelos residuales maduros…………………………………………………....10
5.1.3.Suelos saproliticos……………………………………………………………...10
5.1.4.Saprolito o matriz de roca……………………………………………………...11
5.1.5.Roca meteorizada……………………………………………………………....11
5.1.6.Roca Sana……………………………………………………………………….12
5.1.7.Resumen gráfico de valores de permeabilidad relativo y coeficiente de
permeabilidad,para los diferentes horizontes de suelo……………………..13
5.2.Identificación de las incidencias en la estructura de los estratos de suelo
residual por el movimiento del agua………………………………………………13
5.2.1.Microestructura de los suelos residuales…………………………………....13
5.2.2.Estructura de los suelos residuales…………………………………………..14
5.2.2.1.Juntas o diaclasas………………………………………………………….15
5.2.2.2.Foliaciones…………………………………………………………………..16
5.2.2.3.Estratificación……………………………………………………………….17
5.2.2.4.Fallas………………………………………………………………………...18
5.2.2.5.Intrusiones Externas………………………………………………………..19
6.Diseño de drenes en suelos tropicales​…………………………………………….19
6.1.Criterios de diseño de drenes en suelos tropicales……………………………..19
6.1.1.Consideraciones de diseño para drenes en suelos tropicales…………….20
6.2.Tipos generales de drenes………………………………………………………....21
6.2.1.Drenes de material natural……………………………………………………..21
6.2.1.1.Criterio de protección contra la erosión interna…………………………22
6.2.1.2.Criterio de permeabilidad………………………………………………….22
6.2.1.3.Criterios en caso que se tenga tubería colectora……………………….23
6.2.2.Drenes de geotextil……………………………………………………………..24

3. 6.2.2.1.Criterio de retención del suelo…………………………………………….24
6.2.2.2.Criterio de permeabilidad………………………………………………….25
6.2.3.Drenes absolutamente sintéticos……………………………………………...26
6.3.Flujograma de secuencia para el diseño de drenajes en suelos tropicales…..27
7.Referencias​………………………………………………………………………………29

4. 1. Antecedentes.
1.1. ​La influencia del movimiento del agua en los diferentes horizontes de
meteorización del suelo, afecta directamente su comportamiento.
1.2. ​Para la implementación de drenajes en suelos tropicales se deben tomar
consideraciones de diseño diferentes a los suelos convencionales, teniendo en
cuenta la variabilidad de estos.​Véase N.6’’
1.3. ​Del comportamiento de drenajes en suelos tropicales, no se tienen muchos
detalles y análisis al respecto, pero estos se deben tener en cuenta, para una
caracterización que sea coherente con el suelo analizado.
1.4. ​Un factor de suma importancia en la estabilidad de laderas es el agua, por tanto
es necesario analizar sus efectos e incidencias sobre la estructura del suelo, con
función de caracterizar y describir la estabilidad de laderas y taludes.
1

5. 2. Justificación.
Es clave conocer y observar los comportamientos de los suelos para cualquier obra
civil en las diferentes ramas de la ingeniería. Desde presas, cimentaciones,
estabilización de taludes,túneles, entre otras obras civiles.
Describir el comportamiento del suelo y efectos producidos por los movimientos del
agua, resulta fundamental, particularmente en los suelos denominados tropicales.
Se busca estudiar este comportamiento del suelo desde el punto de vista de la
implementación y uso de drenajes, en aras de aportar a la averiguación y
recopilación de de información para entender conceptos de comportamiento en los
suelos tropicales y consigo plantear estrategias de proceder frente a ellos.
En los suelos tropicales,la estructura de suelo tiene características heterogéneas,
encontramos suelos residuales,bolos o fragmentos de roca, dentro de una misma
zona descrita en el perfil de meteorización.
Con el fin de analizar el comportamiento de drenajes se busca caracterizar la
permeabilidad en los diferentes horizontes de suelo previstos en el perfil de
meteorización considerando la metodología de Deere and Patton (1971).
En cada zona descrita por ésta metodología mencionada anteriormente, se busca
tener las bases conceptuales de cada zona del perfil de meteorización, para así
identificar las incidencias en la estructura de los estratos de suelo residual bajo el
movimiento del agua.
2

6. 3. Objetivos.
3.1. ​Caracterizar la permeabilidad en los diferentes horizontes de suelo.
3.2. Identificar las incidencias en la estructura de los estratos de suelo residual en el
movimiento de agua
4. Marco teórico.
Se describen a continuación términos de interés en contexto con la investigación y
objetivos planteados, con el fin de fundamentar el desarrollo del tema planteado y
entender su contexto.
4.1. Suelo: Material natural, compuesto por la agregación de minerales, que pueden
ser separados por medios mecánicos de baja intensidad. ​[7]
4.2. Roca​: Agregados minerales coherentes sólidos, que pueden presentar
diferentes niveles de alteración y que no pueden ser separados con facilidad.​[7]
4.3. Suelos tropicales: Es aquel suelo que ha sido producto de meteorización de la
roca, estas alteraciones en su estructura formadas producto de este proceso,
produciendo cambios en el comportamiento mecánico del suelo, se denomina
tropicales a la situación antes descrita, debido a que en zonas tropicales, se
presentan mayores cambios climáticos y presencia de lluvias, aportando a
alteraciones por medio ambiente y morfología, lo que en gran parte son factores
fundamentales en el fenómeno de meteorización.​[2]
4.4. Meteorización: La meteorización es el proceso de alteración y desagregación
de la roca, y materiales del suelo cerca de la superficie terrestre, esta se da por
procesos químicos y/o físicos.​[1]
La meteorización, se da de forma física y química, estas se definen de la forma:
- Desintegración (Física): Se abren las discontinuidades, y se desintegra la
roca, formando partición de partículas, aumentando valores de
permeabilidad, y relación de vacíos.
- Descomposición (Química): Se incrementa el contenido de suelo, en la
estructura, esto ocasionada, por procesos químicos y físicos, como la
hidrólisis (Sal y Agua formando ácidos).
3

7. - Oxidación y cementación (Química): Debido a la formación y aumento de
óxidos de hierro y aluminio, estos permiten cementar diferentes grupos de
partículas, por lo que el suelo tiende a estabilizarse.
El proceso de meteorización en las rocas ígneas, las cuales son más frecuentes y
susceptibles a este proceso de meteorización,el causante más frecuente es la
hidrólisis (Procesos químicos)
Este proceso meteorización, a lo largo del tiempo diversos autores han realizado
diferentes metodologías para la clasificación de este proceso, mediante la
caracterización del perfil de meteorización, la metodología propuesta por Deere &
Patton (1971), muestra un amplio margen en la caracterización del perfil, por tanto
se trabajara como base, esta metodología.
Figura 1.​ Perfiles de meteorización típicos de rocas metamórficas e ígneas, según metodología de
Deere and Patton(1971). [4].
Según la Figura 1, es posible dar una descripción y/o caracterización, de los suelos
que conforman los diferentes horizontes, para hacer esta descripción dentro de un
margen lógico y teniendo en cuenta la metodología de Dearman (1974), El cual
asocia estos diferentes horizontes a un grado de meteorización determinado dentro
de un rango de 1 a 6, siendo el 6 el más meteorizado,, podemos decir que:
- Los horizontes IA y IB ( Grado VI- Dearman), los cuales hacen referencia a suelos
transportados, donde no hay presencia de saprolitos, es decir encontramos suelo
residual, con alto contenido de material organico, de caracteristicas en general
arcillo- Limoso.
4

8. - El horizonte IC ( Grado V- Dearman), esta zonificación hace referencia a la zona
de saprolito, es decir roca totalmente meteorizado, donde tiene características en
cuestión de la decoloración de la roca, algunas discontinuidades heredadas durante
el proceso de meteorización, y se pueden también encontrar en esta zona algunos
fragmentos de roca de baja representatividad y en la cual su estructura puede ser
fácilmente desintegrada, es posible encontrar escasos núcleos de roca.
-El horizonte IIA (Grado IV-Dearman), este horizonte representa la transición entre
el saprolito y la roca, donde se puede identificar un alto grado de alteración en el
macizo rocoso, con alrededor de más del 50% de este descompuesto, y aún se
observan las discontinuidades o estructuras heredadas en el proceso de
meteorización, se encuentran fragmentos de roca sin meteorizar.
-El horizonte IIB ( Grado III- Dearman), En este horizonte encontramos una parcial
meteorización de la roca, donde menos del 50% de la estructura está
descompuesta, se encuentran bloques de roca, y presencia de discontinuidades
abiertas u oxidadas.
-El horizonte III (Grado II Y I- Dearman),Este horizonte hace referencia al macizo
rocoso intacto, donde este no da rasgos de meteorización.
4.5. Mineralogía: ​Las rocas, similar a los suelos están conformados por unidades
cristalinas diminutas, llamadas minerales, cuando se tienen con estructura estable,
es decir difíciles de descomponer, forma un suelo grueso, y en sentido contrario
cuando se tienen minerales con estructura inestable y fáciles de descomponer, se
forma un suelo fino. ​[1],[6]
Diversos factores alteran la formación de suelos desde el punto de vista
mineralógico, como lo son:
- La roca madre de la cual parte la formación, sea ígnea o metamórfica.
- Morfología de la zona, siendo los sitios donde se presenta una mayor
escarpacion, más generador de suelos residuales.
- El medio ambiente ( Clima, temperatura, etc.)
- Alteraciones físicas.
- Alteraciones Químicas.
Teniendo en cuenta los factores antes mencionados, en los suelos tropicales se da
una caracterización mineralógica, según el material de origen o roca madre
proveniente.
5

9. Figura 2.​ Mineralogía Resultante del proceso de meteorización, en rocas Cristalinas y Volcánicas.
[1].
Cabe resaltar que la roca cristalina, está asociada por sus características a rocas
metamórficas, y la roca volcánica asociada a rocas ígneas.
- Montmorillonita: Las montmorillonitas, hacen parte de los suelos expansivos,
presentan una estructura muy abierta, es decir una relación de vacíos alta, y
alta plasticidad, teniendo en cuenta eso, se le asocia una alta
compresibilidad, es decir mayor capacidad de integrar moléculas del agua a
su estructura, al ser una arcilla de alta actividad su permeabilidad es baja,
independientemente de la relación de vacíos presentada.​[7].
- Caolinita: Este mineral de arcilla, presenta un comportamiento medio, es
decir tiene una plasticidad media a comparación con la montmorillonita, su
permeabilidad también es relativamente normal.​[7].
- Óxidos de hierro y aluminio (Sesquióxidos): son partículas asociadas al óxido
de hierro y aluminio generados por la meteorización, estos ácidos actúan
como cementantes, reduciendo la plasticidad, y ayudando a la estabilidad del
suelo. ​[7].
Es de suma importancia en este trabajo de investigación, hablar sobre la
mineralogía de estos suelos residuales presentes en las diversas zonas del perfil de
meteorización.
Esta composición mineralógica, influye en el comportamiento del suelo, tanto en
factores mecánicos, como en el análisis de la permeabilidad. “​Véase N°5.1.”
6

10. 4.6. Permeabilidad: ​La permeabilidad es la propiedad que tiene un suelo o material
de dejar pasar cualquiera sea el fluido, (Líquido o Gas) a través de él, este se
entiende como la facilidad con la que el agua le es posible fluir a través de los
vacíos pertenecientes a determinado suelo.​[5].
Consideramos dentro de la mecánica de suelos, unos valores típicos de
permeabilidad asociados al tipo de suelo.
Figura 3.​ Valores Típicos de Permeabilidad, según el tipo de suelo característico [4].
Sin embargo para este tipo de suelos producto de la meteorización, no es tan simple
definir el valor de permeabilidad como solo regirse por los valores típicos, si no que
se debe conocer el origen mineralógico del material como parámetro fundamental
en la conclusión de este valor, ya que el comportamiento de este cambia
independientemente sea el tipo de suelo clasificado.
Teniendo en cuenta el análisis mineralógico, se da una clasificación a la
permeabilidad en los distintos horizontes de suelo, según el tipo de roca de origen,
ya sea de roca ígnea o roca metamórfica, y considerando la zonificación dada por el
perfil de meteorización planteado por Deere and Patton. (​Figura 1.​).
4.7. Drenaje subterráneo.
La finalidad del drenaje subterráneo es disminuir presiones de poros, o impedir que
aumenten, con objeto de incrementar o mantener esfuerzos efectivos, para así
aportar en cuestión de estabilidad y resistencia al corte del suelo.
El agua que se recolecta en un sistema de subdrenaje, obedece a la permeabilidad
de los suelos y/o rocas, y de los gradientes hidráulicos. ​[1]
7

11. 4.8. Geotextil.
Los geotextiles se pueden definir como un material textil plano, permeable y
polimérico, que se emplea en contacto con suelos y otros materiales para
aplicaciones geotécnicas en ingeniería civil. ​[14]
Los geotextiles se caracterizan por desarrollar varias funciones simultáneas una vez
colocados en el terreno. Cumplen funciones de:
- Filtración: El geotextil retiene las partículas de grano fino al fluir el agua de la
capa de grano fino a la capa de grano grueso.
- Separación: Separa dos capas de suelo de diferentes propiedades físicas
(granulometría, plasticidad, consistencia) y así evita la mezcla de materiales.
- Drenaje: El geotextil conduce y evacua líquidos (agua) e incluso gases en su
mismo plano.​[14]
5. Desarrollo de los objetivos planteados en la investigación.
5.1. Caracterización de la permeabilidad en los diferentes horizontes de suelo.
En los suelos tropicales se tiene que considerar como principal diferenciador de la
caracterización estándar, el factor de estructura y estratificación, desde
consideraciones mineralógicas ( Oxidación y cementación) y de descomposición,
producida por procesos de meteorización química y física.
La permeabilidad depende de ciertos factores, como lo son, la densidad del
suelo-tamaño de partículas,relación de vacíos, temperatura del agua, estructura y
estratificación del suelo, fisuras y discontinuidades.​[5]
En los diferentes horizontes de suelo, del perfil de meteorización, el valor de
permeabilidad del suelo, incrementa al aumentar el diámetro de las partículas a lo
largo del perfil de meteorización, y disminuye en el horizonte III (Deere & Patton)
correspondiente a roca sana o intacta.
Este hecho genera una acumulacion, o alta concentracion de agua, esta
acumulacion podría generar y determinar una posible zona crítica de falla. Lo cual
se evidencia claramente en perfiles de rocas sedimentarias.
8

12. En los suelos residuales se tiene muy poca información acerca de los valores de
permeabilidad.
La variación en la estructura en los diferentes horizontes de suelo del perfil de
meteorización puede derivar en variaciones en la permeabilidad, tanto a
profundidad como lateralmente.
Donde en si, la granulometría, relación de vacíos, grado de fisuración, mineralogía,
y las características de las fisuras, incumben en los valores de permeabilidad.
Teniendo en cuenta lo mencionado con respecto a la permeabilidad tanto en el
marco teórico “​Véase N°4.6.” ​y lo anteriormente descrito.
Es posible asumir valores relativos de permeabilidad y asociarlos a descripciones de
ciertas características de los diferentes tipos de suelos, a lo largo del perfil de
meteorización.
Una descripción más detallada sobre los valores de permeabilidad, para cada uno
de los horizontes de suelo del perfil de meteorización, es la siguiente:
Figura 4.​ Valores Típicos de Permeabilidad [cm/s], y descripcion característico del suelo para
determinado valor [5].
9

13. 5.1.1. Suelo orgánico: El horizonte más superficial, ​posee gran cantidad de
material orgánico vegetal y animal, su retención de agua es muy elevada y posee
gran cantidad de nutrientes.
Estos factores hacen que el paso del agua no sea tan rápido, pero a su vez tampoco
impiden el movimiento, teniendo en cuenta lo anterior se logra dar una
caracterización de permeabilidad relativa, como Media.​[1].
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 10⁻² a
10⁻⁴cm/s.(Horizonte IA).
5.1.2. Suelos residuales maduros: Este horizonte dentro del perfil de
meteorización, se rige por la presencia de óxidos y minerales asociados a la roca
madre.
Para asociar una caracterización de una permeabilidad relativa es necesario realizar
un exhaustivo análisis desde el punto de vista de la mineralogía del suelo,donde se
tienen presencia de cementantes y suelos de alta actividad.​[3]
También se debe hacer énfasis en la estructura del suelo,la cual generalmente
presenta una alta densidad y está compuesta por suelos finos teniendo en común
altas compresibilidades, considerando ​lo anterior se logra dar una caracterización
de permeabilidad relativa, como Baja.​[1]​.
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 10⁻⁶ a
10⁻⁹ cm/s ( Horizonte IB)
5.1.3. Suelos saproliticos: ​Este horizonte del perfil de meteorización, tiene
afectaciones o influencia del horizonte anterior de suelos residuales, y del horizonte
posterior de saprolito o matriz de roca.
Teniendo estas condiciones, se logra sobreentender que tiene características de
ambos horizontes, donde se presenta los suelos residuales y algunos fragmentos de
roca con un alto grado de meteorización que aún no han sido deteriorados del todo
por efectos de la misma.
10

14. Se debe tener en cuenta la estructura de suelo que presenta este horizonte y las
afectaciones sobre fragmentos de roca aún no descompuestos, entendiendo que
hay mayores irregularidades en la distribución y relaciones de vacíos.
Al ser un suelo residual joven o saprolito, el paso del agua se presenta de una
manera más fácil, pero considerando las características mineralógicas y ​teniendo en
cuenta lo mencionado anteriormente, se logra dar una ​caracterización de
permeabilidad relativa, como Media.
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 10⁻³ a
10⁻⁵cm/s ( Horizonte IC)
5.1.4. Saprolito o matriz de roca: ​El principal factor que se debe tener en cuenta
para dar una caracterización de permeabilidad relativa en este horizonte de
saprolito, es la estructura en torno a juntas y discontinuidades heredadas, debido a
que la mayoría del flujo se presenta a lo largo de las juntas heredadas y
discontinuidades que describen la estructura del horizonte.
Esta permeabilidad es controlada por los detalles que se presentan en una escala a
nivel macro, por lo que los ensayos de laboratorio usados en los sistemas
convencionales, carecen de criterios para dar una caracterización representativa de
lo que en realidad sucede.
Es recomendable usar ensayos de campo como ensayos de infiltración, según
Brand (1985) es común que la naturaleza permite zonas de alta transmisibilidad a
través de las discontinuidades, lo que hace que se tengan valores altos de
permeabilidad,​teniendo en cuenta lo anterior se logra dar una caracterización de
permeabilidad relativa, como Alta.
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 1 a 10⁻³
cm/s ( Horizonte IIA)
5.1.5. Roca meteorizada: ​El horizonte a analizar, presenta características muy
similares al horizonte anterior (IIA) de saprolito, donde la permeabilidad se rige por
la presencia de discontinuidades y estructuras o juntas heredadas.
11

15. Sin embargo tiene un grado menor de meteorización, lo que hace que estas
discontinuidades o estructuras, aún no están tan bien formadas y no haya presencia
de suelo residual.
Lo mencionado anteriormente genera que la permeabilidad tome valores menores
en comparación a el horizonte descrito anteriormente, pero aun teniendo estas
formaciones poco desarrolladas, permiten un paso del agua en menor magnitud.
T​eniendo en cuenta lo anterior se logra dar una ​caracterización de permeabilidad
relativa, como Media.
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 10⁻² a
10⁻⁴ cm/s ( Horizonte IIB).
5.1.6. Roca sana: ​En este horizonte, todavía no se presentan alteraciones debido a
efectos de la meteorización, por lo que las condiciones y características del
horizonte dependen de la composición de la roca madre.
Desde el punto de visto geológico y mineralógico, no hay presencia en general de
discontinuidades y zonas de falla probables, se tienen rocas de grano grueso como
areniscas que permiten cierta permeabilidad en su estructura a un grado bajo, y las
rocas de composición más fina, con propiedades mineralógicas referentes a la
arcilla y pizarras, las cuales tienen una permeabilidad aún menor lo que nos habla
de los índices de permeabilidad en esta zona del perfil.
T​eniendo en cuenta lo anterior se logra dar una caracterización de permeabilidad
relativa, como Baja.
Con un coeficiente de permeabilidad, apoyados en la ​Figura 3 y ​Figura 4 ​de 10⁻⁸ a
10⁻¹¹ cm/s ( Horizonte III).
12

16. 5.1.7. Resumen gráfico de valores de permeabilidad relativa y coeficiente de
permeabilidad, para los diferentes horizontes de suelo.
Figura 5.​Conclusión gráfica con respecto al análisis de clasificación de permeabilidad en los
diferentes horizontes de suelo del perfil de meteorización.
5.2. Identificación de las incidencias en la estructura de los estratos de suelo
residual por el movimiento del agua.
Para dar un análisis consecuente con las incidencias que tiene el movimiento del
agua en las estructuras que componen los suelos residuales, es necesario
identificar el comportamiento y caracterización de la microestructura e interacciones
entre las partículas que conforman el suelo residual, las características y factores
asociados a nivel macro en la estructura del suelo como tal, como lo son, la
presencia de foliaciones, diaclasas, entre otros.
5.2.1. Microestructura de los suelos residuales.
Para relacionar la influencia del movimiento del agua en la estructura de los suelos
residuales, se tiene que comprender, el ensamble entre las partículas que
componen dicha estructura, este corresponde a la interacción de unas con respecto
a otras.
Este ensamble, se asocia a una matriz, la cual puede ser de índole arcilloso o
granular, y es formada por la cementación entre las partículas,el efecto de las
lluvias.
13

17. Esta cementación mencionada genera formaciones de estructuras porosas,
generalmente producidas por el paso y movimiento del agua, y de escorrentía, es
decir el ensamble o interacción entre las partículas es modificado por la presencia
de flujo de corrientes de agua.
Figura 6.​Grupos de partículas encontradas en la microestructura y matriz de suelos residuales.
5.2.2. Estructura de los suelos residuales.
Se tienen ciertas características, que definen y describen la estructura de los suelos
residuales, y hablan del posible comportamiento del agua e influencia de esta en la
estructura del suelo al pasar por la matriz de suelo residual.​[1]
Estas características o propiedades que permiten dar un análisis consecuente a la
estructura de suelos residuales, son:
● Juntas o Diaclasas.
● Foliaciones.
● Estratificación.
● Fallas.
● Intrusiones Externas.
Estas características, juegan un papel importante en la descripción de la estructura
de suelos residuales,donde desde el punto de vista del movimiento e influencia del
paso del agua sobre la misma, nos brindan información de su comportamiento.
14

18. 5.2.2.1. Juntas o diaclasas.
Aparte de tener una implicación directa en las fallas que se presentan en los suelos
tropicales, estas desde el análisis del movimiento del agua, actúan como canales
conductores de agua y accionantes de las presiones de poros.
Las diaclasas generalmente se encuentran con una mayor separación en la
superficie, equiparados con horizontes más profundos; por donde se encuentren
estas juntas, el paso del agua será mayor.
Estos horizontes de saprolito evidencian mayores estructuras heredadas y es
consecuente con la permeabilidad relativa clasificada anteriormente para esta
zona.“​Véase N°5.1.3”
El paso del agua a lo largo de la diaclasa, genera procesos de meteorización en las
paredes de la misma, formando planos de debilidad configurados por arena o arcilla.
La presencia del agua y sus incidencias en las diaclasas como características de la
estructura de suelos residuales, son de alta importancia para saber cómo se
comporta el suelo ante la presencia del flujo y para tener ideas sobre posibles
puntos de debilidad en la estructura.​ ​[1]
Figura 7.​Ejemplo de Diaclasas vista en campo [9].
15

19. 5.2.2.2. Foliaciones.
Las foliaciones son superficies que se dan generalmente paralelas de baja
cohesión, por las cuales suelen fragmentarse los fragmentos o matriz de rocas, son
similares a las diaclasas pero su distanciamiento es menor.
Existen diferentes tipos de foliación:
- “La Foliación Pizarrosa consiste en una estructura en lajas muy finas,
delimitadas por superficies planares regularmente distribuidas o espaciadas.
Es típica de las Pizarras. En estas rocas, la composición a base de minerales
laminares (micas) dispuestos perfectamente orientados de forma paralela
condiciona la definición de lajas de roca perfectamente planas y muy finas.”
[10]
- “La Foliación Esquistosa consiste en lajas delimitadas por superficies
ligeramente irregulares, alabeadas. Es típica de los Esquistos. Es
consecuencia del mayor tamaño cristalino que presentan estas rocas,
comparadas con las pizarras, y de la coexistencia de minerales
equidimensionales y minerales laminares orientados en torno.” ​[10]
- “La Foliación Gneísica es una estructura orientada de forma más grosera,
irregular y discontinua. Es característica de la mayoría de los Gneises. Se
debe a la existencia de porfidoblastos en el seno de una masa de fondo de
cristales de tamaño inferior.” ​[10]
Si se analiza desde la perspectiva del movimiento del agua se logra concluir que
hay cierto flujo que pasa entre estas foliaciones, pero con la adición de que pueden
llevar partículas de suelo en suspensión, lo que se hace riesgoso en términos de
planos de debilidad de la estructura del suelo y generaría arrastre de partículas, tal
vez en una menor magnitud debido a las condiciones de distanciamiento de la
foliación.​[1]
16

20. Figura 8.​Tipos de foliación. [10]
5.2.2.3. Estratificación​.
La estratificación genera planos de debilidad entre el cambio de material, es decir
cuando los suelos a lado y lado, tienen propiedades similares, no es de mucha
atención y la incidencia del agua resultaría generalmente semejante al estrato en el
que estemos realizando el análisis, pero lo interesante resulta, cuando hay una
diferencia de propiedades entre un estrato y el otro, ya que esto ocasiona una
concentración de agua en la interfase entre los estratos, y generaría flujo hacia el
material donde tengamos una mayor permeabilidad.
Este suceso genera una zona de meteorización producida a partir de la superficie de
estratificación y consecuencia del movimiento del flujo de un estrato al otro, lo que
debilitaría la superficie de interfase analizada, y generaría cambios en la estructura
de suelo.​[1]
Figura 9.​Ejemplo de estratificación vista en campo. [11]
17

21. 5.2.2.4. Fallas.
Las fallas son grandes aberturas de varios metros a lado y lado, también se
presentan grandes fallas de gran magnitud donde el distanciamiento es de varios
centenares de metros, en algunos casos las fallas se muestran como familias
parecidas a diaclasas de gran magnitud y evidenciando gran presencia de estas,en
general están asociadas a fallas geológicas, pueden estar rellenas de arcilla, o
completamente meteorizadas.
Si se analiza el comportamiento del agua en esta característica de la estructura de
suelos residuales se tiene que tener en cuenta, si la falla está rellena con material
fino o no, en caso de que este rellena el fluido pasará a través de esta teniendo en
cuenta las propiedades del suelo de relleno, y de estas propiedades depende si se
produce un arrastre de partículas y afectamiento producto de la meteorización sobre
las superficies a lado y lado, es decir el paso del flujo se verá relacionado con las
características del material de relleno, sin embargo si la falla no está rellena, el paso
del agua es libre generando grandes afectaciones producidas por la meteorización
a lado y lado, y zonas de gran inestabilidad desde el punto de vista del
comportamiento mecánico del suelo a analizar.​[1]
Figura 10.​Ejemplo de falla vista en campo(Falla de San Diego). [12]
18

22. 5.2.2.5. Intrusiones externas.
Una intrusión es un cuerpo de ​roca que se ha ​cristalizado desde el ​magma fundido
bajo la superficie terrestre.
Estas intrusiones cuando son de material más permeable que el analizado, generan
la presencia de flujos, ocasionando afectaciones en los estratos colindantes por el
paso del agua.​[1]
Figura 11.​Ejemplo de intrusión, o magmatismo vista en campo. [13]
6. Diseño de drenes en suelos tropicales.
6.1. Criterios de diseño de drenes en suelos tropicales
Se debe tener en cuenta para los suelos residuales, ciertas pautas específicas
mencionadas posteriormente y realizar un análisis consecuente según las
características observadas del suelo a analizar.
19

23. 6.1.1. Consideraciones de diseño para drenes en suelos tropicales:
6.1.1.1. Considerar que este tipo de suelos residuales presentan una gran
variabilidad granulométrica y el número de ensayos debe ser coherente con esta
observación, es decir debemos realizar una cantidad mayor de ensayos que
permitan dar una caracterización más concisa, y consecuente con el suelo a
analizar.
“Debe tenerse en cuenta que las partículas de mayor tamaño tienen muy poco
efecto en el proceso de filtración” (Geotechnical Engineering Office - 1993).
6.1.1.2. ​Desde el punto de vista de la granulometría el parámetro D85, el cual es
usado para el criterio de retención, que se mencionara posteriormente se deberá
tomar de una forma cuidadosa, es decir un valor conservador, para así tener en
cuenta la variabilidad del suelo​. [1]
6.1.1.3. ​Los ensayos en referencia a la permeabilidad, deberán ser ensayos de
campo, ya que se debe analizar la macroestructura como tal debido a que esta es la
que nos indica el real comportamiento del suelo ante el paso del agua, también
teniendo en cuenta que los valores obtenidos en laboratorio son muy afectados por
el manejo de la muestra.
6.1.1.4. Se recomienda según el capítulo de diseño en estabilidad de taludes (Jaime
Suárez), de suelos tropicales, que en zonas donde exista una alta concentración de
agua, no es recomendable el uso de geotextiles, debido a la gran variabilidad es
recomendable usar filtros naturales, creando zonas de transición entre el material
del filtro y el material base​.​[1]
6.1.1.5. Si el filtro es de geotextil, deberá tenerse cuidado de no romper el material y
no exponer la tela al sol, por largos periodos de tiempo, para evitar el desgaste en la
tela y asegurar un óptimo funcionamiento de esta.​[1]
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24. 6.2. Tipos generales de drenes.
Dentro de las obras ingenieriles se han usado diferentes tipos de drenes los más
característicos son:
6.2.1. Drenes de material natural
En este tipo de dren, teniendo en cuenta que se usará material natural (Suelo), es
fundamental el garantizar el paso del agua sin que se presente erosión,
colmatamiento, entre otras problemáticas, para esto se debe tener en cuenta el
cumplimiento de algunos requisitos de granulometría.
Diversos autores han mostrado diversas relaciones entre parámetros
granulométricos tanto del suelo como del dren, los cuales avalan un óptimo
funcionamiento del drenaje planteado.​[1]
Para el desarrollo del trabajo de investigación, se usarán los criterios más
representativos.
Para los criterios granulométricos, según el diseño óptimo de drenes de material
natural, se considera la siguiente notación:
- Subíndices, D ​representa el dren y ​S representa el suelo alrededor del dren o
suelo natural.
- Corresponde al diámetro de partícula para el 15% que pasa en la curva
D15
de granulometría.
- Corresponde al diámetro de partícula para el 85% que pasa en la curva
D85
de granulometría.
- Corresponde al diámetro de partícula para el 50% que pasa en la curva
D50
de granulometría.
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25. 6.2.1.1. Criterio de protección contra la erosión interna.
- Según los ensayos realizados por Bertram Terzaghi y Peck(1960)
D85 S
D15 D
≤ 4
- Según Sherard (1984), si.
D85 S
D15 D
= 9
Si la relación mostrada alcanza un valor de 9, se presenta una falla por erosión
- Se deben cumplir también, de acuerdo con el Geotechnical Engineering
Office de Hong Kong que:
D15 S
D15 D
0
< 4
D50 S
D50 D
5
< 2
Para evitar la colmatación del dren, se recomienda que este no lleve más del 5% de
suelo que pase el tamiz No.200.​[1]
Se recomienda también evitar los drenes mal gradados, es decir, existen vacíos de
algunos tamaños de partícula.
Si tenemos un suelo mal gradado, se recomienda que el suelo del dren deberá ser
diseñado sobre la base de las partículas del suelo más finas.
6.2.1.2. Criterios de permeabilidad.
Este criterio, sirve para garantizar el paso del agua a través del dren, de una manera
correcta.
- Según Terzaghi y Peck (1948)
D15 S
D15 D
≥ 4
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26. Esta relación permite analizar que, la permeabilidad del suelo del dren debe ser
mayor que la del promedio del suelo alrededor del dren, Según la Corporación de
Ingenieros de Estados Unidos, esta relación antes mostrada tendrá un límite de 5,
de lo cual se logra establecer que el orden de magnitud entre la permeabilidad del
dren y la del suelo que lo rodea, es de 10 a 100 veces mayor, respectivamente.​[1]
- Se deben cumplir también, de acuerdo con el Geotechnical Engineering
Office de Hong Kong que:
4 < D10 D
D60 D
0
< 2
Esta relación anterior, se conoce como el coeficiente de Uniformidad.
Para garantizar, un correcto paso del agua a través del dren, se acatan las
recomendaciones planteadas anteriormente.
6.2.1.3. Criterios en caso de que se tenga tubería colectora.
En general, en este tipo de drenes de material natural, se usa una tubería colectora
perforada, el cual se incorpora en la parte baja de la zanja centrado en el material
filtrante.
Cuando se tiene esta tubería colectora perforada, se recomienda según el U.S.
Bureau of Reclamation (1973), la siguiente relación, entre el tamaño de partícula del
dren y el ancho del orificio.
D85 D
Ancho ≥ 2
“Los orificios deben estar en la mitad inferior del tubo para lograr una mayor
interceptación del agua , reducir el lavado del material, y disminuir la cantidad de
agua atrapada en la base de la zanja.” (Ing. Jaime Suarez Diaz)
En los suelos tropicales, donde se presenta gran variabilidad en los tamaños de
partículas, estas recomendaciones anteriores, son de gran importancia para que el
drenaje funcione de una manera óptima.
6.2.2. Drenes de geotextil.
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27. Como función de los geotextiles, está el usarse para la elaboración de drenes “​Véase
N°4.7.”
Se usan diferentes criterios desde la perspectiva de filtración, teniendo en cuenta al
Federal Highway Association de los Estados Unidos.
​6.2.2.1. Criterio de retención del suelo.
Para los criterios granulométricos, según el diseño óptimo de drenes de geotextil,
se considera la siguiente notación:
- Corresponde al tamaño de la abertura medida del geotextil a la cual el
A95
95% del peso de partículas esféricas de vidrio es retenido.
- Corresponde al coeficiente de uniformidad del suelo
CU D10
D60
- Corresponde al tamaño de abertura aparente del geotextil.
A
T
- Corresponde al diámetro de partícula para el 85% que pasa en la curva
D85
de granulometría.
Se presentan dos casos:
● Cuando se tienen suelos donde el 50% o menos pasan el tamiz No.200. ​[1]
A95 ≤ X * D85
Donde:
2 o ​> 8
, si
X = 1 CU
≤
4
, , si
X = 0 5 * CU 2 < CU ≤
8
X = 8
CU
, i 4
s < CU ≤
● Cuando se tienen suelos donde más del 50% pasan el tamiz No.200. ​[1]
,​Para geotextiles tejidos.
A95 ≤ D85
, Para geotextiles no tejidos.
A95 ,
≤ 1 8 * D85
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28. El tamaño de apertura aparente del geotextil [ ], deberá ser mayor o igual
A
T
a la abertura del tamiz No.50 (0,297mm)
6.2.2.2. Criterio de permeabilidad.
Este criterio, sirve para garantizar el paso del agua a través del dren, de una manera
correcta.
Para el criterio de permeabilidad, consideramos la siguiente notación:
- Corresponde a la permeabilidad normal al plano del geotextil
Kn
- Corresponde a la permeabilidad del suelo
K
Se presentan dos casos:
● En las aplicaciones, en las cuales se tienen alto riesgo. ​[1]
0
Kn ≥ 1 * K
En esta situación, donde la aplicación será de alto riesgo, el diseñador
deberá realizar ensayos de filtración, para verificar que el geotextil no se
colmate.
Se recomienda que si se trabaja con geotextil tejido se tenga un porcentaje
mayor o igual al 4% de area abierta, y si se trabaja con un geotextil no tejido,
la porosidad sea mayor o igual al 30%.
● Cuando se tienen aplicaciones no críticas. ​[1]
Kn ≥ K
Adicionalmente se recomienda, considerar especificaciones técnicas, según el tipo
de geotextil escogido, y exigir requisitos de resistencia a la tensión, para evitar que
se rompa durante el manejo.
25

29. Figura 12.​Sistema de Drenaje en Zanjas. [1]
6.2.3. Drenes absolutamente sintéticos.
Estos drenes surgen debido a la dificultad de conseguir materiales naturales para la
implementación de drenes, y solo constan de tres componentes básicas.
● Geomalla, Red sintética construida de tal manera que se formen canales,
para así facilitar el paso del agua.
● Geotextil, La geomalla se recubre con el geotextil, sirviendo este como
material de transición, impidiendo el paso de partículas de suelo, pero
permitiendo el paso del agua hacia los canales formados.
● Tubería colectora. Esta recoge y conduce el agua recolectada por la
geomalla.
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30. Figura 13.​Esquema de dren absolutamente sintético. [1]
6.3. Flujograma de secuencia, para el diseño de drenajes en suelos tropicales.
Se elaboró un flujograma resumen, para el diseño de drenajes de suelos tropicales,
donde se especifican los criterios granulométricos de diseño, para los diferentes
tipos de drenes vistos, “​Véase N°6.2.”.
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31. Figura 14.​Flujograma de secuencia, para el diseño de drenajes en suelos tropicales.
Los criterios granulométricos de diseño mostrados en el flujograma de secuencia
anterior deben ir obligatoriamente acompañados, de las recomendaciones dadas
anteriormente para el diseño de cada tipo de dren, ya sea de material natural,
geotextil o absolutamente sintético.“​Véase N°6.2.1. , N°6.2.2. , N°6.2.3.”
Es necesario tener en cuenta, como principal factor de diseño las consideraciones
de diseño para drenes en suelos tropicales, “​Véase N°6.1.1.”.
El uso de estos criterios granulométricos sin tener en cuenta las consideraciones y
recomendaciones mencionadas anteriormente, No garantizan un óptimo diseño de
drenes en suelos tropicales.
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32. 7.Referencias:
- Suárez Díaz Jaime,(1998) “Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en
Zonas Tropicales”.[1]
- Valencia Gonzalez Yamile, Echeverri Ramirez Oscar, Cano. R. Katherin,
Patiño Restrepo Juliana, Hidalgo Ospina Julian, Ojeda Pinto Sergio. “Estudio
geotécnico de un suelo tropical, para determinar su estado de meteorización
y su efecto en las propiedades mecánicas”.[2]
- Montufar.J.Gabriel, “Origen, formación y Mineralogía de los Suelos-Maestría
Ing.Geotecnica”.[3]
- Gomez Paniagua Edilma Lucía, “Notas Mecanica de Suelos y Rocas”.[4]
- Silvia Angelone, Maria Teresa Garibay, Marina Cauhpe Caxaus,Geología y
Geotecnia, “Permeabilidad de Suelos”.[5]
- Marta Vera Paul, “Estudio de viabilidad de la cuenca de Almazán para
almacenamiento de CO₂”.[6]
- Manuel Roberto Villarraga Herrera, Notas de clase curso UNAL
“Comportamiento mecánico de Suelos tropicales”.[7]
- Alvaro Alvarez Garcia, “Importancia de la estructura del suelo en la
agricultura”.[8]
- Irveen (Slideshare), “Mecánica de Rocas”. [9]
- Universidad de Salamanca, “Foliación”.[10]
- Raul Bragado Alcaraz, “Estratificaciones en el perfil de suelo”. [11]
- miami news 24, “Falla tectónica en California podría causar sismo de 7,4”.[12]
- Rony Roel Huaraca Morales, “Introducción a la geologia y la tierra”. [13]
- Francisco Ballester Muñoz, Daniel Castro Fresno, Miguel Gil Oceja,
“Definición, función y clasificación de los geotextiles”. [14]
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