2. 1.1 INTRODUCCIÓN
• EL DISEÑO DE CIMENTACIONES DE ESTRUCTURAS COMO EDIFICIOS, PUENTES Y PRESAS
REQUIERE POR LO GENERAL DE UN CONOCIMIENTO DE FACTORES COMO
• A) LA CARGA QUE SE TRANSMITIRÁ POR LA SUPERESTRUCTURA AL SISTEMA DE CIMENTACIÓN
• B) LOS REQUERIMIENTOS DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIÓN LOCAL
• C) EL COMPORTAMIENTO Y LA DEFORMABILIDAD RELACIONADA CON EL ESFUERZO DE LOS
SUELOS QUE SOPORTARÁN EL SISTEMA DE CIMENTACIÓN
• D) LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS DEL SUELO EN CONSIDERACIÓN. PARA UN INGENIERO DE
CIMENTACIONES
• LOS DOS ÚLTIMOS FACTORES SON MUY IMPORTANTES YA QUE TIENEN QUE VER CON LA
MECÁNICA DE SUELOS.
3. • LAS PROPIEDADES GEOTÉCNICAS DE UN SUELO, COMO SU DISTRIBUCIÓN
GRANULOMÉTRICA, PLASTICIDAD, COMPRESIBILIDAD Y RESISTENCIA CORTANTE,
SE PUEDEN EVALUAR MEDIANTE PRUEBAS DE LABORATORIO ADECUADAS.
ADEMÁS, RECIENTEMENTE SE HA PUESTO ÉNFASIS EN LA DETERMINACIÓN IN
SITU DE LAS PROPIEDADES DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DEL SUELO,
PUESTO QUE ESTE PROCESO EVITA ALTERAR LAS MUESTRAS DURANTE LA
EXPLORACIÓN DE CAMPO. SIN EMBARGO, ANTE CIERTAS CIRCUNSTANCIAS, NO
TODOS LOS PARÁMETROS NECESARIOS SE PUEDEN O SE DETERMINAN, DEBIDO A
RAZONES ECONÓMICAS O DE OTRA ÍNDOLE.
4. • LA INGENIERÍA DE CIMENTACIONES ES UNA COMBINACIÓN INGENIOSA DE
MECÁNICA DE SUELOS, INGENIERÍA GEOLÓGICA Y BUEN JUICIO DERIVADO DE
UNA EXPERIENCIA PASADA, QUE HASTA CIERTO PUNTO SE PUEDE DENOMINAR
UN ARTE.
5. 1.2 DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA.
• UN ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CON MALLAS SE
EFECTÚA TOMANDO UNA CANTIDAD MEDIDA DE
SUELO SECO BIEN PULVERIZADO Y HACIÉNDOLO PASAR
A TRAVÉS DE UN APILO DE MALLAS CON ABERTURAS
CADA VEZ MÁS PEQUEÑAS QUE DISPONE DE UNA
CHAROLA EN SU PARTE INFERIOR. SE MIDE LA
CANTIDAD DE SUELO RETENIDO EN CADA MALLA Y SE
DETERMINA EL PORCENTAJE ACUMULADO DEL SUELO
QUE PASA A TRAVÉS DE CADA UNA. A ESTE
PORCENTAJE SE LE REFIERE POR LO GENERAL COMO
PORCENTAJE DE FINOS.
• LA TABLA 1.1 CONTIENE UNA LISTA DE LOS NÚMEROS
DE MALLAS UTILIZADAS EN ESTADOS UNIDOS Y EN
NUESTRO PAÍS Y EL TAMAÑO CORRESPONDIENTE DE
SUS ABERTURAS. ESTAS MALLAS SON DE USO COMÚN
PARA EL ANÁLISIS DE SUELOS PARA FINES DE SU
CLASIFICACIÓN.
8. 1.3 LIMITES DEL TAMAÑO PARA SUELOS.
• VARIAS ORGANIZACIONES HAN INTENTADO DESARROLLAR
LÍMITES DEL TAMAÑO PARA GRAVA, ARENA, LIMO Y
ARCILLA CON BASE EN LOS TAMAÑOS DE LOS GRANOS
QUE HAY EN LOS SUELOS. EN LA TABLA 1.2 SE PRESENTAN
LOS LÍMITES DE LOS TAMAÑOS RECOMENDADOS POR LOS
SISTEMAS DE LA AMERICAN ASSOCIATION OF STATE
HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS (AASHTO) Y
DEL UNIFIED SOIL CLASSIFICATION (CORPS OF ENGINEERS,
DEPARTMENT OF THE ARMY Y BUREAU OF RECLAMATION).
EN LA TABLA SE MUESTRA QUE LAS PARTÍCULAS DE SUELO
MENORES QUE 0.002 MM SE HAN CLASIFICADO COMO
ARCILLA. SIN EMBARGO, LAS ARCILLAS SON COHESIVAS
POR NATURALEZA Y CON ELLAS SE PUEDEN HACER
ROLLOS PEQUEÑOS CUANDO ESTÁN HÚMEDAS. ESTA
PROPIEDAD SE DEBE A LA PRESENCIA DE MINERALES DE
ARCILLA COMO LA CAOLINITA, ILITA Y
MONTMORILONITA. EN CONTRASTE, ALGUNOS
MINERALES, COMO EL CUARZO Y EL FELDESPATO, PUEDEN
ESTAR PRESENTES EN UN SUELO CON TAMAÑOS DE
PARTÍCULAS TAN PEQUEÑOS COMO EL DE LOS MINERALES
DE ARCILLA, PERO ESTAS PARTÍCULAS NO TENDRÁN LA
PROPIEDAD COHESIVA DE LOS MINERALES DE ARCILLA. DE
AQUÍ QUE SE DENOMINEN PARTÍCULAS CON TAMAÑO DE
ARCILLA, NO PARTÍCULAS DE ARCILLA.
9. 1.4 RELACIÓN PESO – VOLUMEN.
• EN LA NATURALEZA LOS SUELOS SON SISTEMAS DE TRES FASES QUE CONSISTEN
EN PARTÍCULAS DE SUELO SÓLIDAS, AGUA Y AIRE (O GAS). PARA DESARROLLAR
LAS RELACIONES PESO-VOLUMEN PARA UN SÓLIDO, LAS TRES FASES SE PUEDEN
SEPARAR COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA 1.3A. CON BASE EN ESTA
SEPARACIÓN, SE PUEDEN DEFINIR LAS RELACIONES DEL VOLUMEN. LA RELACIÓN
DE VACÍOS, E, ES LA RELACIÓN DEL VOLUMEN DE VACÍOS AL VOLUMEN DE
SÓLIDOS DE UN SUELO EN UNA MASA DE SUELO DADA.
10. • EJERCICIO 1 DE RELACIONES PESO-VOLUMEN (VOLUMÉTRICAS-GRAVIMÉTRICAS)
EN SUELOS - YOUTUBE
12. 1.6 LIMITES DE ATTERBERG.
• CUANDO UN SUELO ARCILLOSO SE MEZCLA CON UNA CANTIDAD EXCESIVA DE AGUA, PUEDE
FLUIR COMO UN SEMILÍQUIDO. SI EL SUELO SE SECA GRADUALMENTE, SE COMPORTARÁ COMO
UN MATERIAL PLÁSTICO, SEMISÓLIDO O SÓLIDO, DEPENDIENDO DE SU CONTENIDO DE
HUMEDAD. EL CONTENIDO DE HUMEDAD, EN PORCENTAJE, EN EL QUE EL SUELO CAMBIA DE
UN ESTADO LÍQUIDO A UNO PLÁSTICO SE DEFINE COMO LÍMITE LÍQUIDO (LL). DE MANERA
SIMILAR, EL CONTENIDO DE HUMEDAD, EN PORCENTAJE, EN EL QUE EL SUELO CAMBIA DE UN
ESTADO PLÁSTICO A UNO SEMISÓLIDO Y DE UN ESTADO SEMISÓLIDO A UNO SÓLIDO SE
DEFINEN COMO LÍMITE PLÁSTICO (LP) Y LÍMITE DE CONTRACCIÓN (LC), RESPECTIVAMENTE. A
ESTOS LÍMITES SE LES REFIERE COMO LÍMITES DE ATTERBERG (FIGURA 1.4): S EL LÍMITE
LÍQUIDO DE UN SUELO SE DETERMINA UTILIZANDO LA COPA DE CASAGRANDE (DESIGNACIÓN
DE PRUEBA D-4318 DE LA ASTM) Y SE DEFINE COMO EL CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL QUE
SE CIERRA UNA RANURA DE 12.7 MM MEDIANTE 25 GOLPES. S EL LÍMITE PLÁSTICO SE DEFINE
COMO EL CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL QUE EL SUELO SE AGRIETA AL FORMAR UN ROLLITO
DE 3.18 MM DE DIÁMETRO (DESIGNACIÓN DE PRUEBA D-4318 DE LA ASTM).
15. 1.7 SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS.
• LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS DIVIDEN LOS SUELOS EN GRUPOS Y
SUBGRUPOS CON BASE EN PROPIEDADES INGENIERILES COMUNES COMO LA
DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA, EL LÍMITE LÍQUIDO Y EL LÍMITE PLÁSTICO.
LOS DOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN PRINCIPALES DE USO ACTUAL SON 1) EL
SISTEMA DE LA AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND
TRANSPORTATION OFFICIALS (AASHTO) Y 2) EL SISTEMA UNIFICADO DE
CLASIFICACIÓN DE SUELOS (UNIFIED SOIL CLASSIFICATION SYSTEM (TAMBIÉN ES
EL SISTEMA DE LA ASTM). EL SISTEMA DE LA AASHTO SE EMPLEA
PRINCIPALMENTE PARA LA CLASIFICACIÓN DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO DE
UNA CARRETERA. NO SE UTILIZA EN LA CONSTRUCCIÓN DE CIMENTACIONES
16. • CLASIFICACIÓN DE SUELOS MEDIANTE EL SUCS 📒 - 🏔MECÁNICA DE SUELOS –
YOUTUBE
• CLASIFICACIÓN DE SUELOS MEDIANTE SISTEMA AASHTO 📒 – 🏔MECÁNICA DE
SUELOS - YOUTUBE
17. 1.8 PERMEABILIDAD HIDRÁULICA DEL SUELO.
• LOS ESPACIOS VACÍOS, O POROS, ENTRE
GRANOS DEL SUELO PERMITEN QUE EL AGUA
FLUYA A TRAVÉS DE ELLOS. EN MECÁNICA DE
SUELOS E INGENIERÍA DE CIMENTACIONES SE
DEBE CONOCER CUÁNTA AGUA FLUYE A
TRAVÉS DE UN SUELO POR TIEMPO UNITARIO.
ESTE CONOCIMIENTO SE REQUIERE PARA
DISEÑAR PRESAS DE TIERRA, PARA
DETERMINAR LA CANTIDAD DE FILTRACIONES
DEBAJO DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS Y
PARA DESAGUAR CIMENTACIONES ANTES Y
DESPUÉS DE SU CONSTRUCCIÓN. DARCY (1856)
PROPUSO LA ECUACIÓN SIGUIENTE (FIGURA
1.9) PARA CALCULAR LA VELOCIDAD DEL
FLUJO DE AGUA A TRAVÉS DE UN SUELO:
19. 1.10 CRITERIO PARA EL DISEÑO DE FILTROS.
• EN LA MAYORÍA DE LOS CASOS DE FILTRACIÓN BAJO ESTRUCTURAS
HIDRÁULICAS, LA TRAYECTORIA DE FLUJO CAMBIA DE DIRECCIÓN Y NO ES
UNIFORME SOBRE TODA EL ÁREA. EN TALES CASOS, UNA MANERA DE
DETERMINAR LA TASA DE FILTRACIÓN ES MEDIANTE UNA CONSTRUCCIÓN
GRÁFICA LLAMADA RED DE FLUJO, BASADA EN LA TEORÍA DE LA
CONTINUIDAD DE LAPLACE. SEGÚN ÉSTA, PARA UNA CONDICIÓN DE
RÉGIMEN DE FLUJO ESTABLECIDO, EL FLUJO EN CUALQUIER PUNTO A
(FIGURA 1.10) PUEDE REPRESENTARSE POR LA ECUACIÓN
20. • DONDE KX, KY, KZ = PERMEABILIDAD HIDRÁULICA DEL SUELO EN LAS
DIRECCIONES X,Y YZ, RESPECTIVAMENTE
H = CARGA HIDRÁULICA EN EL PUNTO A (ES DECIR LA CARGA DE AGUA QUE
UN PIEZÓMETRO COLOCADO EN A MOSTRARÍA CON EL NIVEL DE AGUAS
ABAJO COMO PLANO DE REFERENCIA, COMO MUESTRA LA FIGURA 1.10)
21. 1.11 CONCEPTO DE ESFUERZO EFECTIVO.
• CLASE: ESFUERZOS EFECTIVOS / MECÁNICA DE SUELOS | APRENDELI – YOUTUBE
• EL ESFUERZO EFECTIVO EN CUALQUIER DIRECCIÓN ESTÁ DEFINIDO COMO
LA DIFERENCIA ENTRE EL ESFUERZO TOTAL EN DICHA DIRECCIÓN Y LA
PRESIÓN DEL AGUA QUE EXISTE EN LOS VACÍOS DEL SUELO. EL ESFUERZO
EFECTIVO ES POR LO TANTO UNA DIFERENCIA DE ESFUERZOS.
23. 1.12 ASENCION CAPILAR EN SUELOS.
• ASCENSIÓN CAPILAR EN EL SUELO – YOUTUBE
• ASCENSIÓN DEL AGUA POR ENCIMA DEL NIVEL FREÁTICO DEL TERRENO A TRAVÉS
DE LOS ESPACIOS INTERSTICIALES DEL SUELO, EN UN MOVIMIENTO CONTRARIO
AL DE LA GRAVEDAD.
• EL MOVIMIENTO ASCENDENTE DEL AGUA EN UN TUBO CAPILAR REPRESENTA EL
FENÓMENO DE CAPILARIDAD. DOS FUERZAS SON RESPONSABLES POR LA
CAPILARIDAD: 1 – ATRACCIÓN DEL AGUA POR SUPERFICIES SÓLIDAS (ADHESIÓN O
ADSORCIÓN) Y 2 – TENSIÓN SUPERFICIAL DEL AGUA, QUE EN GRAN PARTE ESTÁ
DEBIDA A LA ATRACCIÓN ENTRE LAS MOLÉCULAS DE AGUA (COHESIÓN).
