El documento trata sobre la mecánica de suelos, abordando la estructura de la Tierra y los distintos tipos de suelos, su formación y propiedades. Se discuten los procesos de desintegración mecánica y descomposición química que generan suelos, así como las características físicas y químicas que afectan la resistencia de los mismos. Además, se analiza la distribución de las fases en el suelo y su aplicación en la ingeniería civil.

1. MECANICA DE SUELOS
Ing. Isaías Reyes Ramírez

2. INTRODUCCIÓN
La estructura de la tierra desde el exterior hacia el interior se divide en cinco partes:
ATMOSFERA
Es la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo sólido del
planeta. Tiene un grosor de más de 1.100 km.
HIDROSFERA
Se compone principalmente de océanos, comprende
todas las superficies acuáticas del mundo, como mares
interiores, lagos, ríos y aguas subterráneas.
LITOSFERA
Esta constituida por rocas, suelos y demás
constituyentes. El más abundante es el oxígeno,
seguido por el silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio,
potasio, magnesio, titanio, hidrógeno y fósforo.
ENDOSFERA
Es el denso estrato que rodea el núcleo interior de la
Tierra, se llama manto y alcanza una profundidad de
2,900 km. Los radios combinados de los núcleos interior
y exterior tienen3,500 km de longitud.
NUCLEO
Es la capa mas profunda y esta compuesta de hierro y
níquel. Se divide en núcleo interior y exterior.

3. Para definir la mecánica de suelos Karl Terzaghi (fundador y guía de la mecánica de suelos) dice: “La mecánica de
suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con
sedimentación y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas, producidas por la desintegración
mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia
orgánica”
DEFINICION DE SUELO.
Desde el punto de vista de la ingeniería, el suelo, es un aglomerado de minerales, materia orgánica y sedimentos,
relativamente sin cohesión depositado sobre el lecho de roca. Los suelos se pueden romper o disgregar fácilmente, debido
a sus constituyentes minerales o partículas orgánicas. Del que importan las propiedades físico-químicas, especialmente las
propiedades mecánicas.
AGENTES GENERADORES DE SUELOS
La corteza terrestre es atacada principalmente por el agua y el aire. Los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos:
desintegración mecánica y descomposición química.
1.- DESINTEGRACION MECANICA:
A) Intemperización de las rocas por agentes físicos Arenas
- Cambios de temperatura.
- Congelación del agua en juntas y grietas de rocas Limos
- Efectos de organismos, plantas.
Arcillas

4. AGENTES GENERADORES DE SUELOS
La corteza terrestre es atacada principalmente por el agua y el aire. Los mecanismos de ataque pueden
incluirse en dos grupos: desintegración mecánica y descomposición química.
1.- DESCOMPOSICION QUIMICA:
A) Agentes que atacan las rocas modificando su constitución mineralógica o química.
Oxidación.
- Principal agente agua Hidratación.
Carbonatación.
- Efectos químicos de la vegetación generalmente producen arcilla.

5. SUELOS RESIDUALES Y TRANSPORTADOS
1.- SUELOS RESIDUALES:
Los productos del ataque de los agentes del intemperismo pueden quedar en el lugar,
directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando lugar a suelos llamados residuales que es
aquel material proveniente de la roca que no ha sido transportado desde su localización original.
Suelo residual

6. En los suelos formados por
partículas gruesas,
los minerales predominantes son: •
Silicatos
• Feldespatos de potasio, sodio o
calcio. Micas. Olivino. Serpentina.
Los suelos gruesos se clasifican como
grava cuando más del 50% de las
partículas de la fracción gruesa tienen
tamaño mayor que 4,75.mm (malla N°4)
y como arena cuando el 50% de las
partículas o más de la fracción gruesa,
son de tamaño menor.
a su vez estos productos pueden ser
removidos, del lugar de su formación
por los agentes geológicos y
depositados en otra zona. De esta
manera se generan suelos que sobre-
yacen sobre otros estratos sin
relación directa con ellos, a este tipo
de suelo se le llama suelos
transportados.
MINERALES CONSTITUTIVOS DE
LOS SUELOS GRUESOS

7. SUELOS GRUESOS
Propiedades de los suelos gruesos.
Los suelos gruesos definen su resistencia al esfuerzo cortante en función de dos propiedades, las cuales se consideran las mas
importantes y las cuales son la Orientación de las Partículas y la Composición Granulométrica.
1.- Composición Granulométrica.
La sucesión de tamaños que presentan los suelos gruesos es de vital importancia para definir el comportamiento de los mismos, esto se
refiere a la cantidad de tamaños de sus partículas que lo componen. Un material que contiene una cantidad igual en todos sus tamaños, se
dice que tiene una buena composición granulométrica, y por consecuencia una mejor resistencia al cortante. Por otro lado, un suelo
grueso que presenta una cantidad mucho mayor de un solo tamaño de partículas o de la carencia de otros tamaños, se dice que presenta
una mala composición granulométrica, y una mala resistencia al cortante. Para que los materiales pétreos sean considerados con una
buena composición granulométrica, se requiere que su curva granulométrica quede comprendida dentro de los límites establecidos en las
zonas de especificación general, para cada uno de los materiales en particular.
2.- Orientación de las partículas.
Un suelo grueso debe tener una buena orientación de sus partículas para tener una buena resistencia al esfuerzo cortante. Cuando las
partículas de un suelo grueso presentan ángulos en su perímetro, se dice que entre mas ángulos forme en su periferia, mejor orientación
tiene la partícula. Por el contrario se dice que la partícula de un suelo entre mas redondeada este presenta una peor orientación de sus
partículas. Partícula de un agregado que forma varios ángulos en su periferia y con una buena orientación de sus partículas.( Esta
propiedad la genera el tratamiento de trituración de los agregados).

8. SUELOS FINOS
Características y estructuración de los suelos.
Minerales constitutivos de los suelos gruesos.
Un mineral, es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura interna característica determinada por un cierto
arreglo específico de sus átomos e iones. Sus propiedades físicas para identificarlos, son el color, el lustre, la tonalidad de
sus raspaduras, la forma de cristalización, la dureza, la forma de su fractura y disposición de sus planos crucero, la
tenacidad, la capacidad para permitir los rallos de luz y la densidad relativa.
En los suelos formados por partículas gruesas, los minerales predominantes son:
• Silicatos
• Feldespatos de potasio, sodio o calcio.
• Micas.
• Olivino.
• Serpentina.
• Etc
Óxidos, cuyos exponentes son:
• El cuarzo (SiO2).
• La limonita
. • La magnetita.
• El corindón.
Carbonatos, entre los que destacan:
• La calcita
• La dolomita.
Y sulfatos, cuyos principales representantes son:
• La anhidrita.
• El yeso.

9. Minerales constitutivos de las arcillas.
Los silicatos, se encuentran en las rocas ígneas y metamórficas y los agentes de descomposición química dan origen a las
arcillas.
La constitución mineralógica de las arcillas, influye en forma directa sobre su comportamiento mecánico, estas están
constituidas en su mayoría por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de
magnesio, hierro u otros metales también hidratados Estos minerales tienen casi siempre una estructura cristalina definida,
cuyos átomos se disponen en laminas. Existiendo dos variedades de tales láminas: la sílica y la alumínica. La sílica, esta
formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxigeno, disponiéndose en forma de tetraedro, los cuales se agrupan
en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxigeno entre cada dos tetraedros.

10. Las laminas aluminicas están formadas por retículas de octaedros dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxigeno alrededor, tal como
se muestra en la figura 1.2.
De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. Las caolinitas
están formadas por una lamina silícica y otra aluminica, que se superponen indefinidamente. La unión entre todas las retículas es lo suficientemente
firme para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción). En consecuencia las arcillas caoliniticas serán relativamente estables
en presencia del agua.
Las montmorilonitas están formadas por una lamina aluminica entre dos silícicas, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión entre las
retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas
eléctricas generadas por su naturaleza dipolar. Por lo que las arcillas montmoriloniticas, especialmente en presencia del agua presentaran fuerte
tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonitico originadas por la descomposición química de las cenizas volcánicas
y presentan la expansividad típica del grupo en forma particularmente aguda. Lo que las hace sumamente criticas en su comportamiento mecánico.
Estas arcillas aparecen con frecuencia en los trabajos de campo. Y en ocasiones ayudan al ingeniero en la resolución de ciertos problemas prácticos.

13. Dureza.
La dureza de un mineral se expresa por el número, que le corresponde por la comparación con la escala de Mohs.
Crucero.
Si un mineral se golpea con un objeto agudo, se rompe a lo largo de un determinado plano (plano crucero), el cual es paralelo
a la cara del cristal, por lo general la cara del crucero constituye una superficie perfectamente lisa que parece estar pulida.
Algunos minerales ofrecen lo que se llama crucero duro o difícil, el cual solo se puede determinar con la ayuda de un
microscopio.
Fractura.
La fractura de un mineral, se puede lograr mediante un golpe seco, los tipos de fractura, se denominan:
Concoidal:- Semejante a una superficie suave, cóncava o convexa.
Desigual.- Superficie áspera irregular, con salientes angulosas y redondeadas.
Astilloza.- Forma astillas en su superficie.
Mellada.- Superficie irregular, que asemeja la extremidad de una varilla de acero rota por compresión.

14. Tenacidad.
La tenacidad, es la capacidad que presenta un mineral, para resistir aplastamiento, desgarre o flexión, a este respecto, los
minerales suelen clasificarse como sigue:
Quebradizos.- Saltan en fragmentos y son fáciles de pulverizar.
Maleables.- Pueden trabajarse con martillo, hasta reducirlos a laminas delgadas.
Sectil.- Que puede cortarse en capas delgadas con una navaja.
Dúctil.- Susceptible a ser estirado en forma de hilo.
Flexible.- (Inelástico) Puede ser doblado pero no recupera su forma original.
Elástico.- Que puede doblarse, pero vuelve a su forma original cuando cesa la acción de la fuerza.
Forma cristalina.
Excepto los minerales amorfos ( que no tienen forma definida), todos los demás tienen la forma de un cristal, limitado por
varias o muchas caras.
Peso específico o densidad.
El peso especifico de un mineral, es la relación existente entre la masa de un volumen de agua a la temperatura de 4°C.
Brillo.
La mayor parte de los minerales ofrecen cierta apariencia característica (brillo) a la luz reflejada, el brillo puede ser metálico,
submetálico o no metálico.
Los brillos no metálicos, pueden dividirse como:
Vítreo.- Con apariencia de vidrio.
Grasos.- Con aspecto graso o aceitoso.
Diamantino.- Con un brillo seco, tan característico de los diamantes.
Perlado.- Con el aspecto característico(iridiscente) de las perlas.
Sedoso.- Muy semejante al matiz de la seda.
Resinoso.- Con aspecto de resina.

15. Capacidad de transmisión de la luz (Diafaneidad).
Los minerales de acuerdo a su capacidad de transmisión de la luz, se dividen en:
Transparente.- Si a su través, se pueden ver claramente objetos.
Translúcido.- Si transmite la luz, pero no permite ver los objetos a su través.
Opaco.- Si la luz no se transmite a través del mineral o de sus aristas mas finas.

16. RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS DEL SUELO
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida son las partículas
minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida1 ); la líquida por el agua (libre), aunque en el suelo pueden existir
otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros
gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.).
Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv), mientras que la fase solida
constituye el volumen de sólidos (Vs).
Se dice que un suelo está totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal
circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, la sólida y la líquida. Es importante considerar las
características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas, en un medio fluido: eso es el suelo.
Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fases sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el
análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto.
En los laboratorios de mecánica de suelos se determina fácilmente el peso de la muestra húmeda, el peso de la muestra
secada al horno, el volumen de la muestra y la gravedad específica de las partículas que conforman el suelo, entre otras.
Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de Suelos para determinar la masa de un
suelo, la magnitud de los esfuerzos aplicados al suelo por un cimiento y los empujes sobre estructuras de contención.
La relación entre las fases, la granulometría y los límites de Atterberg se utilizan para clasificar los suelos, permitiendo,
además estimar su comportamiento.
La figura 2.1 representa el esquema de una muestra
de suelo, en el que aparecen las fases principales,
así como los conceptos de su uso mas común, con
los símbolos con que se indicaran en el siguiente
Esquema.

17. Esquema de una muestra de suelo
Para identificación de los símbolos
Usados.

18. Relación
de vacíos
(e)
Porosidad
(n)
Grado de
saturación
(S)
Contenido de
humedad
(w)
Peso
especifico
(Y)
Peso
especifico
seco (Yd)
Gravedad
especifica
de solidos
(Gs)