Este documento discute los tipos y propiedades de los suelos desde una perspectiva de ingeniería civil. Explica que los suelos pueden ser residuales o transportados, y describe brevemente los procesos de formación y características de cada tipo. También cubre propiedades clave de los suelos como tamaño de grano, mineralogía, densidad y forma, las cuales son importantes para comprender el comportamiento mecánico e hidráulico del suelo y su aplicación en el diseño de estructuras.

1. © E. Pérez, 2013
CAPITULO 1. EL SUELO EN LA INGENIERÍA CIVIL
INTRODUCCIÓN
Sin duda alguna, el suelo tiene tremenda importancia en las obras de ingeniería civil, por
lo cual, la comprensión de su comportamiento es de fundamental interés para cualquier
interesado e ejercer adecuadamente esta profesión. Para lograr un buen nivel de
comprensión del complejo comportamiento del suelo, debemos comenzar conociendo de
de donde viene y como pudo ser su proceso de formación. Esto puede parecer trivial o
inútil a primera vista, sin embargo, esto puede ayudar al profesional a estimar con certeza
el comportamiento mecánico e hidráulico esperado del suelo. Este capítulo está dedicado a
discutir el origen y la formación de los suelos, así como algunos indicadores de interés, que
permitirán definir a priori criterios para el diseño de fundaciones o alguna otra estructura
geotécnica.
TIPOS DE SUELOS
La geología, una ciencia auxiliar de la ingeniería civil, clasifica los sedimentos no
consolidados en dos grandes grupos: los suelos residuales y los suelos transportados.
SUELOS RESIDUALES
Los suelos residuales son el producto de la desintegración y alteración de los componentes
minerales de la roca madre debido a los agentes climáticos, tales como la humedad, la
congelación del agua entre las grietas, la exposición solar, etc.

2. © E. Pérez, 2013
El espesor de un suelo residual puede ser desde unos cuantos centímetros hasta varios
metros, esto depende del clima y forma del terreno en la región. En zonas tropicales y
subtropicales el espesor de los sedimentos suele ser relativamente grande. Generalmente
los suelos residuales pueden ser reconocidos porque su granulometría se hace más gruesa
con la profundidad, adicional tiende a ser muy variable, conteniendo desde grandes
fragmentos, grava, arena, limo, arcilla y coloides.
La densidad y grado de cementación también suelen variar con la profundidad; las
densidades más bajas pueden encontrarse en la parte superior del suelo debido al
fenómeno de lixiviación1 . En el caso de áreas volcánicas, pueden generarse arcillas
montmoriloníticas de características expansivas. Es importante señalar que los
sedimentos residuales suelen presentar los mismos defectos estructurales que el macizo
rocoso que les dio origen como pueden ser grietas, fallas, juntas, etc.
SUELOS TRANSPORTADOS
Los suelos transportados son el producto de la acción de agentes de transporte que actúan
sobre la roca madre o el suelo original, entre los que se encuentran el viento, los ríos y la
fuerza de gravedad. Estos generan depósitos eólicos, aluviales, lacustres y marinos, de
piemonte, volcánicos resientes y glaciares.
Los sedimentos eólicos son materiales transportados por el viento a un lugar donde se
acumulan, formando dunas (p.ej. Los médanos de Coro), loess2, playas eólicas y grandes
depósitos de polvo volcánico durante las erupciones volcánicas. Los depósitos de
sedimentos eólicos son característicos de regiones áridas donde el nivel de aguas freáticas
se encuentra a gran profundidad. Pueden llegar a presentar alta a muy alta
compresibilidad. Los loess tienen la peculiaridad de cambiar sus propiedades mecánicas
ante cambios en el nivel de aguas freáticas o condiciones de filtración, sufriendo una
súbita compactación si soportan la carga de una estructura.
Los sedimentos aluviales son arrastrados y depositados por el agua en movimiento. Debido
a cambios de velocidad del agua a lo largo del cauce se van depositando los tamaños de los
1 El fenómeno de lixiviación consiste en el arrastre de sedimentos finos hacia las partes más
profundas por corrientes de agua.
2 Los loess forman depósitos de limo originados por la deposición de partículas con tamaños que
van desde los 10 a los 50 micrómetros y que son transportadas por las tormentas de polvo a lo
largo de miles de años. Es de color amarillento y carece de estratificación.

3. © E. Pérez, 2013
granos en el lecho del río en forma gradual desde los grandes fragmentos de roca, para
velocidades elevadas del agua, hasta los tamaños de granos de suelo como son gravas,
arenas, limos y arcillas. En general son bien gradados y de medianamente compactos a
muy compactos. Los sedimentos finos pueden presentar mediana compresibilidad, pero
los cuarzosos pueden tener baja a muy baja compresibilidad. Los sedimentos finos a muy
finos, como limos y arcillas, son depositados cuando el agua en movimiento sufre una
disminución de velocidad, como en los lagos, o lagunas marginales. Pueden contener
materia orgánica coloidal o pueden estar compuestos totalmente por material orgánico
como la turba. Su compresibilidad puede ser mediana a muy alta. En estos suelos es muy
importante estudiar la evolución de las deformaciones con el tiempo cuando se aplica una
carga, fenómeno conocido como consolidación.
Los depósitos de piemonte son sedimentos acumulados al pie de las montañas en su
pendiente final debido a avalanchas, deslizamientos, etc. Contienen materiales de todos
tipos y tamaño de granos, incluyendo vegetación, troncos y materia orgánica fina. Son
suelos sumamente erráticos, haciendo que su compresibilidad sea muy variable y se tenga
que determinar con gran detalle, lo mismo ocurre con la resistencia al esfuerzo cortante.
Cuando descansan en un lecho de materia orgánica en el contacto con el talud original
pueden presentar inestabilidad cuando se aplican sobrecargas en ellos.
Adicional a los mencionados existen otros tipos de depósitos, como los volcánicos ó los
glaciales, sin embargo estos se consideran fuera del alcance de esta guía de estudios.
PROPIEDADES ÍNDICES DE LOS SUELOS
En la ingeniería geotécnica, más que en cualquier otro campo de la ingeniería civil, el éxito
depende de la experiencia práctica. El diseño de un suelo de soporte o de una estructura
apoyada en el suelo se basa necesariamente en simples reglas empíricas, pero estas reglas
se pueden utilizar de forma segura sólo por los ingenieros que tiene un respaldo de
experiencia. Grandes proyectos de características inusuales pueden requerir una amplia
aplicación de métodos científicos para diseñar, pero el programa para las investigaciones
del caso no puede ser expuesto con sabiduría, ni puede interpretarse los resultados de
forma inteligente, a menos que el ingeniero encargado del diseño posea una gran cantidad
de experiencia.

4. © E. Pérez, 2013
Dado que la experiencia personal es necesariamente algo limitada, el ingeniero está
obligado a confiar al menos en cierta medida en los registros de las experiencias de los
demás. Si estos registros contienen descripciones adecuadas de las condiciones del suelo,
constituyen un almacén de información valiosa. Por consiguiente, uno de los objetivos más
importantes en los intentos de reducir los riesgos para hacer frente a los suelos ha sido
encontrar métodos sencillos para discriminar entre los diferentes tipos de suelo en una
determinada categoría. Las propiedades en la que las distinciones se basan son conocidas
como propiedades índices, y las pruebas necesarias para determinar las propiedades de
índice son las pruebas de clasificación.
La naturaleza de cualquier suelo puede ser alterado con manipulación apropiada.
Vibraciones, por ejemplo, puede transformar una arena suelta en una densa. Por lo tanto,
el comportamiento de un suelo en el campo no sólo depende de las propiedades
significativas de los constituyentes individuales de la masa del suelo, sino también de
aquellas propiedades que son debido a la disposición de las partículas dentro de la masa.
En consecuencia, es conveniente para dividir las propiedades del índice en dos clases:
propiedades de los granos del suelo y las propiedades de los agregados del suelo. La
principal de la las propiedades de los granos del suelo son el tamaño y la forma de la
granos y, en suelos arcillosos, el carácter mineralógico de los granos más pequeños. La
propiedad de agregado más significativo de suelos no cohesivos es la densidad relativa,
mientras que la de los suelos cohesivos es la consistencia.
LA FORMA
Es necesario aclarar que la “forma” de los granos sólo tiene relevancia en el caso de suelos
gruesos, donde se pueden identificar a simple vista las siguientes formas de granos: (1)
Esférica , (2) Semi-esférica , (3) Semi-angulosa , (4) Angulosa, y (5) Lajeada.
Los granos de forma esférica tienen mayor resistencia al rompimiento que un grano del
mismo material de forma angulosa. Los granos de forma lajeada tenderán a formar
“estructuras” anisotrópicas, con mayor resistencia a la conductividad hidráulica en una
dirección (p.ej. la vertical) que en otra (p.ej. la horizontal).

5. © E. Pérez, 2013
Fig. 1.1. Grado de redondez de las partículas (Pettijohn, 1949)
En la figura: A, angulosas; B, sub-angulosas; C, sub-redondeadas; E, Muy redondeadas.
LA MINERALOGÍA
Los minerales de los granos gruesos son producto de la roca madre de donde se
originaron, siendo los más comunes los silicatos (feldespato de potasio, sodio o calcio,
micas, olivino, serpentina, etc.), los óxidos (cuarzo, limonita, magnetita, corindón, etc.), los
carbonatos (calcita, dolomita, etc.) y sulfatos (anhidrita, yeso, etc.).
Los minerales de las láminas de tamaño microscópico y sub-microscópico (menos de
0.002 mm) que constituyen un suelo arcilloso se clasifican en tres grandes grupos:
caolinitas, montmorilonitas e ilitas.
Las caolinitas (del Caolín, arcilla con la que se fabrica la porcelana en China) están
formadas por una película sílica y otra alumínica que se van superponiendo hasta formar
la lámina arcillosa.

6. © E. Pérez, 2013
Fig. 1.2. Estructura de mineral arcilloso: caolinita
Las montmorilonitas (de la región de Mont Morillon, Francia) se forman por una película
alumínica por cada dos sílicas que se superponen hasta forma la lámina. Las moléculas de
agua pueden introducirse dentro de la masa de la lámina entre las películas formando lo
que se conoce como agua de placa. Las laminas montmoriloníticas tienen la propiedad de
absorber agua y consecuentemente sufrir un fuerte hinchamiento o expansión en su
presencia. La bentonita, usada para estabilizar los barrenos de exploración, es una arcilla
de este tipo.
Fig. 1.3. Estructura de mineral arcilloso: montmorilonitas
Las ilitas (Grim, R.E.) al igual que las montmorilonitas están formadas por una película
alumínica entre dos sílicas, pero con la diferencia de que forman grumos con menor
tendencia a absorber el agua, por lo que su expansividad es menor que la de las
montmorilonitas.

7. © E. Pérez, 2013
Fig. 1.4. Estructura de mineral arcilloso: ilitas
LA DENSIDAD DE SÓLIDOS
La densidad de los granos es un parámetro que no sólo funciona como una propiedad
índice, sino que también interviene dentro de los cálculos para la determinación de las
propiedades mecánicas como en el caso de la compresibilidad de los suelos.
La gravedad específica de un material dado puede definirse como la relación del peso de
un volumen dado de material y el peso de un volumen equivalente de agua destilada. En
mecánica de suelos la gravedad específica de los sólidos del suelo (normalmente referida
como la gravedad especifica del suelo), es definida por:
También expresada como,
Donde,
Gs Gravedad especifica del suelo.

8. © E. Pérez, 2013
Ws Peso de los sólidos del suelo, en gramos.
Vs Volumen de los sólidos del suelo, en cm3.
w Densidad del agua, en g/cm3.
En la siguiente tabla se proporcionan los rangos de variación de la gravedad especifica de
algunos componentes de los suelos:
Tabla 1.1 Densidades de sólidos de algunos materiales
Material Gs
Cuarzo 2.65 – 2.67
Feldespatos 2.54 – 2.76
Moscovita 2.80 – 2.90
Biotita 3.00 – 3.10
Augita 3.20 – 3.40
Hormblenda 3.20 – 3.50
Calcita 2.72
Dolomita 2.85 – 2.87
Yeso 2.32
Talco 2.70
Limonita 3.80
Magnetita 5.17
Hematina 5.20
Fragmentos de rocas 2.50 – 3.00
Arcillas (Ciudad de México, México) 2.20 – 2.50
Arcillas (Coro, Venezuela) 2.60 – 2.80
Turba 1.50 – 2.10
Para medir la densidad de sólidos en el laboratorio se hace uso del Principio de
Arquímedes, usando un matraz con una señal en su cuello llamada “marca de aforo”. Lo
anterior se explica gráficamente mediante la figura 1.5. El procedimiento descrito para
determinar la gravedad específica es aplicable para suelos compuesto de partículas con
tamaños inferiores a 4.75mm (tamiz US#4)
Fig. 1.5 Obtención de la Gravedad especifica
*La temperatura del agua es la misma en ambos casos
En donde:
Wfw Peso del matraz con agua hasta la marca de aforo

9. © E. Pérez, 2013
Ww1 Peso del agua no desplazada por los sólidos
Ww2 Peso del agua desplazada por los sólidos
Ws Peso de los sólidos
Wfsw Peso del matraz con sólidos y agua (suspensión) hasta la marca de aforo
El volumen de los sólidos es igual al peso del agua desplazada por ellos dividido entre el
peso volumétrico del agua, esto es:
Pero del diagrama anterior:
De donde:
El diagrama anterior requiere que las temperaturas en ambos casos sean las mismas,
como es muy difícil mantener siempre la misma temperatura en el laboratorio, se hace uso
de una “gráfica de calibración del matraz” en donde se dibujan los diferentes pesos del
matraz con agua hasta la marca de aforo a diferentes temperaturas, usando un
termómetro con precisión de 0.1º con graduaciones de cero a 50º. Posteriormente durante
el ensayo se mide la temperatura del frasco con la suspensión en tres posiciones: abajo, en
medio y arriba, definiéndose un promedio de las tres sí no varían en ± 0.1º.
El matraz debe estar limpio para lo cual se utiliza una mezcla al 20% de dicromato de
potasio disuelto en agua caliente, dejando enfriar la solución y mezclándola al 80% con
ácido sulfúrico. Se baña el matraz con agua bidestilada y con alcohol. Finalmente se
enjuaga el matraz con éter sulfúrico y se coloca boca abajo durante 10 minutos para
eliminar los vapores. Durante el ensayo no debe tocarse el cuello del frasco con las manos
para no adherirle grasa corporal, sino con toallas sanitas.
Para eliminar el aire contenido en el agua y en la suspensión se hace uso de un sistema de
vacío incluida una bomba de vacío, tubería, mangueras, tapones, etc., y un Baño María
graduado a diferentes temperaturas, que sirve para acelerar el proceso de succión de aire.

10. © E. Pérez, 2013
LA DUREZA
Es importante identificar el grado de dureza de los granos que component un suelo, ya que
por ejemplo los granos de una arena cuarzosa son mucho más resistentes y menos
compresibles que los granos mucho más ligeros que componen un tezontle. En la siguiente
tabla se enlista la Escala de Dureza de Mohs de los minerales:
Tabla 1.2 Escala de Dureza de Mohs
Mineral Dureza Identificación en campo
Talco 1 Marca los tejidos
Yeso 2 Se puede arañar con la una
Calcita 3 Se puede rayar con una moneda de cobre
Fluorita 4
Apatita 5 Se puede rayar con una navaja
Magnetita 6 Araña el vidrio de una ventana
Cuarzo 7 No se puede rayar con una navaja
Topacio 8
Corundo 9 No raya al diamante
Diamante 10 No raya otros diamantes