La mecánica de suelos trata de responder preguntas sobre el comportamiento de los suelos cuando son sometidos a cargas, su calidad como material de construcción, las acciones que ejercen sobre estructuras, y el análisis de la estabilidad de taludes. Estudia las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los suelos mediante ensayos in situ y de laboratorio para determinar parámetros como la cohesión y ángulo de rozamiento que se usan en modelos matemáticos.

1. Ing. Luis Segura TerronesIng. Luis Segura Terrones
INGENIERIA CIVIL
MECANICA DE SUELOS I

2. La mecánica de suelos es la
aplicación de las leyes de la
mecánica y la hidráulica a los
problemas de ingeniería que
tratan con sedimentos y otras
acumulaciones no consolidadas
de partículas sólidas, producidas
por la desintegración mecánica o
la descomposición química de
las rocas, independientemente
de que tengan o no materia
orgánica.
Terzaghi dijo:

3. I. EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.
La Mecánica de Suelos es una ciencia que trata de responder, entre
otras, a las siguientes cuestiones:
1)Comportamiento del suelo cuando es sometido a una carga externa
(resistencia del suelo, deformaciones que experimenta, distribución
interna de las tensiones, etc.)
2)Comportamiento y calidad del suelo para su uso como material de
construcción (terraplenes de carreteras, presas de materiales sueltos,
etc.)
3)Calculo de las acciones que un suelo ejerce sobre una estructura
(acciones sobre estructuras como muros de contención de tierras,
pantallas, túneles, etc.)
4)Análisis de la estabilidad de taludes naturales o artificiales como los de
presas de materiales sueltos.
I.1. INTRODUCCIÓN.

4. La consecución de estos objetivos requiere datos sobre las propiedades
físicas, químicas y mecánicas de los suelos y para ello, la Mecánica de
Suelos emplea las siguientes herramientas:
a)Realización de ensayos “in situ”
b)Sondeos y/o calicatas para la toma de muestras para su posterior
ensayo en laboratorio.
El objetivo de estas técnicas es determinar parámetros característicos
del suelo (cohesión, ángulo de rozamiento interno, módulo de elasticidad,
etc.) que empleándolos en modelos matemáticos den respuesta a los
objetivos anteriores. A este conjunto de técnicas es a lo que se denomina
“Reconocimiento y/o estudio geotécnico del terreno”.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.1. INTRODUCCIÓN.

5. La dificultad con la que nos encontraremos se debe a que el suelo tiene
dos características:
a)Variabilidad espacial de sus propiedades. Las propiedades de un suelo
pueden ser muy diferentes de un punto a otro relativamente próximos
(suelos poco homogéneos).
b)Variabilidad temporal. Como ejemplo, las arcillas en período húmedo
tienen poca resistencia pero cuando se secan tienen una resistencia
media-alta.
Estas dos características originan incertidumbre ante el comportamiento
del suelo. Para estar del lado de la seguridad se deberán usar factores
de seguridad que oscilarán entre dos y tres.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.1. INTRODUCCIÓN.

6. El suelo es la capa más superficial de la corteza terrestre, constituida por
fragmentos de roca de diferente tamaño. Esta capa puede tener hasta
varios cientos de metros y se distinguen dos capas:
La más superficial presenta una intensa actividad biológica (contiene
micro-organismos, raíces, materia orgánica, etc). Este es el suelo edáfico
y no es apto como material de construcción ni para soportar cargas
significativas. La retirada de esta capa es necesaria para construir y se
realiza mediante la operación de desbroce.
La capa más profunda está constituida por materiales totalmente inertes
y es el objeto de la
Mecánica de Suelos.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

7. El suelo procede de la fragmentación de grandes masas de rocas. Los
distintos tipos de roca son:
Ígneas: Formadas por el enfriamiento de magma. Se dan en las
proximidades de rocas volcánicas.
• De grano grueso: granito, diorita, gabro.
• De grano fino: ryolita, basalto.
• Lavas: Escorias, obsidiana.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

8.  Sedimentarias: los fragmentos de roca meteorizados son transportados
por el viento, agua o gravedad y se depositan en estratos o capas que
posteriormente son compactados y cementados. Destacan las areniscas,
conglomerados, calizas y dolomías.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

9.  Metamórficas: Se originan por la acción de altas presiones y
temperaturas sobre rocas sedimentarias o ígneas. Cabe destacar la
antracita, la cuarcita, y el gneis.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

10. A su vez, los suelos se clasifican en:
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.
a) Suelos residuales: no
han experimentado
ningún fenómeno de
transporte, es decir, se
han formado “in situ”.
Son típicos de zonas
llanas y con intensas
lluvias (trópicos).

11. b) Suelos transportados:
 Coluviales: trozos de roca que por gravedad caen por la ladera y se
depositan de una forma anárquica.
 Aluviales: se producen en las zonas medias y bajas de las cuencas de
grandes ríos donde los materiales son arrastrados por el río y son
depositados de una manera estratificada en función de su peso.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

12. Existen tres factores que influyen en el comportamiento de un suelo:
1)Naturaleza y composición mineralógica.
Los silicatos son los minerales más abundantes y forman los minerales de las
arcillas. Éstas tienen una estructura laminar en capas y presentan un déficit
de carga negativa en su superficie que es compensado por cationes positivos
adsorbidos que compensan el déficit creando una doble capa difusa.
Algunos minerales de arcilla, por su estructura laminar, pueden absorber
mucha cantidad de agua y tienen un gran poder de retención de la misma.
Este agua produce un incremento de volumen en el mineral que disminuye
drásticamente cuando se seca (retracción). Se trata, por tanto, de suelos
expansivos muy perjudiciales para la construcción porque los incrementos de
volumen no se producen de manera uniforme, es decir, se originan empujes
relativos de una zona a otra y los procesos de retracción producen
importantes asientos.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

13. Existen tres factores que influyen en el comportamiento de un suelo:
1)Naturaleza y composición mineralógica.
Por otro lado cabe mencionar los sulfatos, que son muy solubles, pudiendo
ser disueltos y arrastrados por los flujos de agua subterránea, perdiéndose
material y aumentando, consecuentemente, la porosidad. A veces se llegan a
formar oquedades pudiendo producir el colapso de una estructura.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

14. Existen tres factores que influyen en el comportamiento de un suelo:
2) Textura.
Se trata de la distribución por tamaños de las partículas de un suelo.
Siguiendo la clasificación propuesta por la American Association of State
Highway and Transportation Officials (AASHTO), éste se clasificará
dependiendo de su textura en arcilla, limo, arena, grava y cantos rodados.
La textura afecta al comportamiento del suelo porque al aumentar el tamaño
de las partículas también aumenta la resistencia de éste. La textura también
influye en la conductividad hidráulica; los materiales finos tienen baja
conductividad hidráulica.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

15. A la fracción de arenas, gravas y cantos rodados se le suele denominar
fracción gruesa y a la fracción de limo y arcilla se le denomina fracción fina.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

16. Existen tres factores que influyen en el
comportamiento de un suelo:
3) Estructura.
Es la disposición relativa de unas
partículas respecto a otras. En los
suelos granulares la estructura viene
determinada por la forma de las
partículas, mientras que en los suelos
de textura fina depende del tipo de
fuerzas que predominan.
Las partículas de los suelos de textura
gruesa pueden ser desde angulosas
hasta redondeadas, existiendo también
tipos intermedios.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO
A: Angulosas; B: Subangulosas;
C: Subredondeadas; D:
Redondeadas; E: Muy redondeadas.

17. Las partículas angulosas pueden provenir de una roca o material que no ha
sido erosionado por el agua de manera importante. Las partículas
redondeadas son cantos rodados y están en las laderas y proximidades de
los ríos. Las partículas angulares encajan mejor y tienen mayor resistencia y
mejor comportamiento que los cantos rodados.
En los suelos de textura fina, como las arcillas, la estructura viene
determinada por la fuerza predominante, pudiéndose distinguir:
Estructura dispersa: se debe a las fuerzas de repulsión y se puede explicar
diciendo que son paquetes dispuestos paralelamente. Existe anisotropía
siendo los valores de la conductividad hídrica considerablemente mayores en
la dirección de los paquetes.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

18. Estructura floculada: se asemeja a un castillo de naipes y se debe a las
fuerzas de atracción. Tiene una conductividad hidráulica y una porosidad
mayor que la estructura dispersa ya que el diámetro efectivo de los poros es
mayor. Además presenta un mayor grado de isotropía y menor densidad, sin
embargo la resistencia es menor.
I. EL SUELO COMO MATERIAL DEI. EL SUELO COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCIÓN.CONSTRUCCIÓN.
I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

19. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
a) Relaciones peso-volumen
Como se mencionó en el apartado
anterior, el suelo constituye un
sistema de varias fases. La figura
siguiente muestra un elemento
típico de suelo que contiene 3
fases diferenciables: sólida
(partículas minerales), líquida
(agua generalmente) y gaseosa
(aire o gas). La parte de la
izquierda representa las tres fases
como podrían presentarse en un
elemento de suelo natural. En la
parte de la derecha se han
separado las tres fases con el fin
de facilitar la deducción de las
relaciones entre ellas.

20. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Para desarrollar
las relaciones
Volumétricas y
gravimétricas,
separamos las
tres fases:
V: Volumen total del elemento de suelo
Vs: Volumen ocupado por las partículas de suelo
Vw: Volumen ocupado por la fase líquida (agua)
Va: Volumen ocupado por la fase gaseosa (aire)
Vv: Volumen ocupado por los huecos (fase líquida+fase
gaseosa)
W: Peso total del elemento de suelo
Ws: Peso de las partículas de suelo
Ww: Peso de la fase líquida (agua)
Wa: Peso de la fase gaseosa (aire)≈ 0

21. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Relaciones en volumen
Índice de vacios:
Porosidad:
Grado de saturación:

22. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Las relaciones entre el índice de vacíos y la
porosidad son las siguientes:

23. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Relaciones en peso:
Humedad:
Peso específico de
las partículas
sólidas:
Peso específico
del agua:
Peso específico
seco:

24. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Relaciones en peso:
Peso específico aparente:
Peso específico saturado (Vv = Vw =e)

25. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
Peso específico saturado (Vv = Vw =e)
b) Densidad o compacidad relativa
Una magnitud muy empleada para caracterizar la compacidad de un suelo
granular es la densidad relativa, definida como:

26. RELACION VOLUMETRICA Y GRAVIMETRICA
• EL peso especifico se expresa en kN/m3. Como el N es una
unidad derivada, a veces es conveniente trabajas con
densidades del suelo. La unidad SI de densidad es Kg/m3.
• Densidad • Densidad seca

27. LA MECÁNICA DE SUELOS INCLUYE:
• Teorías sobre el
comportamiento de los suelos
sujetos a cargas, basadas
en simplificaciones necesarias
dado el estado actual de la
teoría.
• Investigación de las
propiedades físicas de los
suelos.
• Aplicación del conocimiento
teórico y empírico de los
problemas prácticos.

28. Edificios
Todas las estructuras deben fundarse sobre el suelo

29. Puentes
Todas las estructuras deben fundarse sobre el suelo

30. Carreteras
Todas las estructuras deben fundarse sobre el suelo

31. Tuneles
Todas las estructuras deben fundarse sobre el suelo

32. FUNDACION ADECUADA

33. CIMENTACIONES SUPERFICIALES (ZAPATAS)

34. CIMENTACIONES PROFUNDAS

35. TIPOS DE CIMENTACIONES

36. EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

37. G R A C I A S . . . !G R A C I A S . . . !