Capítulo I:

INTRODUCCIO N

DEFINICIONES INTRODUCTORIAS

Mecánica: es la parte de la ciencia física que trata de la acción de las fuerzas sobre los cuerpos.

Mecánica de Suelos: es la aplicación de la mecánica que trata de la acción de las fuerzas sobre la

masa de los suelos. La mecánica de suelos estudia las propiedades, comportamiento y utilización

del suelo como material estructural, de tal modo que las deformaciones y resistencia del suelo

ofrezcan seguridad, durabilidad y estabilidad de las estructuras.

El Dr. Kart Terzaghi definió a la mecánica de suelos como la aplicación de las leyes de la mecánica y

la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no

consolidadas de partículas sólidas, producto de la desintegración química de las rocas.

La mecánica de suelos incluye:

a) Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetos a cargas, basadas en

simplificaciones necesarias dado el estado actual de la teoría.

b) Investigación de las propiedades físicas de los suelos.

c) Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas prácticos.

Los métodos de investigación de laboratorio figuran en la rutina de la mecánica de suelos. En los

suelos se tiene no solo los problemas que se presentan en el acero y concreto (módulo de

elasticidad y resistencia a la ruptura), y exagerados por la mayor complejidad del material, sino

otros como su tremenda variabilidad y que los procesos naturales formadores de suelos están

fuera del control del ingeniero. En la mecánica de suelos es importante el tratamiento de las

muestras (inalteradas-alteradas). La mecánica de suelos desarrolló los sistemas de clasificación de

suelos, color, olor, texturas, distribución de tamaños, plasticidad (A. Casagrande). El muestreo y la

clasificación de los suelos son dos requisitos previos indispensables para la aplicación de la

mecánica de suelos a los problemas de diseño.

Para el Ingeniero Civil se presentan diversos problemas relacionados con la Mecánica de suelos:

En su trabajo práctico el ingeniero civil ha de enfrentarse con muy diversos e importantes

problemas planteados por el terreno. Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil,

edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la

superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte satisfactoriamente

debe poseer una cimentación adecuada. Cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una

forma viable de transmitir al terreno las cargas concentradas de los muros o pilares de un edificio

es mediante zapatas. Un sistema de zapatas se denomina cimentación superficial. Cuando el

terreno firme no está próximo a la superficie, un sistema habitual para transmitir el peso de una

estructura al terreno es mediante elementos verticales como pilotes o caissons.

El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye,

de hecho, el único material disponible localmente. Cuando el ingeniero emplea el suelo como

material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de

colocación y, luego, controlar su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de

construcción son las presas en tierra, rellenos para urbanizaciones o vías.

Otro problema común es cuando la superficie del terreno no es horizontal y existe una

componente del peso que tiende a provocar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de una

superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debidos al peso o cualquier otra

causa (como agua de filtración, peso de una estructura o de un terremoto) superan la resistencia

al corte del suelo, se produce el deslizamiento de una parte del terreno. Las otras estructuras muy

ligadas a la mecánica de suelos son aquellas construidas bajo la superficie del terreno como las

alcantarillas y túneles, entre otros, y que está sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en

contacto con la misma. Las estructuras de contención son otro problema a resolver con el apoyo

de la mecánica de suelo entre las más comunes están los muros de gravedad, los tablestacados,

las pantallas ancladas y los muros en tierra armada.

Ingeniería de Suelos: es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas

prácticos que se presentan en las diferentes obras civiles.

Ingeniería Geotécnica: es la ciencia y práctica de aquella parte de la ingeniería civil que involucra

materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la tierra.

La geotecnia trata de la aplicación de principios de ingeniería, conocimientos y prácticas de

geología y la ingeniería de suelos a la ejecución de obras civiles y grandes obras de ingeniería, en

función de las características de los materiales de la corteza terrestre. La geotecnia está

directamente relacionada con todo tipo de construcciones o edificaciones puesto que en la

mayoría de los casos (salvo estructuras en el agua o en el espacio) se usa el suelo (o rocas) como

material de fundación.

Al estudiar el suelo se deben considerar el contexto geológico, climatológico y agrológico. Lo

anterior para lograr un entendimiento acabado y completo del suelo en su contexto. Sin dicho

entendimiento, el estudio estará lleno de incertidumbres que pueden traducirse en pérdidas de

oportunidades al desconocer propiedades inherentes y sobretodo, se podrán incorporar

elementos de riesgo para el diseño, por omitir circunstancias fundamentales intrínsecas y

ambientales.

Historia de la Mecánica de Suelos

En la dinastía Chou, 1000 A. C, se dan recomendaciones para construir los caminos y puentes. El

siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias sobre ingeniería de suelos y el siglo XVIII marca

el comienzo de la Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño

estructural.

Vauban, 1687, ingeniero militar francés da reglas y fórmulas empíricas para construcción de muros

de contención.

Bullet, 1691, (francés), presenta la primera teoría sobre empuje de tierras y a ella contribuyen los

franceses Couplet (1726), Coulomb (1773), Rondelet (1802), Navier (1839), Poncelet (1840) y

Collin (1846). Más adelante el escocés Rankine (1857) y el suizo Culman (1866).

En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la cohesión y fricción del suelo. En

1857, Rankine (escocés), presenta su teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de

Darcy" (Francia) y la “Ley de Stokes” (Inglaterra), relacionadas con la permeabilidad del suelo y la

velocidad de caída de partículas sólidas en fluidos.

Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de contención. En 1871, Mohr

(Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una representación gráfica) en un punto del suelo dado.

1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la carga de la columna y

recomienda valores de carga en arcillas.

En 1885 Boussinesg (Francia) presenta su teoría de distribución de esfuerzos y deformaciones por

cargas estructurales sobre el terreno.

En 1890, Hazen (USA) mide propiedades de arenas y cascajo para filtros.

En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometría para mezclas en vía.

En 1906, Müler, experimenta modelos de muros de contención en Alemania.

En 1908, Warston (USA), investiga las cargas en tuberías enterradas.

En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos finos.

En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos para conocer la resistencia

al corte de los suelos y otras propiedades. Además, desarrolla el método sueco del círculo para

calcular la falla en suelos cohesivos.

En 1925, Terzagui, presenta en Viena el tratado Erdbaumechanik que hace de la Mecánica de

Suelos una rama autónoma de la Ingeniería. El científico de Praga, Karl Terzagui, es el padre de la

Mecánica de Suelos.

Materiales que Componen la Corteza Terrestre

Entre los materiales que componen la corteza terrestre tenemos: las rocas y el suelo.

Las rocas: se definen como agregados sólidos de minerales. Dependiendo de su origen, las rocas

se dividen en tres grandes grupos: Rocas ígneas, rocas sedimentarias, rocas metamórficas.

Rocas ígneas: se forman del enfriamiento del material caliente (roca fundida) rico en gases,

denominado magma.

Rocas sedimentarias: son rocas que se forman por acumulación de sedimentos que, sometidos a

procesos físicos y químicos (diagénesis), resultan en un material de cierta consistencia.

Rocas metamórficas: es a aquélla que ha sido formada a partir de otra roca, mediante un proceso

llamado metamorfismo. El metamorfismo nunca implica un cambio de estado y se da

indistintamente en rocas ígneas como en rocas sedimentarias cuando éstas quedan sometidas a

altas presiones (de alrededor de 1500 bars), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido

activo (que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta).

Procesos Geológicos

Los procesos geológicos se dividen en endógenos y exógenos dependiendo si se originan dentro o

fuera de la corteza terrestre. Dentro de los procesos endógenos o internos tenemos: el

magmatismo y el metamorfismo. Y en los proceso exógenos o externos están: intemperismo,

meteorización, erosión, transporte, depositación y diagénesis.

Magmatismo: es el proceso que conduce a la formación de las rocas ígneas.

Metamorfismo: proceso mediante el cual una roca sufre cambios tanto físicos como químicos, por

factores como la presión y la temperatura, para formar una nueva roca conocida como roca

metamórfica.

Intemperismo: Es una alteración física de cualquier material sólido de la corteza o roca fuente, es

decir, la roca a partir de la cual se origina el proceso. Se da por efecto directo de factores

atmosféricos y por movimientos de la corteza sobre la roca fuente produciendo su desintegración

física.

Meteorización: Simultáneamente con la alteración física, ocurre la alteración química o

meteorización de la roca fuente por acción del agua y del oxígeno del aire. Acción y efecto de

meteorizar, o meteorizarse la tierra. Alternación y disgregación de las rocas en contacto con la

atmósfera. Los cambios producidos por la meteorización son de dos tipos: mecánicos y químicos,

estos últimos se caracterizan por la intervención del agua.

Erosión: son los conjuntos de fenómenos debidos a los agentes meteóricos que producen

modificaciones en los relieves de la superficie terrestre, por medio del cual el material rocoso es

arrancado del sitio donde se encuentra. Este material erosionado queda muy cerca de la roca

fuente por acción de la gravedad.

Transporte: es cuando el material erosionado es transportado a otros lugares principalmente por

corrientes de agua y por viento.

Depositación: El material arrancado y transportado, conocido como sedimento, es acumulado en

depósitos cuando las corrientes transportadoras pierden energía.

Se forman en estos lugares sucesivas capas de sedimento quedando las más antiguas en el fondo

de los depósitos.

Diagénesis: Es la formación de roca sedimentaria. Las rocas sedimentarias se forman por

compactación de los sedimentos depositados y se producen en las capas de sedimento más

profundas por el peso que ejercen de las capas superiores. La zona donde se producen estas rocas

se conoce como zona de diagénesis.

El Suelo y su Origen

A través de un proceso de desintegración mecánica y descomposición química de la corteza

terrestre forman los materiales sueltos que se encuentran en ella.

Definiciones de suelo

Según el geólogo:

Es el material resultante de la descomposición y desintegración de las rocas por causa del ataque

de los agentes atmosféricos.

Según el agrónomo:

Es la delgada capa superior del manto de las rocas en el que penetran las raíces de las

plantas y las demás sustancias necesarias para su existencia.

Según el ingeniero civil:

Es el conjunto de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica o

descomposición química de las rocas preexistentes, como sedimentos no consolidados y depósitos

de partículas sólidas derivadas de la desintegración de las rocas.

El geotécnista debe conocer el contexto geológico del suelo, e incluso el climatológico y

agrológico. Sin ese entendimiento, su trabajo estará lleno de incertidumbres que pueden

tradujese en pérdidas de oportunidades al desconocer propiedades inherentes y sobretodo, se

podrán incorporar elementos de riesgo para el diseño, por omitir circunstancias fundamentales

intrínsecas y ambientales.

La estructura del suelo puede ser natural (la del suelo “in situ”), como un talud, canal en tierra o

artificial (suelo como material de construcción), como un terraplén o un relleno.

Horizontes del Perfil Geotécnico

El Perfil del suelo en geotecnia puede está compuesto según muestra la anterior gráfica. Se

describe con seis horizontes, del I al VI en la superficie, pudiendo en ocasiones estar el perfil

incompleto, por faltar en el algún horizonte. Y según su función hay una rama de la geotecnia que

la estudia.

Para mayor compresión de lo que es un suelo mostraremos una definición consolidada en función

a las diversas vertientes ingenieriles.

Suelo

Es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la

desintegración y/o alteración (física o química) de las rocas y de los residuos de las actividades de

los seres vivos que sobre ella se asientan.

Ahora bien ¿cómo se forma el suelo? Esta pregunta la responderemos utilizando la siguiente

gráfica:

La roca madre con acción mecánica y química, de descomponer en disturbios minerales, que

generan entre otras cosas fragmentos de rocas y residuos minerales que al combinarse con la

interacción de los seres vivos y los residuos orgánicos tanto vegetal como animal dan origen a los

suelos.

Para una mejor compresión de lo que sucede en la superficie terrestre a la hora de formar el suelo

expondremos la siguiente imagen que refleja los diferentes factores que intervienen en la

formación del mismo:

Los factores de evolución y formación de los suelos son:

Material Parental: Permeabilidad y constituyentes minerales de la roca madre.

Tiempo: El clímax puede ser de decenas a miles de años. Por ejemplo siglos.

Topografía: Pendientes, drenaje; orientación de la ladera y barreras topográficas.

Formadores biológicos: Micro y macro fauna como fuente de humus.

Meteorización Química

Meteorización Mecánica

Roca Madre

Agua Aire

Disturbios Minerales

Seres Vivos Materia Orgánica

Suelo

Clima: Temperatura, balance hídrico, intensidad de acción y velocidad de procesos.

Los agentes físicos más importantes que producen cambios en las rocas son: el sol, el agua, el

viento y los glaciares.

El sol:

Al actuar sobre la roca, el sol calienta más su exterior que su interior, provocando esfuerzos

provocados por diferencias de expansión, que dan como resultados un rompimiento de la capas

superficial y el desprendimiento de la misma. Este proceso es conocido como exfoliación y es

distinto según sea la región del mundo en donde se produzca, la situación geográfica, la estación

del año y el tipo de roca.

El agua:

El agua en movimiento es un importante elemento de erosión, al arrastrar los fragmentos

angulosos de las rocas y provocar la fricción de unos con otros, haciéndolos redondeados, además

de este efectos está cuando el agua de lluvia cae, provoca grietas y llena sus cavidades (huecos), si

esta se congela ejerce un fuerte poder de facturación y reproduce una desintegración en corto

tiempo, más aún el impacto causado por el oleaje del agua marina, entre otros muchos más.

El viento:

Este contribuye a la erosión del suelo, cuando arrastra arenas (médanos y loess), estas partículas

son desprendidas y arrastradas por muchos kilómetros.

Los glaciales:

Son depósitos de hielos en las altas montañas, ejercen una gran acción abrasiva y de

transporte de los materiales de la superficie de la tierra.

A pesar de que los agentes físicos son de mucha importancia en la formación de los suelos, ellos

no son capaces de reducir los fragmentos rocosos a tamaños inferior a los 0.01 mm. Estos solo se

pueden efectuar mediante procesos químicos como los son: la oxidación, la carbonatación y la

hidratación.

Oxidación: es la relación química que puede ocurrir en las rocas al recibir agua de lluvia, ya que el

oxígeno del aire, en presencia de humedad, reacciona químicamente produciéndose el fenómeno

de oxidación, principalmente en rocas que contienen hierro, como se puede observar en el color

pardo rojizo de algunas afloraciones.

Carbonatación: es el ataque del ácido carbónico (anhídrido carbónico y agua) efectuada sobre

rocas que contienen hierro, calcio, magnesio, sodio o potasio, en la que la mayoría de las rocas

ígneas contienen estos elementos.

Hidratación: es la acción y efecto de combinar un cuerpo con agua para formar hidratos o sea

compuestos químicos que contienen agua en combinación. El agua se absorbe y se combina

químicamente formando nuevos minerales.

Depósitos de Suelo Natural

Como el suelo es producido por intemperismo (fractura y rompimiento de varios tipos de rocas en

piezas más pequeñas mediante procesos físicos o químicos) se producen depósitos naturales de

suelos, por lo que es importante que durante el proceso de planificación, diseño y construcción de

cimentaciones, terraplenes y estructuras de retención, los ingenieros deben conocer el origen de

los depósitos de los suelos sobre los cuales se construirían las cimentaciones, debido a que cada

depósito de suelos tiene atributos propios y únicos. Por tanto, los depósitos pueden ser: depósitos

de suelos residuales o depósitos de suelos trasportados.

Depósitos de Suelos Residuales:

Son aquellos que se han formados in situ y han permanecido en su posición original, esto sucede

en gran parte de las regiones tropicales donde no han sido sometidas a procesos de glaciaciones. A

estos suelos se le denomina también coluviales.

Depósitos de Suelos Transportados:

Son los que han sido desplazados de su posición original y depositada en otros sitios, el tamaño y

la forma de las partículas de suelo trasportado está determinado por el agente de transporte, por

ello estos se dividen dependiendo del agente de transporte en:

Suelos Aluviales o fluviales: depositados por agua en movimiento.

Suelos Glaciares: depositados por acción de glaciar.

Suelos Eólicos: depositados prior la acción del viento.

Estos además dependiendo del lugar en donde fueron transportados se clasifican en:

Palustres: si fueron depositados o están

en los pantanos

Marinos: si fueron depositados o están

en el mar

Lacustres: si fueron depositados o están

el lagos

Terrígenos: si fueron depositados o están

en los continentes o islas.

En adición a los suelos residuales y transportados están las turbas que se derivan de la

descomposición de material orgánico, encontrados en lugares de poca altura, donde el nivel

freático está cerca o arriba de la superficie del terreno, cuando un porcentaje relativamente alto

de turba se mezcla con suelo inorgánico, se le denomina suelo orgánico, estos tienen entre sus

características poseer color negro, una humedad alta (entre 200% y 300%) y son altamente

compresibles.

La Alteración de las Rocas:

Existe un equilibrio dinámico entre las tasas de alteración y denudación, TA y TD, respectivamente.

TA > TD → predominio de material residual; ejemplo, zona tórrida.

TD > TA → predominio de la roca fresca y los sedimentos; ejemplo, zona templada.

Los suelos tropicales son fundamentalmente suelos residuales, mientras los de zonas templadas

son fundamentalmente suelos transportados; así, la Mecánica de Rocas se ha hecho para latitudes

diferentes a las nuestras, donde las capas de suelo son horizontales, sin relictos caóticos e

impredecibles, como los que afectan nuestros macizos y suelos.

Las alteraciones tectónica e hidrotermal, no son formas de meteorización; ambas formas de

meteorización son típicas de los ambientes andinos, donde el clima también es intenso y hace su

aporte. No son la humedad y la temperatura, sino las variaciones de ambas las que hacen intensa

y rápida la meteorización o intemperismo.

Alteración física: Incluye la desintegración por meteorización mecánica, ejemplo:

A: Tectónica. B: Climática. C: Biológica. D: Hidrotermal.

Alteración química: Incluye la descomposición por meteorización química, ejemplo:

Por agua (hidratación, hidrólisis, solución). Por CO2 (Carbonatación). Por O2 (Oxidación, reducción).

Los coluviones son por lo general depósitos heterogéneos, sueltos y con bloques angulosos. Los

aluviones son depósitos conformados por materiales gruesos y matriz de finos en los tramos de

ambiente montañosos y por materiales finos en los valles amplios. La gradación está ligada a la

velocidad de la corriente, por lo general baja en los valles amplios. Los depósitos lacustres

generalmente son de grano fino. Los depósitos marinos suelen ser estratificados. En los lacustres

el medio es tranquilo y la potencia menor.

Los depósitos glaciares son heterogéneos, los till no presentan estratificación clara, los fluvio -

glaciares sí. Los primeros por el efecto aplanadora del hielo y los segundos por formarse a partir de

las aguas de fusión.

Los depósitos eólicos son homogéneos, los loes son de limos y las dunas son de arena; los loes no

son transportados y las dunas sí (emigran).

Los principales minerales que constituyen suelos gruesos son: Silicato principalmente feldespato

(K, Na, Ca), micas (moscovita y biotita), olivino y serpentina. Óxidos, en especial el cuarzo (SiO2),

limonita, magnetita y corindón. Carbonatos, principalmente calcita y dolomita; y sulfatos como

yeso y anhidrita.

En los suelos gruesos el comportamiento mecánico e hidráulico depende de su compacidad y

orientación de partículas, y poco de la composición mineralógica.

Principales tipos de suelos

Gravas

Son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que tienen más de 2 mm. de diámetro. Según

el origen si son acarreadas por las aguas sufren desgaste en sus aristas y son por tanto

redondeadas. Como material suelto suele encontrarse en los lechos, en las márgenes de los ríos,

también en muchas depresiones de terrenos rellenadas por el acarreo de los ríos y en muchos

otros lugares donde las gravas han sido re-transportadas. Las gravas ocupan grandes extensiones,

pero casi siempre se encuentran conjuntamente con arenas, limos y arcillas, sus partículas varían

desde 3” (7.62 mm.) hasta 2 mm.

Arenas

Es el nombre que se le da a partículas de grano fino procedentes de la desintegración de las rocas

ya sea por medio natural o artificial, sus partículas varían entre 2 mm. y 0.05 mm. de diámetro. El

origen y la existencia de la arena son análogos al de las gravas, suelen encontrarse juntos en el

mismo depósito.

Limos

Son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, pudiendo ser limos inorgánicos como el

producidos en canteras o limos orgánicos como el que suele encontrarse en los ríos, siendo este

último caso de características plásticas. El diámetro está comprendido entre 0.05 mm. y 0.005

mm. Los limos sueltos y saturados son completamente inadecuados para soportar cargas por

medio de zapatas, su color varia de gris claro a muy oscuro. Los limos, de no encontrarse en su

estado denso, a menudo son considerados como suelos pobres para cimentar.

Arcillas

Son las partículas sólidas de grano inferior a los 0.005 mm. y cuya masa tiene la propiedad de

volverse plástica al ser mezclada con agua. Se contraen al secarse, presentan marcada cohesión

según su humedad, son comprensibles y al aplicársele carga en su superficie se comprimen

lentamente.

De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcillas se clasifican en:

- Caolinítico: (del nombre chino Kau-ling) procede de la carbonatación de la ortoclasa.

Formados por una lámina silícica y una lámina alumínica superpuestas de manera

indefinida y con la unión tal entre sus retículas que no permiten penetración de moléculas

de agua entre ellas, por eso es que estas arcillas son bastantes estables en presencia de

agua.

- Montmorilonítico: (nombre debido al lugar llamado Montmorrillón, Francia) a este grupo

pertenecen las bentonitas, se forman por superposición indefinida de una lámina

alumínica entre dos láminas silícicas pero con una unión débil entre sus retículas, lo que

hace que agua pueda penetrar con facilidad a sus retículas. Estas arcillas sufren fuerte

expansión en contacto con agua lo que provoca inestabilidad entre ellas.

- Ilítico: (se debe al lugar llamado Illinois, Estados Unidos) producto de la hidratación de las

micas y presentan un arreglo reticular similar a las Montmoriloníticas, pero con tendencia

a formar grumos por la presencia de iones de potasio, lo que reduce el área expuesta al

agua, razón por la cual no son tan expansivas.

Otros Tipos de Suelos Comunes

Caliche: se aplica a ciertos extractos de suelo cuyos granos se encuentran cementados por

carbonatos calcáreos. Para la formación de estos se requiere un clima semi-árido. La marga es una

arcilla con carbonato de calcio, más homogéneo que el caliche y generalmente muy compacto.

Loess: sedimentos eólicos uniformes y cohesivos, la cohesión la poseen debido ha ido un

cementante de origen calcáreo, debido al contenido calcáreo sus cortes se mantienen verticales,

son suelos colapsables, pero esta tendencia disminuye cuando aumenta su peso volumétrico.

Diatomita: compuestas de residuos de diatomeas (algas unicelulares que tienen características

celulares silícicas)

Gumbo: suelo arcillo fino libre de arena, muy plástico y pegajoso. Material difícil de trabajar

Tepetate: material compuesto de limo, arcilla y arena originado generalmente por la

descomposición de cenizas volcánicas basálticas.

Suelos Cohesivos:

Son los que poseen cohesión, es decir, la propiedad de atracción intermolecular (arcillas).

Suelos no Cohesivos:

Son los formados por partículas de rocas sin ninguna cementación (arena y grava)

La Arcilla:

Un suelo de uso muy particular en mecánica de suelos es la arcilla y es por eso que dedicaremos

un poco más de tiempo para su estudio detallado:

Arcillas son grupos minerales definidos, como caolinita, illita y montmorillonita,

donde participan estructuras octaédricas y tetraédricas. La arcilla, como el

humus, posee propiedades coloidales. Las arcillas, en el sentido mineralógico,

son cristales microscópicos cuyos átomos están dispuestos en planos.

Al interior de una trama de átomos de oxígeno, cuyas esferas iónicas son

voluminosas, se encuentran cationes de sílice (Si) y aluminio (Al). Si el volumen

lo permite, cationes de hierro (Fe), magnesio (Mg), calcio (Ca) o potasio (K)

reemplazan al sílice (Si) y al aluminio (Al).

Las arcillas tienen una capacidad de intercambio iónico grande. Otros iones

diferentes a los enunciados pueden completar las capas y unirlas, y también, las

cargas eléctricas libres pueden ser equilibradas por iones intercambiables.

Caolinitas: Principal grupo de arcillas que presenta baja capacidad de intercambio, 10-12 me (mili-

equivalentes) cada 100 gr, y con dos capas de

cationes, las llamadas arcillas 1:1 (capa tetraédrica

más capa octaédrica de alúmina hidratada). El

arreglo, que se repite indefinidamente da una carga

eléctrica neutra del mineral caolinita, cuya

estructura no es expansiva, por no admitir agua en

sus retículos. Estas arcillas son moderadamente plásticas, de mayor permeabilidad y mayor

fricción interna.

Del grupo son: haloisita, caolinita (por definición), endellita, dickita, alofano, nacrita y anauxita. La

haloisita, aunque tiene la misma fórmula del caolín, contiene moléculas extra dentro de su

estructura. En la figura = Gibsita = SiO4 (En la “Carta de Plasticidad” las caolinitas están bajo la línea

A = limos).

Illita: Es una arcilla 2:1, cuya capacidad de intercambio es de

unos 40 me/100gr, lo que las hace algo expansivas. Las

láminas de alúmina están entre dos láminas de SiO4, y estas

se ligan por iones de potasio, que le dan cierta estabilidad al

conjunto. La actividad de la illita es 0,9, de la caolinita es de

0,38. El coeficiente de fricción interno y la permeabilidad

son menores que en la caolinita y mayores que en la

montmorillonita.

Montmorillonita: Arcilla 2:1 cuya capacidad de intercambio es de unos 120 me/100gr, lo que las

hace muy expansivas. Entre las dos láminas de sílice se encuentra una brucita o una gibsita, y este

arreglo se repite indefinidamente. La unión entre minerales individuales es débil, por lo cual el

agua se inserta, introduciendo moléculas que producen el

hinchamiento del suelo. Además de ser expansiva, la

montmorillonita es muy plástica y se contrae al secarse,

mejorando su resistencia y haciéndose impermeable. La

actividad de la montmorillonita es de 7,2. Entre las

montmorillonitas tenemos: la montmorillonita (por definición),

hectorita, saponita, beidellita, sauconita, talco, porfilita y nontronita. Bentonitas: Suelos

montmorilloníticos altamente plásticos y altamente expansivos, de grano tan fino que al tacto es

jabonoso (sí es húmedo). Se utilizan para sellar fugas en depósitos y canales.

Vermiculita, clorita, sericita, etc., son otros minerales arcillosos no clasificados en los anteriores

tres grupos.

OBTENCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO Y SONDEOS

Muestra:

Para determinar las propiedades de un suelo en el laboratorio es preciso contar con

muestras representativas de dicho suelo. Una muestra es una porción de material que tiene

características parecidas al material en su sitio original.

Hay dos tipos de muestras: alteradas e inalteradas.

Muestras Alteradas: es cuando el suelo no guarda las mismas condiciones de las que contaba en el

terreno de donde procede.

Muestras Inalteradas: es cuando la muestra se le deja las mismas condiciones en la que se

encontraba en el terreno natural.

Investigación de subsuelo:

Constituye una de las etapas del estudio geotécnico general de un lote que se realiza para

determinar si un sitio es apropiado para una obre de ingeniería determinada y para poder

preparar su diseño adecuado y económico.

Por lo general la investigación del subsuelo se lleva a cabo después de estudiar la información

existente en los archivos y documentos disponibles y realizar un reconocimiento preliminar del

terreno. También es necesaria la investigación del subsuelo cuando se necesite determinar la

seguridad de una obra de ingeniería existente o cuando ya se haya producido una falla.

Los objetivos principales de la investigación del subsuelo son:

a) Establecer el perfil del suelo en el sitio, determinando la secuencia de los estratos en

función de la profundidad, su espesor y la continuidad lateral de cada estrato y, si es

necesario y si es necesario la profundidad del lecho rocoso.

b) Obtener información con respecto a las características del nivel freático en el sitio.

c) Determinar las propiedades necesarias para la identificación, descripción y clasificación de

los diferentes estratos del suelo y poder obtener los parámetros necesarios para el diseño,

cuando sea posible.

De esta manera, el estudio de los suelos incluye generalmente un programa de exploración del

subsuelo, observaciones del nivel freático, recuperación de muestras para su estudio mediante

ensayos de laboratorio y en algunos casos una serie de ensayos in situ.

Exploración del subsuelo:

Esta se realiza mediante pozos de inspección o sondeos (perforaciones) la localización y el

espaciamiento entre los pozos de inspección o los sondeos deben escogerse de tal manera que

permitan destacar las condiciones geotécnicas de los puntos de dificultad o importancia ingenieril

especiales, además de aportar información general sobre las condiciones del terreno como un

todo.

La profundidad de exploración depende del tamaño de la estructura y el tipo de obra de ingeniería

que se piensa construir, pero como regla general, la exploración deberá realizarse hasta la

profundidad donde el incremento de esfuerzos deje de ser significativo que no produzca

asentamientos en la obra propuesta, en caso de encontrar roca es recomendable penetrar 3

metros en más de una perforación para establecer si es realmente el lecho rocoso y no un gran

canto aislado.

Pozos de Inspección:

Se excavan usualmente con la ayuda de la retroexcavadora; permiten explorar las condiciones del

terreno in situ en sentido vertical y horizontal y proveen el acceso directo para tomar muestras

y/o realizar ensayos in situ.

Sondeos:

Se realizan mediante diferentes técnicas de perforación cuya escogencia depende del diámetro

necesario para la perforación, de la profundidad de exploración y de la localización del sitio.

Los métodos más usados para realizar sondeos son:

1- Método de exploración de carácter preliminar

2- Método de sondeo definitivo

3- Métodos Geofísicos

a. Sísmico

b. De resistencia eléctrica

c. Magnético y gravimétrico

Herramientas usadas para realizar las perforaciones:

a. Barreno manual

b. Perforador ligero de percusión con cable

c. Barrenos mecánicos o helicoidal

d. Perforación por lavado

e. Perforación por rotación