Mecánica de suelos

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MECÁNICA DE SUELOS
1. DEFINICIÓN
Es una disciplina de la ingeniería que tiene por objeto el estudio de una
serie de métodos que conducen directa e indirectamente al conocimiento
del suelo. En los diferentes terrenos sobre los cuales se va a erigir
estructuras de índole variable por diversas razones el hombre ha
estudiado durante siglos el suelo donde vive presentando teoriza sobre
las presiones del mismo y sobre métodos para determinar la capacidad
de carga para diversos tipos de cimentaciones sin embargo se puede
decir que quien organizo conceptos y los hizo crecer hasta formar una
rama de la ingeniería civil es el doctor Karl Terzaghi desde 1925.
2. LOS SUELOS
Los productos más importantes de los esfuerzos del intemperismo son
los suelos, el suelo consiste en roca suelta descompuesta y
desintegrada y que ha sido alterada hasta poder soportar la vida vegetal,
Aunque numerosos factores determinen en última instancia el tipo de
suelo que se ha desarrollado lo más importante son las composiciones
de la roca madre, clima, la topografía, el tiempo, la actividad de las
plantas y los animales.
2.1 EL SUELO Y SU ORIGEN
Entre los agentes físicos que producen cambios en las rocas se tiene el
sol, el agua, el viento y los glaciares, el sol al actuar sobre las rocas
calienta más su exterior que su interior provocando diferencias de
expansiona que generan esfuerzos muy fuertes los cuales dan como
resultado un rompimiento de la capa superficial y el desprendimiento de
la misma este proceso es conocido como exfoliación y cambia de
carácter en diferentes localidades y distintas alturas sobre el nivel del
mar y en las diversas épocas del año y con cada tipo de roca los
cambios de temperatura producen más efectos en las rocas duras como
en las ígneas (granito, andelito, erialito) que en las rocas blandas como

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en las sedimentarias como las calizas, travertinos, dolomitas
especialmente cuando aquellos son de grano grueso y se componen de
diversos minerales cuyos coeficientes de dilatación difieren mucho uno
de otros.
EL AGUA en movimiento es un importante elemento de erosión al
arrastrar los elementos angulosos de las rocas y provocar la fricciona de
uno con otros haciéndolos redondeados como los cantos rodados de los
ríos el agua también deja sentir sus efectos cuando en forma de lluvia
cae en la superficie pétrea llena sus cavidades abre grietas y tiende a
llenar los espacios huecos de las rocas si entonces se congela ejerce
fuerte poder de facturación en la roca que la encierra y se produce la
desintegración en un corto periodo de tiempo el impacto directo sobre
las rocas como el oleaje en las rocas también es causa de erosión dela
misma. El viento también contribuye a la erosión del suelo cuando
arrastra arenas como en el caso de los medianos y los loes.
SUELOS ARENOSOS O SUELOS EÓLICOS. Los taludes de los suelos
arenosos también son afectados por la acción del viento que al
golpearlos continuamente desprende las articulas y luego las acarrea.
FACTORES O AGENTES QUÍMICOS que producen cambios en las
rocas de los agentes químicos podemos mencionar como principales la
oxidación, la Carbonatación y la hidratación. La oxidación es la reacción
química que puede ocurrir en las rocas al recibir el agua de lluvia ya que
el oxígeno del aire en presencia de humedad reacciona químicamente
produciéndose el fenómeno de oxidación principalmente si las rocas
contienen hierro como se puede observar por el color rojizo de algunas
afloraciones, la carbonatación es el ataque del ácido carbónico
(anhídrido carbónico y agua) efectúa sobre las rocas que contienen
fierro, calcio, magnesio, sodio o potasio. La hidratación es la acción y
efecto de combinar un cuerpo con agua para formar hidratos ósea
compuestos químicos que contienen agua en combinación, el agua se
absorbe y se combina químicamente formando nuevos minerales. La
acción de agentes de intemperismo anteriormente mencionados se

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conoce más comúnmente en el medio ingenieril como meteorización y
alteración y da origen a los suelos inorgánicos. La meteorización se
refiere únicamente a los cambios superficiales que sufren las rocas
debido a la acción de los agentes atmosféricos y la alteración designa
los cambios internos de las rocas que se presentan en forma de
hidratación y motiva que se formen nuevos minerales dentro de la masa
pétrea conservando su individualidad y su identificación geológica.
2.2PRINCIPALES TIPOS DE SUELOS
De acuerdo con el origen de sus elementos, los suelos se dividen en dos
amplios grupos; suelos cuyo origen se debe a la descomposición física o
química de las rocas, o sea de los suelos inorgánicos, y los suelos cuyo
origen es principalmente orgánico.
Si en los suelos inorgánicos el producto del intemperismo de las rocas
permanece en el sitio donde se formó, da origen a un suelo residual; en
caso contrario, forma un suelo transportado, cualquiera que haya sido el
agente transportador (por gravedad: talud; por agua: aluviales o
lacustres; por viento: eólicos; por glaciares: Depósitos glaciares).
En cuanto a los suelos orgánicos, ellos se forman casi siempre in situ.
Muchas veces la cantidad de materia orgánica, ya sea en forma de
humus o de materia no descompuesta o en estado de descomposición,
es tan alta con relación a la cantidad de suelo inorgánico que las
propiedades que pudiera derivar de la porción mineral quedan
eliminadas. Esto es muy común en las zonas pantanosas en las cuales
los restos de vegetación acuática llegan a formar verdaderos depósitos
de gran espesor, conocidos con el nombre genérico de turbas. Se
caracterizan por su color negro o café oscuro por su poco peso cuando
están secos y su gran compresibilidad y porosidad. La turba es el primer
paso de la conversión de la materia vegetal en carbón.
A continuación, se describen los suelos más comunes con los nombres
generalmente utilizados por el profesional, para su identificación.

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2.2.1 Gravas
Las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que
tienen más de dos milímetros de diámetro. Dado el origen, cuando son
acarreadas por las aguas las gravas sufren desgaste en sus aristas y
son, por lo tanto, redondeadas. Como material suelto suele
encontrársele en los lechos, en los márgenes y en los conos de
deyección de los ríos, también en muchas depresiones de terrenos
rellenadas por el acarreo de los ríos y en muchos otros lugares a los
cuales las gravas han sido retransportadas. Las gravas ocupan grandes
extensiones, pero casi siempre se encuentran con mayor o menor
proporción de cantos rodados, arenas, limos y arcillas. Sus partículas
varían desde 7.62 cm (3") hasta 2.0 mm.
La forma de las partículas de las gravas y su relativa frescura
mineralógica dependen de la historia de su formación, encontrándose
variaciones desde elementos rodados a los poliédricos.
2.2.2 Arenas
La arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finos
procedentes de la denudación de las rocas o de su trituración artificial, y
cuyas partículas varían entre 2 mm y 0.05 mm de diámetro.
El origen y la existencia de las arenas es análoga a la de las gravas: las
dos suelen encontrarse juntas en el mismo depósito. La arena de río
contiene muy a menudo proporciones relativamente grandes de grava y
arcilla. Las arenas estando limpias no se contraen al secarse, no son
plásticas, son mucho menos compresibles que la arcilla y si se aplica
una carga en su superficie, se comprimen casi de manera instantánea.
Limos
Los limos son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad,
pudiendo ser limo inorgánico como el producido en canteras, o limo
orgánico como el que suele encontrarse en los ríos, siendo en este
último caso de características plásticas. El diámetro de las partículas de

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los limos 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 varía desde gris claro a muy
oscuro. La permeabilidad de los limos orgánicos es muy baja y su
compresibilidad muy alta. Los limos, de no encontrarse en estado denso,
a menudo son considerados como suelos pobres para cimentar.
Arcillas
Se da el nombre de arcilla a las partículas sólidas con diámetro menor
de 0.005 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser
mezclada con agua. Químicamente es un silicato de alúmina hidratado,
aunque en pocas ocasiones contiene también silicatos de hierro o de
magnesio hidratados. La estructura de estos minerales es,
generalmente, cristalina y complicada y sus átomos están dispuestos en
forma laminar. De hecho, se puede decir que hay dos tipos clásicos de
tales láminas: uno de ellos del tipo silíceo y el otro del tipo alumínico.
El tipo sílice se encuentra formada por un átomo de sílice rodeado de
cuatro átomos de oxígeno. La unión entre partículas se lleva a cabo
mediante un mismo átomo de oxígeno. Algunas entidades consideran
como arcillas a las partículas menores a 0.002 mm.
El tipo alumínico está formada por un átomo de aluminio rodeado de seis
átomos de oxígeno y de oxígeno e hidrogeno.
2.2.3 Caliche
El término caliche se aplica a ciertos estratos de suelo cuyos granos se
encuentran cementados por carbonatos calcáreos. Parece ser que para
la formación de los caliches es necesario un clima semiárido. La marga
es una arcilla con carbonato de calcio, más homogéneo que el caliche y
generalmente muy compacto y de color verdoso.
2.2.4 Loess
Los loess son sedimentos eólicos uniformes y cohesivos. Esa cohesión
que poseen es debida a un cementante del tipo calcáreo y cuyo color es

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generalmente castaño claro. El diámetro de las partículas de los loess
está comprendido entre 0.01 mm y 0.05 mm. Los loess se distinguen
porque presentan agujeros verticales que han sido dejados por raíces
extinguidas. Los loess modificados son aquellos que han perdido sus
características debido a procesos geológicos secundarios, tales como
inmersión temporaria, erosión y formación de nuevos depósitos. Los
loess son colapsables, aunque disminuye dicha tendencia al
incrementársele su peso volumétrico.
2.2.5 Diatomita
Las diatomitas o tierras diatomáceas son depósitos de polvo silícico,
generalmente de color blanco, compuesto total o parcialmente por
residuos de diatomeas. Las diatomeas son algas unicelulares
microscópicas de origen marino o de agua dulce, presentando las
paredes de sus células características silícicas.
2.2.6 Gumbo
Es un suelo arcilloso fino, generalmente libre de arena y que parece cera
a la vista; es pegajoso, muy plástico y esponjoso. Es un material difícil
de trabajar.
2.2.7 Teapete
Es un material pulvurento, de color café compuesto de arcilla, limo y
arena en proporciones variables, con un cementante que puede ser la
misma arcilla o el carbonato de calcio. La mayoría de las veces el origen
deriva de la descomposición y alteración, por intemperismo, de cenizas
volcánicas basálticas. También suelen encontrarse lentes de piedra
pómez dentro del teapete.
2.2.8 Suelos cohesivos y no cohesivos
Una característica que hace muy distintivos a diferentes tipos de suelos
es la cohesión. Debido a ella los suelos se clasifican en "cohesivos" y "
no cohesivos".

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Los suelos cohesivos poseen la propiedad de la atracción intermolecular,
como las arcillas. Los suelos no cohesivos son los formados por
partículas de roca sin ninguna cementación, como la arena y la grava.
3. Roca
Las rocas son agregados naturales presentes en la Tierra en masas de
grandes dimensiones. Estas rocas están formadas por uno o más
minerales. En cualquier roca pueden existir minerales principales, por los
cuales se clasifican, y otros accesorios, cuya presencia no es decisiva
para dicha clasificación. También tenemos rocas compuestas por un
solo mineral. Existen diferentes tipos de rocas que pueden ser divididas
o clasificadas en tres grandes grupos según su origen: ígneas,
metamórficas y sedimentarias.
4. BENEFICIOS DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS:
*Disminuye totalmente el riesgo de que su edificación sufra deslaves,
grietas y fallas estructurales graves.
*Los costos de cimentación se reducen considerablemente ya que son
las de mayor inversión de una edificación.
*La estructura de tu edificación será más eficiente, liviana y económica.
5. CUANDO SE DEBE REALIZAR UN ESTUDIO DE MECÁNICA DE
SUELOS
Antes de realizar cualquier tipo de construcción uno de los pasos
fundamentales es realizar un estudio característico del suelo, con el
objetivo de conocer las propiedades del mismo y como se puede
aprovechar para el uso que deseamos realiza.
6. CONSECUENCIA DE UN MAL ESTUDIO
Si la capacidad del suelo se ve minimizada en relación a la aplicación de
fuerzas, es probable que el mismo se deforme y que tenga como
consecuencia que se generen algunos acontecimientos secundarios no
determinados durante la fase del diseño del proyecto. Estas

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deformaciones secundarias pueden traer como consecuencia la
proliferación de grietas, fisuras, y en los casos verdaderamente
extremos, hasta el colapso de toda la obra. Siempre hay que observar
detenidamente mediante un estudio pertinente tanto las condiciones del
suelo como la del cimiento que trabaja como un medio de contacto entre
el suelo y la estructura. Una diferencia muy palpable entre dos
materiales distintos es la que existe entre la roca y el suelo, a pesar de
su definición en la parte natural de la corteza terrestre.