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CONTENIDO TEMÁTICO
MECÁNICA DE SUELOS I
CAPÍTULO 1: La Naturaleza del suelo
Ing. Darío Bermúdez. MSc. 2021
1.1. Introducción y definiciones del suelo.
1.2.
Suelo: Origen y formación. Suelos residuales y suelos transportados:
coluviales, eólicos, eólico-volcánicos, aluviales, lacustres, glaciares,
marinos, aluvionales, laharíticos, volcánicos, relleno artificial.
1.3. Agentes generadores y mecanismos de generación.
1.4. El suelo como material estructural: obras de tierra en Ingeniería Civil.

Unidad Curricular 1: La Naturaleza del Suelo
- Introducción:
Para diseñar una cimentación que soporte una estructura, un ingeniero
debe comprender los tipos de depósitos de suelo que soportarán la
cimentación.
Además se debe saber que el suelo en cualquier emplazamiento con
frecuencia no es homogéneo; es decir, el perfil del suelo puede variar.

- Introducción:
Por ello se requiere tener cierto conocimiento del proceso geológico en
el cual se formó el depósito de suelo en el sitio.
Juntamente con una exploración del subsuelo y el buen criterio
profesional, se constituye una parte esencial de la ingeniería y se
adquiere sólo con la práctica.

- Definiciones del suelo:
La palabra suelo se deriva del latín SOLUM que significa piso o superficie.
El suelo se define como un cuerpo natural, formado a partir de una mezcla variable
de minerales meteorizados y de materia orgánica en descomposición.
Desde el punto de vista ingenieril, suelo es definido como un agregado natural no
cementado de granos minerales y materia orgánica en descomposición, con líquido y
gas en los espacios vacíos entre las partículas que lo constituyen. El ingeniero,
compara al suelo como un material de construcción que tienen una importante
influencia en el diseño y construcción de una obra de ingeniería (Braja M. Das, 1999).

- Definiciones del suelo:
El suelo está formado por 3 fases:
-Líquida
-Sólida
-Gaseosa

- Suelo: Origen.
Durante la planificación, diseño y construcción de obras en general, a los
ingenieros les resulta útil conocer el origen del depósito de suelo sobre el
que se va a construir la estructura propuesta, ya que cada depósito presenta
características geomecánicas únicas.
La mayor parte de los suelos que cubren la superficie de la tierra están
formados por la erosión de las rocas.
Las propiedades físicas del suelo se establecen principalmente por los
minerales que constituyen las partículas del suelo y, por lo tanto, la roca de la
cual se derivó.

- Suelo: Ciclo de las rocas y origen del suelo
Los granos minerales que forman la fase sólida de un agregado de suelo
son el producto de la intemperización y la erosión de la roca. El tamaño
de los granos individuales varía en un amplio intervalo.
Muchas de las propiedades físicas del suelo son dictadas por el tamaño,
la forma y la composición química de los granos. Para entender mejor
estos factores, uno debe estar familiarizado con los tipos de roca que
forman la corteza terrestre.

Con base en su origen, las rocas se pueden dividir en tres tipos básicos:
• Ígneas,
• Sedimentarias, y
• Metamórficas.

Rocas ígneas:
Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidificación del
magma expulsado del manto de la Tierra. Después de la expulsión por
cualquier erupción volcánica o de fisura, una parte del magma fundido
se enfría en la superficie de la tierra.
A veces el magma cesa su movilidad bajo la superficie terrestre y se
enfría para formar rocas ígneas intrusivas que se llaman plutónicas.

- Suelo: Origen.
Meteorización:
La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por el intemperismo o
meteorización de varias rocas.
Hay dos tipos de intemperismo:
1) Intemperismo mecánico.
2) Intemperismo químico.
El intemperismo es la desintegración o alteración de la roca en su estado natural o
posición natural.

- Suelo: Origen.
Meteorización:
El intemperismo mecánico es un proceso mediante el cual las rocas se
descomponen en piezas cada vez más pequeñas por las fuerzas físicas sin
ningún cambio en su composición química.
Por ejemplo:
Los cambios de temperatura dan como resultado expansión y contracción de
las rocas debido a la ganancia y pérdida de calor, lo que ocasionará grietas en
las rocas.
Finalmente hojuelas y grandes fragmentos de rocas se despenden.

- Suelo: Origen.
Meteorización:
La acción de congelamiento es otra fuente de intemperismo mecánico
de las rocas. El agua puede entrar en los poros, grietas y otras aberturas
en la roca, cuando la temperatura baja, el agua se congela, por lo que
aumenta su volumen en aproximadamente 9%.
Esto da como resultado una presión hacia fuera desde el interior de la
roca. El congelamiento y descongelamiento continuo provocarán la
rotura de la masa de la roca.

- Suelo: Origen.
Meteorización:
La exfoliación es otro proceso de intemperismo mecánico mediante el cual
placas de roca se despenden de rocas grandes por medio de fuerzas físicas.
Otros agentes físicos que ayudan a desintegrar las rocas son los glaciares (de
hielo), el viento, el agua de los arroyos y ríos, y las olas del mar.
Es importante darse cuenta que, en la meteorización mecánica, rocas
grandes se descomponen en partes más pequeñas sin ningún cambio en la
composición química.

- Suelo: Origen.
Meteorización:
El intemperismo químico es un proceso de descomposición o alteración
mineral en el que los minerales originales se transforman en algo
completamente diferente.
Por ejemplo:
Los minerales comunes en las rocas ígneas son el feldespato y los minerales
ferromagnesianos.
Los productos descompuestos de estos minerales se indican a continuación:

- Suelo: Origen.
Meteorización:
El proceso de meteorización no se limita a las rocas ígneas. Como se
muestra en el ciclo de las rocas, las rocas sedimentarias y metamórficas
también se meteorizan de una manera similar.
El proceso de meteorización cambia macizos rocosos sólidos en
fragmentos más pequeños de diferentes tamaños que pueden ir desde
los cantos rodados grandes a muy pequeñas partículas de arcilla

TRABAJO GRUPAL Nº 1:
Realice una búsqueda bibliográfica y prepare una presentación en PowerPoint en
base de los siguientes minerales:
(1) Caolinita, (2) Ilita,
(3) Montmorilonita, (4) Lutita,
(5) Calcita, (6) Halita,
(7) Dolomita (8) Yeso
(9) Gabro (10) Diorita
La presentación será expuesta en la siguiente sesión de clase.
Cada grupo de trabajo será compuesto por 5 estudiantes de acuerdo a la
instrucción del docente.

- Suelo: Origen.
Transporte de productos de la meteorización:
La mayor parte del intemperismo de las rocas es una combinación del
intemperismo mecánico y del químico. El suelo producido por el
intemperismo de las rocas puede ser transportado por procesos físicos a
otros lugares. Los depósitos de suelo resultantes se denominan suelos
transportados. Si el suelo es colocado por el hombre en un sitio
determinado, se denomina relleno artificial.
Algunos suelos permanecen donde se formaron y cubren la superficie de las
rocas de las cuales se derivaron. A estos suelos se los conoce como suelos
residuales.

- Suelo: Origen.
Transporte de productos de la meteorización:
Los productos de la meteorización pueden permanecer en el mismo lugar o
pueden ser movidos a otros lugares por el hielo, el agua, el viento y la
gravedad.
Una característica importante del suelo residual es la gradación del tamaño
de partícula. Los suelos de grano fino se encuentran en la superficie y el
tamaño de grano aumenta con la profundidad.
A mayores profundidades, también se pueden encontrar fragmentos de rocas
angulares.

Rocas sedimentarias:
Los depósitos de grava, arena, limo y arcilla formados por meteorización
pueden ser compactados por presión de sobrecarga y cimentada por agentes
como el óxido de hierro, calcita, dolomita y cuarzo.
Agentes cementantes son transportados generalmente en solución por el
agua subterránea. Llenan los espacios entre las partículas y forman rocas
sedimentarias.
La roca sedimentaria puede someterse a la meteorización para formar
sedimentos o puede ser sometido al proceso de metamorfismo para
convertirse en roca metamórfica.

Rocas metamórficas:
El metamorfismo es el proceso de cambiar la composición y la textura
de las rocas (sin fusión) mediante calor y presión. Durante el
metamorfismo se forman nuevos minerales y los granos minerales son
sometidos a esfuerzos para dar una textura foliada de roca
metamórfica.
El gneis es una roca metamórfica derivada de metamorfismo regional
de alto grado de las rocas ígneas, como el granito, el gabro y la diorita.

https://www.youtube.com/watch?v=Pnn-Ig7lBjk
https://www.youtube.com/watch?v=_J450UHkTLw

- Suelo: Origen.
Depósitos de suelo en general
Hemos revisado brevemente el proceso sedimentario de las rocas y de
la formación de los suelos. Después de la meteorización el suelo
formado puede permanecer en el lugar (suelo residual) o ser
transportado por agentes naturales como los glaciares, el agua y las
corrientes de aire.
Además de los suelos transportados y residuales, hay turbas y suelos
orgánicos que se derivan de la descomposición de los materiales
orgánicos.

- Suelo: Origen.
Suelos transportados.
La desintegración y descomposición de las rocas forma un manto
suelto. Los productos de este manto son transportados por el agua, el
viento, el hielo, entre otros agentes para formar los suelos
transportados.

- Suelo: Origen.
Suelos transportados.
Los suelos transportados se pueden dividir de acuerdo al agente de transportación:
• Coluvial (transportados por gravedad)
• Aluvial (depositado por corrientes de agua).
• Depósitos lacustres (lagos).
• Glaciares (depositados por glaciares).
• Eólicos (depositados por el viento).
• Volcánicos.
• Laharíticos.
• Aluvionales (depositado por deslizamientos de tierra).
• Relleno artificial

- Suelo: Origen.
Suelos Coluviales:
También llamados suelos a gravedad, debido a que los fragmentos de
rocas angulares o subangulares de diversos tamaños caen sobre una
ladera por gravedad formando un suelo
Cruden y Varnes (1996), propusieron una escala de velocidad para el
movimiento de un suelo sobre una pendiente. Si el movimiento es
lento se denomina cedencia. Si el movimiento es repentino y rápido, se
denomina deslizamiento de tierra.

- Suelo: Origen.
Depósitos de suelo en general

- Suelo: Origen.
Suelos Coluviales:

- Suelo: Origen.
Suelos Coluviales:
Características:
Granulometría heterogénea.
El tamaño de sus granos es de muy fino a grueso.
La forma de sus granos es angulosa.
Forma depósitos completamente irregular.
No sufre desgaste por transporte.
No existe la presencia de nivel freático.
No es apto para fundaciones.

- Suelo: Origen.
Suelos Coluviales:
Los depósitos formados por la cedencia de una pendiente y los
deslizamientos de tierra se denominan coluvión.
El coluvión es una mezcla heterogénea de suelos y fragmentos de rocas
que varían de partículas de arcilla y rocas de diámetros de un metro o
más.

- Suelo: Origen.
Suelos Aluviales:
Son suelos de origen fluvial, los depósitos aluviales se derivan de la acción de
corrientes de ríos, pueden ser transportados de manera repentina de manera
transitoria o permanente.
Los suelos aluviales tienen origen debido a:
• El desmenuzamiento y desgaste de las rocas debido a la fuerza del agua.
• La erosión hídrica o desgaste de las rocas debido a la inclinación del relieve
(zonas altas).
• Sedimentación de materiales arrastrados por los ríos desde las zonas altas hacia
zonas bajas.

- Suelo: Origen.
Suelos Aluviales:
Características:
• Pueden formar terrazas.
• El tamaño va desde fino a muy grueso.
• Su forma es redondeada.
• Son suelos muy anisotrópicos.
• Tiene continuidad irregular.
• Son fuente de recursos de materiales para la construcción, generalmente
áridos.

- Suelo: Origen.
Suelos Aluviales:

Suelos Aluviales:

Suelos Aluviales:
Comportamiento de los suelos aluviales en ingeniería.
1.- De su relación con la roca parental.
Los suelos transportados presentan capas diferentes y límites bien marcados entre
unas y otras.
La fracción fina de los depósitos aluviales corresponde a partículas de limo y arcilla
que resultan de la descomposición de las rocas y que poseen tamaños menores a
0,06 mm de diámetro.
La fracción gruesa corresponde a partículas producidas por la desintegración
mecánica, poseen un tamaño mayor de 0,06 mm y están constituidas
principalmente por cuarzo o de fragmentos de roca.

Suelos Aluviales:
Comportamiento de los suelos aluviales en ingeniería.
2.- Del tratamiento de las partículas en el proceso de transporte.
 Los suelos aluviales presentan las partículas gruesas redondeadas y su textura
se vuelve muy suave al tacto.
3.- De la selección progresiva de los tamaños de las partículas.
 Las partículas finas se segregan de las gruesas y luego los depósitos se
acumulan formando capas con fragmentos de tamaño semejante.

Depósitos lacustres (lagos):
El agua de los ríos y manantiales fluye hacia los lagos. En las regiones
áridas las corrientes llevan grandes cantidades de sólidos en
suspensión.
Cuando la corriente entra en el lago las partículas granulares se
depositan en la zona formando un delta. Algunas partículas más
gruesas y las partículas más finas, es decir, limo y arcilla, son llevadas al
lago y se depositan en el fondo en capas alternas de partículas de
grano fino y de grano grueso.

Depósitos lacustres (lagos):

Depósitos glaciares:
Durante la Edad de Hielo del Pleistoceno los glaciares cubrían grandes
extensiones de la Tierra.
Los glaciares avanzaron y se retiraron con el tiempo. Durante su avance se
llevaron grandes cantidades de arena, limo, arcilla, grava y cantos rodados.
Drift es un término general que normalmente se aplica a los depósitos
establecidos por los glaciares.
Los depósitos estratificados establecidos por el derretimiento de glaciares se
denominan till.
Las características físicas de un till pueden variar de un glaciar a otro.

Depósitos glaciares:

Depósitos eólicos:
El viento es también un agente de erosión importante que conduce a la
formación de depósitos de suelo. Cuando grandes extensiones de
arena se encuentran expuestas, el viento puede arrastrar la arena a
gran distancia y volver a depositarla en otro lugar. Los depósitos de
arena arrastrada por el viento por lo general toman la forma de dunas.
Por ejemplo: las dunas de arena que se forman en el desierto del
Sahara en Egipto.

Propiedades:
La granulometría de la arena en un lugar en particular es
sorprendentemente uniforme. Esta uniformidad se puede atribuir a la
acción de clasificación del viento.
El tamaño de grano en general disminuye con la distancia desde la
fuente, debido a que el viento lleva las pequeñas partículas más lejos
que las grandes.

Depósitos marinos:
Se llama de ésta manera a todos los sedimentos
depositados por debajo del tren de olas. se
clasifican según el tamaño de las partículas que los
componen y el modo en que se depositaron. desde
la costa hacia las zonas profundas la serie se
compone: gravas (grueso) arena gruesa- arenas
finas y muy finas- pelitas (limos y arcillas) y
precipitados químicos de carbonatos. los primeros
se depositan por gravedad, las arcillas por
floculación y los carbonatos por precipitación.

Depósitos aluvionales:
Son materiales transportados producto de deslaves o movimiento de
tierra, rocas, escombros, árboles, entre otros. Los materiales forman
una masa homogénea (lodo) el cual se deposita en sitios de valle
cuando el aluvión pierda la capacidad de transporte.

Depósitos aluvionales:

Depósitos volcánicos ó piroclásticos:
Los piroclastos de caída son fragmentos expulsados al aire por un
centro eruptivo y que, o bien se depositan siguiendo trayectorias
balísticas, o bien son transportados por las columnas eruptivas y el
viento, hasta depositarse como una lluvia de material volcánico.
Cuando los materiales piroclásticos se mezclan con agua se denominan
depósitos Laharíticos.

Depósitos volcánicos ó piroclásticos:

Relleno artificial:
Se refiere a materiales pétreos que se usan principalmente para
mejorar, nivelar o elevar la superficie del terreno o mejorar las
condiciones mecánicas de un determinado suelo.
Los rellenos artificiales son creados por el hombre.

Relleno artificial:

Suelo orgánico:
Los suelos orgánicos se encuentran generalmente en zonas bajas donde
el nivel freático está cerca o por encima de la superficie del suelo.
La presencia de un alto nivel freático ayuda en el crecimiento de las
plantas acuáticas que, al descomponerse, forman el suelo orgánico.
Este tipo de depósito generalmente se encuentra en las zonas costeras
y en las regiones glaciares.

Suelo orgánico:
Los suelos orgánicos muestran las siguientes características:
• Su contenido de humedad natural puede variar de 200 a 300%.
• Son altamente compresibles.
• Las pruebas de laboratorio han demostrado que, bajo cargas, se derivan
grandes asentamientos a partir de la consolidación secundaria.

Suelo orgánico:

El suelo como material estructural: obras de tierra en Ingeniería Civil.
El suelo como material estructural:
Tradicionalmente se ha acostumbrado creer que el suelo es un agregado de
partículas sólidas inorgánicas y orgánicas, que no tienen ninguna
organización.
Sin embargo se ha comprobado que este material tiene una organización
definida, adquirida a través del tiempo, y propiedades mecánicas que varían
vectorialmente o sea en las tres dimensiones del espacio, siendo la dirección
vertical (eje z), aquella en la cual varían mucho más rápidamente.

El suelo como material estructural:
El terreno le sirve de
cimentación para soportar
estructuras y terraplenes;
emplea el suelo como
material de construcción
para la retención o
sostenimiento del terreno
en excavaciones y
cavidades subterráneas.
Se denomina terraplén a la tierra con
que se rellena un terreno para
levantar su nivel y formar un plano de
apoyo adecuado para hacer
una obra.

La utilización del suelo
para la construcción de
obras civiles
Como material de
construcción (materia
prima para la obra).
Como material de soporte
para la construcción de obras
civiles.
Ha tomado las más diversas
formas, las mismas que pueden
agruparse en dos categorías
principales:

Como material de construcción (Materia prima para la obra):
El suelo constituye el material más fácilmente disponible en cualquier lugar y
por consiguiente es de menor costo:
Ejemplos
Pared soportante
construida con adobes
Tapial Relleno o un terraplén

■ Como material de soporte para
la construcción de obras civiles
Obras a
través del
suelo
Obras en el
Suelo
Obras sobre
el Suelo
El suelo sustenta la nueva
obra, para lo cual dispone
de propiedades mecánicas
preexistentes.

El suelo como material estructural: obras de
tierra en Ingeniería Civil.
Obras a través del suelo (Es decir, en su interior):
Es el caso de un túnel fabricado dentro de la
masa del suelo atravesando con algún fin
especifico. Conducción de
Agua
Alcantarillado
Obras
Hidroeléctricas

Obras en el suelo (Es decir en su superficie):

Obras sobre el Suelo
Las cargas que transmite la cimentación a las
capas del terreno causan tensiones,
deformaciones en la capa del terreno soporte.
Es distribuir las cargas del edificio, dispersándolas
en el suelo, de modo los materiales que los
sostienen tengan suficiente fuerza y rigidez para
soportarlas sin sufrir deformaciones, las
características de los suelos o terrenos sobre
los que se construye influyen en la selección del
tipo y tamaño de los cimientos usados
Cimentación Profunda
Cimentación Superficial o directas
Su función
Cimentación

Cimentación:
Es un grupo de elementos estructurales y su misión es transmitir las cargas de la
estructura o elementos apoyados al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen
su presión admisible ni produzcan cargas zonales.
Los propósitos de una cimentación son:
• Ser suficientemente resistentes para no romper por cortante.
• Soportar esfuerzos de flexión que produce el terreno, para lo cual se dispondrán
armaduras en su cara inferior.
• Flexibles, acomodarse a posibles movimientos del terreno.
• Soportar las agresiones del terreno y del agua y su presión, si las hay.

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