Este documento presenta una introducción a la mecánica de suelos impartida por el profesor Lucio Cruz en la Universidad del Cauca. Explica que la ingeniería de suelos es fundamental para la ingeniería civil y describe los procesos de formación, clasificación y origen de las rocas y suelos, incluyendo rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. También cubre los procesos de meteorización física y química que transforman las rocas en suelos.

1. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Mecánica de Suelos I
Escuela de Geotecnia
Prof. Lucio Cruz

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Generalidades
• La Ingenieria de suelos es fundamental para
la Ingenieria Civil, si no cabe preguntarse
que estructura terrestre no esta colocada o
cimentada sobre el suelo?, por eso la
mécanica de suelos es parte fundamental
para encontrar soluciones y usos a los
suelos.

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Origen y formación de los suelos
• Todos los suelos tienen su origen
directamente o indirectamente a partir de la
roca sólida que esta en la superficie de la
tierra o cerca de ella.
• Esto se debe a que estas rocas estan
expuestas a desintegración o
descomposicón de un origen física o
químico.

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Capas de la tierra

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• La roca madre que se convierte en suelo
puede ser de origén:
• Igneo
• Sedimentario
• Metamorfico

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Rocas Ígneas
• Formadas a partir del
enfriamiento de rocas fundidas
(magmas). Los magmas
pueden enfriar de manera
rápida en la superficie de la
Tierra fromando rocas
llamadas volcánicas o
extrusivas o cristalizar
lentamente en el interior,
originando grandes masas de
rocas llamadas plutónicas o
intrusivas. Cuando cristalizan
en grietas de la corteza forman
las rocas ígneas filonianas.

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Rocas plútonicas o intrusivas
• Las rocas plutónicas o intrusivas fueron
formadas a partir de un enfriamiento lento y
en profundidad del magma. Las rocas se
enfriaron muy despacio, permitiendo así el
crecimiento de grandes cristales de minerales
puros. Ejemplos: granito y sienita.

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Rocas volcanicas o extrusivas
• Las rocas volcánicas o extrusivas, se forman
por el enfriamiento rápido y en superficie, o
cerca de ella, del magma. se formaron al
ascender magma fundido desde las
profundidades llenando grietas próximas a la
superficie, o al emerger magma a través de
los volcanes. El enfriamiento y la solidificación
posteriores fueron muy rápidas, dando como
resultado la formación de minerales con grano
fino o de rocas parecidas al vidrio. Ejemplos:
basalto y riolita.
• Dentro de las rocas volcanicas se encuentran
tambien las denominadas efusivas o lávicas y
las explosivas o proclásticas

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• Las rocas ígneas, compuestas casi en su
totalidad por silicatos, pueden clasificarse
según su contenido de sílice. Las principales
categorías son ácidas o básicas. En el extremo
de las rocas ácidas o silíceas están el
granito y la riolita, mientras que entre las
básicas se encuentran el gabro y el basalto.
Son de tipo intermedio las dioritas y
andesitas.

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• El vidrio volcánico se llama obsidiana. Tiene color
oscuro y un brillo vítreo característico.

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• Se llaman pórfidos a las rocas que presentan grandes
cristales de un mineral envueltos en una "pasta" de
pequeños cristales de otros minerales.

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Las pegmatitas se reconocen fácilmente por presentar
grandes cristales de cuarzo, feldespatos y micas.

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Rocas Metamorficas
• formadas a partir de otras rocas que, sin llegar a
fundirse, han estado sometidas a grandes presiones
y temperaturas y se han transformado.
• El proceso metamórfico se realiza en estado sólido,
es decir las transformaciones se producen sin que la
roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas
metamórficas se caracterizan por un aplastamiento
general de sus minerales que hace que se presenten
alineados. Esta estructura característica que
denominamos foliación se ve muy bien en rocas
como las pizarras, los esquistos y los gneises.
Otras rocas metamórficas muy comunes son: el
mármol y la cuarcita.

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El metamorfismo puede ocurrir en diferentes
ambientes terrestres, por ejemplo a ciertas
profundidades las rocas sufren cambios debidos al
peso de los materiales que hay por encima y a las
grandes temperaturas. También se produce
metamorfismo en los bordes de las placas tectónicas
debido fundamentalmente a las grandes presiones
que actúan y también en los alrededores de los
magmas gracias a las grandes temperaturas
reinantes.

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• Las pizarras son arcillas metamorfizadas. Presentan
foliación muy recta, paralela y próxima. Generalmente son
oscuras y con frecuencia contienen fósiles.

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Los esquistos son rocas que han sufrido un metamorfismo
más intenso. Presentan foliación algo deformada y los fósiles
que pudiera haber en la roca original desaparecen durante el
proceso metamórfico.

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El Gneis es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy
intenso. Sus principales minerales son el cuarzo, los
feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan
orientados en bandas claras y oscuras.

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El mármol: se trata de rocas carbonatadas (como las calizas)
que han sufrido metamorfismo y presentan un aspecto
cristalino característico.

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Rocas Sedimentarias
• formadas en zonas superficiales de la corteza terrestre a
partir de materiales que se depositan formando capas o
estratos. Son detríticas si se originan a partir de trozos de
otras rocas. Químicas y orgánicas si se forman a partir
de precipitación de compuestos químicos o acumulación
de restos de seres vivos.

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Rocas Sedimentarias Detríticas
• son las formadas a partir de la sedimentación
de trozos de otras rocas después de una fase
de transporte. La clasificación de estas rocas
se basa en los tamaños de los trozos que las
componen. Las constituidas por trozos de
tamaño grande son los conglomerados, las
areniscas poseen granos de tamaño
intermedio y los limos y arcillas poseen
trozos muy pequeños.

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Conglomerado

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Arenisca

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Arcilla

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Rocas Sedimentarias químicas y
orgánicas
• son las formadas a partir de la precipitación de
determinados compuestos químicos en soluciones
acuosas o bien por acumulación de substancias de
origen orgánico. Un tipo muy común es la roca
caliza, formada en su mayor parte por restos de
organismos como corales, algas, etc. aunque
también puede originarse por precipitación de
cementos calcáreos. Las tobas calcáreas son rocas
muy porosas y con abundantes restos vegetales que
se originan en los ríos cuando el carbonato de calcio
precipita sobre la vegetación.

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Caliza

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Caliza con fosiles

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Toba cálcarea

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Formación del Suelo
• Luego de la formación de las rocas, estas
experimentan fenómenos principalmente
que dan origen a la formación del suelo:
- La desintegración física o mecánica de la
roca
- La descomposición química de la roca
- La transformación de la materia organica
A esto llamamos acción del Intemperismo o Meteorización

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Desintegración física o mecánica
de la roca
• Son los procesos que originan el rompimiento mecánico de
la roca, separandola en fragmentos cada vez mas pequeños,
pero no existen cambios químicos en ella.
Estas fuerzas pueden ser:
- Fuerzas de origen interno (insolación, desconfinamiento,
descompresión en masas rocosas, exfoliación)
- Acciones de cuña o Gelivación (Debido a minerales que
se acumulan en las grietas de las rocas, raíces)
- Fuerzas de origen externo (Agua, hielo, viento, otros
fragmentos, glaciares, colapso mécanico, gases)

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Descomposición química de la
roca
• Los procesos que originan la meteorización o
intemperización química, es la alteración de la roca debido
a modificaciones mineralogicas o químicas, inducidas por
agentes superficiales.
• Debido principalmente al oxígeno, anhídrido carbonico, el
vapor de agua y los acidos, se pueden definir los siguientes
tipos de meteorización química:
- Oxidación (Compuestos férricos, carbonatos y sulfuros)
- Solución (Bioxido de Carbono)
- Lixiviación (Lavado de cementante)
- Hidrólisis (Rompe los enlaces cristalinos H+ OH-)
- Hidratación (Aumento de volumen y hidrólisis)
- Carbonatación (CO2 Ca, Mg y Fe)

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La meteorización
• Actua con la acción de las fuerzas físicas y
químicas, pero estas a su vez dependen de:
- El clima (Lluvias, Temperaturas, y demas fact.)
- El tipo de material parenteral
- La topografía
- La vegetación
- Tiempo

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Recordando según el SUCS, la
designación de las particulas
según el tamaño
Tamaño
mínimo (mm)
Tamaño
máximo (mm)
Fragmentos-Bloques 300 -
Guijarros-Bolos 75 300
Grava 4.76 75
Arena 0.075 4.76
Limo 0.002 0.075
Arcilla - 0.002

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Definición de los horizontes de
suelo
• La evolución natural del
suelo produce una
estructura vertical
“estratificada” a la que
se conoce como perfil de
suelo, estratigrafia. Las
capas que se observan se
llaman horizontes del
suelo y su diferenciación
se debe al grado de
meteorización de la roca
madrea, a su dinámica
interna como al
transporte vertical.

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• El transporte vertical tiene dos dimensiones con distinta
influencia según los suelos:
- La lixiviación o lavado la produce el agua que se infiltra y
penetra verticalmente desde la superficie, arrastrando
sustancias que se depositan sobre todo por adsorción.
- La otra dimensión es el ascenso vertical por capilaridad,
importante sobre todo en los climas donde alternan
estaciones húmedas con estaciones secas.
• Se llama roca madre a la que proporciona su matriz mineral
al suelo. Pueden ser autóctonos alóctonos.

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Definición del nivel freatico
• Dentro de los horizontes del suelo existe un
sitio donde se encuentra agua dentro del
suelo, a esta tabla de agua la llamanos nivel
freatico.
• La definición exacta del nivel freatico es el
lugar dentro del suelo donde la presión de
agua iguala a la del suelo.

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Color de los Suelos
• Negro: Se debe principalmente al humus (Suelos
organicos). Este color se debilita cunado la
materia organica se oxida.
Hay otros que no tienen humus pero su coloración
oscura se debe al alto contenido de manganeso.
• Rojo: Debido a la presencia de oxido de hierro,
cuando no esta hidratado la coloración es rojiza,
cuando se hidrata la coloración es amarilla.
• Gris: Debido a la presencia de hierro que no a sido
oxidado, puede tener variaciones hasta el azul.
Comunes en zona planas o en hondonadas donde
el agua se acumula.

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Nombres dados al Suelo
• De acuerdo al tipo del lugar de origen de
formación:
- Suelos Residuales
- Suelos Transportados
• De acuerdo al tipo de depósito:
- Fluviales y Aluviales
- Lacustres
- Marinos
- Coluviales
- Eólicos
- Glaciales
- Suelos Orgánicos
- Materiales de Relleno

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Formación de un deposito aluvial

45. Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Coluvión