1. UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRÍAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
FACULTAD DE INGENIERÍA
!CÁLCULO PRECISIÓN Y SIMETRÍA!
ADELANTE INGENIERÍA
Docente : M.Sc. Ing. Germán Lizarazu Pantoja

2. TEMA No. 1
NATURALEZA DE
LOS SUELOS Y DE
LAS ROCAS

3. 1.1 .- INTRODUCCIÓN.
 En el estudio y aplicación de la Mecánica de suelos, así como en
fundaciones, más que en cualquier otra rama de la Ingeniería
Civil, es necesaria la experiencia para actuar con éxito.
 El proyecto de Estructuras comunes fundadas sobre suelos, o de
aquellas destinadas a retenerlas, debe necesariamente basarse
sobre métodos científicos, o en su caso sobre reglas empíricas;
pero, que en ambas situaciones pueden ser utilizadas con
propiedad por el Ingeniero que posea un bagaje suficiente de
experiencia.
 En todos los anales antiguos sobre experiencias con
fundaciones, la Naturaleza de los Suelos es descrita
simplemente con términos generales, tales como “Arena Fina”
o “Arcilla Blanda” a pesar de que las propiedades mecánicas
de dos arenas de distinto lugar son completamente diferentes.
 Del mismo modo, se puede decir que la Naturaleza de cualquier

4.  Puede ser modificada si se lo somete a tratamientos
adecuados; por ejemplo, una arena suelta puede ser
trasformada en densa si se lo vibra adecuadamente.
 Por otra parte, si examinamos un montón de arena,
observaremos que está compuesto de partículas de
diferente tamaño.
 Lo mismo sucede con todos los suelos, donde muchas
partículas son tan pequeñas que se necesitan de los
microscopios más refinados para poder verlos,
mientras que los granos grandes se los distingue
simplemente con la vista (Fig. 1y2).

5.  Fig. 1

6.  Fig.2

7. 1.2.-DEFINICIÓN DEL SUELO Y DE LA ROCA
 Hasta comienzos del siglo XX, la ciencia de la Mecánica de
Suelos se encontraba en una etapa de empirismo, en la cual
era imposible estudiar el suelo metódicamente. Recién, en
1925 Karl Terzaghi, publicó su famoso libro sobre
“Mecánica del Suelo”, en la que se demostró que los suelos
podían ser estudiados científicamente y a partir de
entonces la Mecánica de Suelos fue conocida como una
disciplina muy importante de la Ingeniería Civil.
1.2.1.- DEFINICIÓN DE SUELO
 Se puede definir el suelo desde tres puntos de vista:
 a) Para el Ingeniero Agrónomo, suelo es la substancia que
da vida a las plantas.
 b) Para el Ingeniero Geólogo, es un término que significa el
material que da vida, así como el material suelo o estrato
del cual proviene aquel.

8.  c) Para el Ingeniero Civil, suelo tiene una significación más
amplia. Se define como “cualquier material no consolidado
compuesto de distintas partículas sólidas con la inclusión de
gases o líquidos”.
 Las partículas de suelo son de diferente tamaño, en la
construcción de cimientos el tamaño máximo es de 30 cm.
de diámetro (40 Kg.).
 En el vaciado de concreto, los tamaños son diferentes,
variando de 1 ½” (3.81 cm.) a # 100 (0.149 mm.).
 Finalmente, el suelo contiene una amplia variedad de
materiales, tales como: Grava (2”=5.08 cm. a # 4 = 4.76mm.),
Arena (≤ # 4 y ≥ 200), Limo (≤ # 200 y ≥ 0.002 mm.) y Arcilla
(≤ 0.002 mm.) cuya procedencia son los depósitos glaciares,
aluviales, arcillas marinas, y la meteorización de las rocas.
Los suelos se encuentran en diferentes tipos mezclas
aisladas.

9. 1.2.2.- DEFINICIÓN DE ROCA
 La roca se define como material endurecido que para
excavarlo se necesita usar taladros , cuñas, explosivos, etc.
 Se establece como grado mínimo de Dureza la resistencia a
la compresión de 14 Kg/cm2.
 No existe una clara división entre suelo y roca, ya que existe
una serie continua de materiales, desde el suelo más suelto
hasta la roca más dura.
 La definición de roca, desde el punto de vista Ingenieril, es
complicada debido mayormente a su estructura.
 Una roca dura pero fracturada, es más fácil de excavar que
una blanda pero de un material más coherente. Además, en
la roca dura pero fracturada es necesario entibar, mientras
que la blanda puede sostenerse así misma.

10. 1.3.- DESARROLLO DE LA INGENIERÍA DE SUELOS
Y ROCA
 Hace miles de años ya existían problemas de
construcciones relacionados con el suelo, ya sea para
enterrar cadáveres, erigir montículos para ceremonias o
usar el suelo para formar ladrillos secados al sol o en los
revoques de tierra en la construcción de casas. Aun
tenemos ejemplos de presas de tierra en la India han
almacenado agua por mas de dos mil años y que las
ciudades de Babilonia fueron construidas sobre rellenos
para evitar las crecientes de los ríos. Posteriormente, ya en
la edad media, se mejoro el Arte de la construcción
relacionado con el suelo, pero los procedimientos eran por
tanteo. Recién, en el siglo XVIII, la necesidad de mejorar las
construcciones obligo a realizar estudios científicos de los
problemas del suelo.

11.  Es así que, Coulomb y Rankine desarrollaron estudios
matemáticos de la resistencia del suelo, del empuje de
tierra en los muros y para de la capacidad de carga de
las cimentaciones, deducciones estas que aun se
consideran como aceptables. Finalmente, a comienzos
del siglo XX, la necesidad de construir estructuras
gigantes y económicas a la vez, obligo destacados
Ingenieros a desarrollar nuevos métodos de análisis en
la masa de suelo. Es así que, tenemos a Fellenius en
Suecia, Kogler en Alemania, Hogentogler en
Norteamérica y sobre todo Karl Terzaghi en Europa y
Norteamérica, desde cuyo primer libro la “Mecánica
del Suelo” propició el nacimiento de una nueva rama
de la Ingeniería Civil.

12.  De esta manera y hasta nuestros días, la Mecánica del
Suelo es un instrumento indispensable para el
proyectista y una gran ayuda para el constructor que
tenga que trabajar con tierra.
 La Mecánica de Rocas es una ciencia desarrollada
paralelamente a la Mecánica de Suelos, pero que en sus
primeros tiempos solo se circunscribía a la explotación
de canteras. Luego, debido a la demanda de canto
labrados para la construcción de grandes obras
arquitectónicas y las esculturas de mármol, en épocas
de Grecia y Roma, dieron mayor importancia a esta
disciplina. Sin embargo los conocimientos adquiridos
hasta fines del siglo XIX fueron más de la experiencia
que de la ciencia.

13.  La moderna y científica Mecánica de Rocas se ha
desarrollado por las necesidades, tanto de las minas
como de la industria de la construcción, aunque su
orientación es mayor al trabajo de minas.
 El Análisis científico insiste en el comportamiento de
masas de roca relativamente rígidas entrecruzadas de
grietas, mientras que, la mecánica del suelo esta
orientada mayormente a la construcción y hace énfasis
en el comportamiento de materiales débiles y
compresibles.
 Las diferencias entre estos dos tipos de materiales es
muy leve tanto científica como prácticamente y solo
depende del punto de vista del Ingeniero Civil y del
Ingeniero Minero.

14. 1.4.- PROBLEMAS DE LA INGENIERÍA DE SUELOS
 El Ingeniero Civil, en su práctica, tiene diversos e
importantes contactos con el suelo.
 Usa al suelo tal como se encuentra en la naturaleza sin
alterarla, ya sea, como material de Fundación para
soportar edificios.
 Así mismo, usa al suelo como material de
Construcción: en los terraplenes para carreteras y
ferrocarriles, en las presas de tierra y en las subrasantes
de las carreteras y aeropuertos, etc. (ver Fig. 3,4 y 5).

15.  Fig.3

16.  Fig 4

17.  Fig.5

18. 1.5.- TIPOS DE EXPLORACIÓN DE LOS SUELOS.
 Referente a éste tema, por ser bastante amplio y al mismo
tiempo por estar en la primera lección del presente texto, solo
daremos algunas ideas de la exploración de suelos.
 El Proyecto de una fundación, de una represa, o de un muro de
sostenimiento, de una carretera o un aeropuerto, no se lo
podrá realizar satisfactoriamente a menos que se tenga un
conocimiento cabal de las propiedades físico-mecánicas del
suelo donde se va a realizar el indicado proyecto. Por lo tanto,
las investigaciones del terreno y las de laboratorio constituyen
una información valiosa y es la que se denomina: “Exploración
de los Suelos”, “Reconocimiento del Suelo”, o “Estudio del
Suelo”.
 Dentro de los tipos de exploración de suelos, podemos indicar
los siguientes:

19.  A) Método de Exploración por Pozos
 B) Método de exploración por Penetración (SPT)
 C) Método de exploración Geofísico
 D) Método de exploración por Sondeo
 A) MÉTODO DE EXPLORACIÓN POR POZOS.
 Uno de los métodos más antiguos de exploración,
constituye el método de exploración por pozos (Fig. 6 ) y
que permite una inspección y clasificación del material del
subsuelo mucho más real que otros métodos. Con éste
método, se puede observar las diferentes variaciones del
material-suelo, los espesores de los estratos, la ubicación de
la napa freática y determinar el perfil del suelo.
 Sin embargo, cuando se requiere hacer exploraciones a
profundidades mayores a cinco metros, éste método resulta
antieconómico debido a que los costos de excavación y
entibado encarecen su realización.

20.  Fig.6

21. B) MÉTODO DE EXPLORACIÓN POR PENETRACIÓN.
 En éste método existen varias formas de exploración; pudiendo
ser por:
 1) Penetrómetro Dinámico,
 Penetrómetro Estático
 2) Muestras lavadas
 3) Muestras obtenidas con taladros
 1) El Penetrómetro dinámico (Fig. 7 y 9), tiene una doble
función: el ensayo de Penetración (determinación de la
resistencia del suelo) y la toma de muestras para conocer el tipo
de suelo ensayado. Se lo utiliza en suelos libres de gravas gruesas.
 Se hinca la punta del penetrómetro (Cuchara de Terzaghi)
mediante golpes de un martinete o carga de 65 Kg. de una altura
de 75 cm. para que penetre la cuchara 30 cm. en el suelo.
 Se determina el número de golpes “N” para obtener la
penetración de 30 cm. Con cuyos resultados se obtiene la
Resistencia del suelo.

22.  Fig.7

23.  La Penetración Estática utiliza un cono con un ángulo en la
punta de 60 grados, un diámetro de 3.6 cm. un área en
proyección de 10 cm2. El cono Holandés es el penetrómetro
estático más utilizado. Éste método se utiliza más en suelos
finos, en la que la punta es hincada en el suelo ensayado a
una velocidad regulada, aplicando una presión constante
de 20 a 40 cm/minuto y luego se mide la fuerza necesaria
para producir la penetración Fig. 8.
 Éstos penetrómetros registran la resistencia en la punta,
que opone el cono al penetrar en el suelo y también la
fricción lateral.
 2) Las muestra lavadas (Fig. 10), constituyen otra forma de
explorar el subsuelo, utilizan equipos de perforación
standard y mediante agua a presión se va lavando el suelo a
medida que se introduce la tubería de perforación.
 Las muestras de suelo salen juntamente con el agua y por
su color y textura se conoce el tipo de suelo que se extrae,
además de sus espesores.

24.  Fig.8

25.  3) Las muestras obtenidas con taladros, generalmente de forma
helicoidal, son empleados para extraer muestras cohesivas con cierto
contenido de humedad. Estos suelos se adhieren a las paredes del
taladro y así poder extraer el material.
 No es aconsejable utilizar este método en terrenos granulares o suelos
no cohesivos, ver Fig. 11.
 Fig.9

26.  Fig. 1o

27.  Fig.11

28. C) METODO DE EXPLORACIÓN GEOFÍSICO.
 Este método tiene la característica de no obtener muestras del
suelo ensayado, debido a que se lo realiza en la superficie del
terreno
 En este tipo de exploración, existen dos métodos muy usados en
Ingeniería Civil:
 1.- Método Eléctrico
 2.- Método Sísmico
 1.- MÉTODO ELECTRICO
 El método eléctrico mide la Resistividad que presenta un
suelo o una roca al paso de corriente eléctrica, ya sea
continua o alterna.
 Esta resistividad se mide siguiendo la ley de Ohm y
depende del contenido de humedad, densidad, minerales y
sales que tenga el suelo. El equipo es un Galvanómetro de 4
electrodos, tal como se ve en la Fig. 12. La tabla No. 1,nos
presenta valores de resistividad de los suelos.

29.  Fig.12

30.  Tabla 1
 Tabla 2

31. 2.- MÉTODO SÍSMICO
 El método símico mide la velocidad de propagación de las
ondas sonoras a través de un suelo. Estas ondas sonoras son
producidas por golpes de un martillo o detonaciones de
explosivos.
 El método se basa en el principio de que la velocidad de
propagación de las ondas sonoras es diferente para cada
suelo o roca. El procedimiento se indica en la Fig. 13.
 En general, los suelos poco densos permiten velocidades de
propagación bajas, mientras que en rocas y suelos
compactos, las velocidades son altas.
 En la tabla No. 2 se indica valores de velocidad de
propagación para diferentes suelos y rocas.

32.  Fig.13

33. D) MÉTODO DE EXPLORACIÓN POR SONDEOS
 En este método existen dos tipos de sondeo:
 1.- Sondeos por Percusión
 2.- Sondeos por Rotación
 1.- SONDEOS POR PERCUSIÓN
 En los sondeos por percusión, se utiliza saca muestras
hincados con martinetes o cargas, tal como se realiza el
ensayo de Penetración Stándard “SPT” (Standard
Penetration Test), este método se ha explicado en el
método del Petrómetro Dinámico.
 El saca muestras puede ser del tipo de “cuchara partida” o
“cuchara de Terzaghi” o “pared delgada”, todos estos
elementos sirven para obtener muestras inalteradas.

34. 2.- SONDEOS POR ROTACIÓN
 En los sondeos por rotación, se acoplan taladros a los
equipos de perforación y se obtienen núcleos rocosos de
diferente tamaño, siendo las brocas más usadas las
denominadas “Ex, Ax, Bx y Nx” que corresponden a núcleos
de 1 3/16”, 1 ¾” y 2 1/8” respectivamente.
 Este método, para la obtención de muestras testigo o
núcleos, utiliza brocas o trépanos de tungsteno o de
diamante, ver Fig. 11.

35. 1.6.- NATURALEZA DE LA FORMACIÓN DE LOS
SUELOS
 La deformación de un suelo se puede esquematizar en un gráfico
como el que se presenta en la Fig. 14, en la que podemos apreciar
un recipiente lleno de suelo seco (a).
 Si aplicamos una carga vertical sobre el suelo seco a través de un
pistón y observamos mediante un microscopio un punto
cualquiera A, veremos que la fuerza vertical se transmite a través
del suelo; es decir, que se desarrollan fuerzas de contacto entre
partículas adyacentes.
 Por conveniencia, dividiremos estas fuerzas de contacto entre
fuerza normal N y fuerza tangencial T (b).
 Como resultado de las fuerzas actuantes, las partículas se
deforman. Esta deformación puede ser elástica y plástica, en la
que se puede ver 3 tipos de deformaciones, como se en la fig.15.
La primera deformación (a de la Fig. 15) nos conduce a un
aplastamiento y un mayor contacto entre partículas, lo que
posteriormente ocasionará el hundimiento del pistón.

36.  Fig.14 Fig.15

37.  En el caso (b de la Fig. 14), a veces las partículas son pequeñas placas
que están apoyadas sobre otros dos granos de suelo y luego debido a las
fuerzas de contacto, la placa se flexa permitiendo movimientos
relativos entre partículas adyacentes.
 En el caso (c de la Fig. 15), cuando la fuerza de corte resulta ser mayor
que la resistencia al corte, se produce un deslizamiento entre
partículas.
 La deformación total de la masa de suelo será el resultado de la
deformación de las partículas individuales y del deslizamiento de las
mismas.
 De ahí, es que podemos decir, que la primera consecuencia particulada
del suelo es: “La deformación de una masa de suelo es controlada por
interacciones entre partículas individuales, especialmente por el
deslizamiento entre partículas”. Además, sabemos que la deformación
es irreversible y no lineal, para lo que en suelos, también la relación
esfuerzo- deformación será irreversible y no lineal.