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La mecánica de suelos es la ciencia que investiga la naturaleza y comportamiento de la masa del suelo, formada por la unión de las partículas dispersas de variadas dimensiones y constituye una especialidad de la geomecánica que engloba la mecánica de las rocas y de los suelos formados por substancias minerales y orgánicas. Por ello la mecánica de suelos difiere de la mecánica de los sólidos y la de los fluidos y corresponde a una rama aparte de la ciencia de la ingeniería. En virtud de la heterogénea variedad de los suelos, con aleatorias composiciones y diversas propiedades físico-naturales, el rol de la mecánica de suelos resulta de fundamental importancia en la ingeniaría de suelos, así como representa motivo de estudio para geólogos, hidrólogos, y todos los profesionales, técnicos y especialistas cuyo trabajo u oficio involucra el suelo. 

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La mecánica de suelos es la ciencia que investiga la naturaleza y comportamiento de la masa del suelo, formada por la unión de las partículas dispersas de variadas dimensiones y constituye una especialidad de la geomecánica que engloba la mecánica de las rocas y de los suelos formados por substancias minerales y orgánicas. Por ello la mecánica de suelos difiere de la mecánica de los sólidos y la de los fluidos y corresponde a una rama aparte de la ciencia de la ingeniería. En virtud de la heterogénea variedad de los suelos, con aleatorias composiciones y diversas propiedades físico-naturales, el rol de la mecánica de suelos resulta de fundamental importancia en la ingeniaría de suelos, así como representa motivo de estudio para geólogos, hidrólogos, y todos los profesionales, técnicos y especialistas cuyo trabajo u oficio involucra el suelo. 

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Historia de la Geotecnia - Precursores de la Ingeniería Geotécnica

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Precursores de la Mecánica de Suelos Son considerados como precursores de la mecánica de suelos, todas aquellas personas que contr...

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Todas las obras de ingeniería civil descansan, de una u otra forma, sobre el suelo, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán regidos, entre otros factores, por la conducta del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por la del suelo utilizado para conformar los rellenos. Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, o si aún sin llegar a ellos las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o a su inutilización y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquél y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en su Durante los últimos años se han estado empleando cada vez más los vocablos geotecnia y geomecánica para significar la asociación de las disciplinas que estudian la corteza terrestre desde el interés de la ingeniería civil, concurriendo a este vasto campo ciencias como la geología con sus diversas ramas y la geofísica con su división, la sismología.

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Todas las obras de ingeniería civil descansan, de una u otra forma, sobre el suelo, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán regidos, entre otros factores, por la conducta del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por la del suelo utilizado para conformar los rellenos. Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, o si aún sin llegar a ellos las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o a su inutilización y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquél y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en su Durante los últimos años se han estado empleando cada vez más los vocablos geotecnia y geomecánica para significar la asociación de las disciplinas que estudian la corteza terrestre desde el interés de la ingeniería civil, concurriendo a este vasto campo ciencias como la geología con sus diversas ramas y la geofísica con su división, la sismología.

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Como otras palabras comunes la palabra suelo tiene varios significados. Su significado tradicional se define como el medio natural para el crecimiento de las plantas. También se ha definido como un cuerpo natural que consiste en capas de suelo (horizontes del suelo) compuestas de materiales de minerales meteorizados, materia orgánica, aire y agua. El suelo es el producto final de la influencia del tiempo y combinado con el clima, topografía, organismos (flora, fauna y ser humano), de materiales parentales (rocas y minerales originarios). Como resultado el suelo difiere de su material parental en su textura, estructura, consistencia, color y propiedades químicas, biológicas y físicas.

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Es una importante asignatura del currículo de estudios de la Ingeniería Civil que se encarga de estudiar las fuerzas o cargas que son establecidas en la superficie terrestre y el comportamiento de las mismas para determinar el material aplicado y el suelo utilizado en el relleno, siendo obligatoriamente uno de los pasos preliminares, antes de levantar cualquier edificación, conocer las propiedades del suelo y como se pueden utilizar del modo más satisfactorio y económico, en función de la obra proyectada.

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el suelo es un sistema complejo formado en la capa superficial de la Tierra. Su formación es un proceso muy lento que puede durar miles de años en el que las rocas se dividen en partículas de menor tamaño mezclándose con materia orgánica en descomposición. El suelo es en sí mismo un hábitat, donde viven un nutrido grupo de microorganismos y pequeños invertebrados y además de acoge a las raíces de las plantas.

En el suelo se distinguen varias capas con diferente estructura y composición, también denominadas como horizontes. La capa más profunda u horizonte C, formado por el lecho rocoso originario, es el que confiere las características minerales al suelo. El horizonte A, el más superficial y donde enraíza la vegetación, es rico en materia orgánica. Su color es generalmente oscuro por la abundancia de materia orgánica descompuesta o humus elaborado. Entre ambos, el denominado como horizonte B formado por una mezcla de rocas y partículas de tamaño medio, carece prácticamente de materia orgánica.

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La Ingeniería de Suelos es una parte integral de cualquier tipo de trabajo de construcción en la actualidad. La comprensión de los suelos y de la Ingeniería del Suelo, ayuda a averiguar si el sitio de construcción propuesto es adecuado para los trabajos de construcción o no.
La Ingeniería de Suelos, es una corriente de  la Ingeniería Geotécnica, que trata exclusivamente de la comprensión de las características y la mecánica de suelos. La Ingeniería de Suelos ayuda a analizar la estructura y composición del suelo de la obra propuesta, contribuyendo así a la hora de decidir si vale la pena explotar el suelo de la obra en proyecto. Aparte de esto, la Ingeniería de Suelos, también se ocupa de proporcionar conceptos optimizados de diseño y técnicas de construcción de acuerdo con la composición y las propiedades físicas del suelo.
La Ingeniería de Suelos, es una disciplina especializada que también ayuda a comprender el comportamiento de los suelos y los conceptos básicos que lo rigen. Además, se ocupa de efectuar varias pruebas de suelo, que ayudan a interpretar correctamente si las condiciones del campo son seguras o inseguras para las obras de construcción y para el personal que trabaja allí.

¿Por qué Ingeniería de Suelos?

Técnicamente, el suelo es una mezcla de partículas de roca o mineral, agua y aire. Es sobre la base de estos constituyentes que las propiedades de suelo difieren de una zona a otra. Además, los diferentes tipos de suelos se comportan de forma diferente en los trabajos de construcción. El tipo de suelo para una obra de construcción tiene una enorme influencia en el diseño y los costos de la edificación que se construirá. Así, el análisis del suelo ayuda en la determinación de si será requerido trabajo adicional, para preparar el sitio de construcción.

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La Geotecnia es la rama de la Ingeniería que se ocupa del estudio de la interacción entre las construcciones y el terreno. Se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra (suelo y rocas por debajo de la superficie), con el objetivo de diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc. Por tanto, es una disciplina de la Ingeniería Civil en conjunto con la Ingeniería Geológica guardando una relación directa con el terreno.

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Los suelos de granos grueso y fino se distinguen mediante el tamizado del material por el tamiz N°. 200. Los suelos gruesos corresponden a los retenidos en dicho tamiz y los finos a los que lo pasan, de esta forma se considera que un suelo es grueso si más del 50% de las partículas del mismo son retenidas en el tamiz N°. 200 y fino si más del 50% de sus partículas son menores que dicho tamiz.

Los suelos se designan por símbolos de grupo. El símbolo de cada grupo consta de un prefijo y un sufijo. Los prefijos son las iníciales de los nombres en ingles de los seis principales tipos de suelos (grava, arena, limo, arcilla, suelos orgánicos de grano fino y turbas), mientras que los sufijos indican subdivisiones en dichos grupos.

Esta clasificación divide los suelos en:

• Suelos gruesos. Se dividen en gravas y arena, y se separan con el tamiz N° 4, de manera que un suelo pertenece al grupo de grava si más del 50% retiene el tamiz No 4 y pertenecerá al grupo arena en caso contrario.

• Suelos finos. El sistema unificado considera los suelos finos divididos entre grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas orgánicas (0). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez según su límite líquido, en dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L. Si es mayor de 50 se añade la letra H. Obteniéndose de este modo los siguientes tipos de suelos:

ML: Limos Inorgánicos de baja compresibilidad.
OL: Limos y arcillas orgánicas.
CL: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad.
CH. Arcillas inorgánicas de alta compresibilidad.
MH: Limos inorgánicos de alta compresibilidad.
OH: arcillas y limos orgánicas de alta compresibilidad.

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Clasificación de Suelos SUCS Y AASHTO (Parte 01 - SUCS) - Ejercicios

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Clasificación de Suelos SUCS Y AASHTO (Parte 01 - SUCS) - Ejercicios

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El estudio de mecánica de suelos si no es ejecutado correctamente, podría hacer colapsar a un edificio o vivienda. En toda obra de arquitectura o ingeniería moderna, ya sea viviendas o edificios, es necesaria e imprescindible la realización de un estudio de suelos. El Estudio de Mecánica de Suelos, es un documento suscrito por un especialista reconocido y acreditado en mecánica de suelos, a través del cual determina la resistencia del terreno sobre el que se desplantan las edificaciones, mismo que sirve de base para determinar el tipo de cimentación a usar. El Estudio de Suelos o Estudio Geotécnico es parte de la Mecánica de Suelos.
El estudio de suelos permite conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo, y su composición estratigráfica, es decir las capas o estratos de diferentes características que lo componen en profundidad, y por cierta ubicación de napas de agua (freáticas), si las hubiere.

El estudio de mecánica de suelo consta en general de tres etapas:

Exploración y ensayos de terreno

Ensayos de laboratorio

Elaboración de informe

Mes tras mes vemos como las constructoras construyen decenas de casas, edificios y torres residenciales. Según las normas establecidas en el sector, urbanización o residencial donde se construye es que se estima la cantidad total en pisos o las dimensiones que debe tener la estructura. En unas zonas se pueden construir edificios hasta un nivel en específico, 15 pisos por ejemplo. En otras solo se permiten 3, 4 o 5 niveles. Ahora bien, a la hora de construir cualquier edificio de altura es preciso un estudio previo del suelo, y este se hace para garantizar la estabilidad de la misma. Hoy en día las constructoras que diseñan una casa de uno o dos niveles no se preocupan por hacer un estudio previo del suelo donde se construye, ya que al ser una obra de poco peso en comparación con un edificio, y en combinación a que el estudio del suelo es una inversión costosa. Desde el momento en que construimos un edificio de más de tres niveles la Secretaría de Obras Públicas nos exige un estudio previo del sueño donde se construye, para ver si es seguro o si realmente garantiza la estabilidad de la obra. Anteriormente en nuestro país se construía sin tener en cuenta estos detalles, era por eso que veíamos tantos edificios en proceso de descline. La seguridad ante todo. Un edificio de gran altura necesita cimientos profundos, justo donde se encuentra tierra firme. Existen casos en los que el suelo está compuesto por piedras, como coralinas, mármol, granito. En este caso este tipo de suelos es el ideal para construir enormes edificios puesto a que el lecho de piedra garantiza una mayor estabilidad de la obra.

Importancia del Estudio de Suelos.

La importancia del estudio de suelos depende del tipo de proyecto que vas a realizar y de la magnitud de este; con los resultados que te arroje el estudio de suelos puedes tomar decisiones del tipo de cimentación a utilizar y hasta que profundidad debes de cimentar; dependiendo del tipo de suelo es la capacidad de soporte del suelo (resistencia del suelo) y eso se puede determinar únicamente con el estudio de suelos.

Depende del estudio de suelos, determinarás cuánto vas a gastar o cuánto vas a ahorrar en cimentación; ya que muchos proyectos en los que no se hace, resulta que cuando están ya construidos se dan cuenta que tienen hundimientos y eso carrea más costos, ya que se debe degastar mucho en reparar o tratar de estabilizar el terreno y todo por “ahorrarse unos centavos” y no hacer el estudio de suelo.

Cuando se trata de edificios, con el estudio de mecánica de suelos determinan la capacidad máxima de carga que acepta el terreno y si es suficiente por la sobrecarga del edificio.

Por otra parte el uso de la tecnología moderna y actualizada ha fijado como primera exigencia en las normas que rigen la construcción en las distintas municipalidades, la realización de estudios de suelos. El argumento de que mi vecino construyó de esta o aquella manera ya no es válido y diría peligroso y antieconómico. La incidencia del estudio de suelos en el costo total de una obra es insignificante por lo que no existen motivos para no realizarlo.
La importancia del estudio de suelos radica en que se puede lograr diseñar fundaciones técnicamente adecuadas y económicas. Por ejemplo al definir la profundidad de fundación, se logra el mínimo de volumen de excavación y de hormigón que en el caso que no exista estudio de mecánica de suelo, el ingeniero decida fundar a mayor profundidad debido a incertidumbre sobre el suelo. El caso contrario (fundar a menor profundidad que la requerida) puede resultar en asentamientos excesivos que dañen la estructura.

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Importancia del suelo en la Ingeniería Civil - Torre de Pisa

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Las arcillas son un grupo de minerales arcillosos que se generan por procesos de erosión, digénesis y meteorización y, por lo tanto, son los componentes principales de las rocas sedimentarias de grano fino llamadas lodolitas (incluidas las lutitas, limolitas y pizarras).
De hecho, las arcillas y los minerales arcillosos constituyen aproximadamente el 40% de los componentes en las rocas sedimentarias.

Además, las arcillas y los minerales arcillosos son el componente principal de los suelos.

Por lo tanto, la comprensión de las arcillas es importante desde el punto de vista de la ingeniería, ya que algunos minerales se expanden significativamente cuando se exponen al agua.

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Las arcillas se clasifican de acuerdo a su utilidad y composición en:

1. Arcillas de bola

2. Bentonita

3. Arcillas comunes y lutitas

4. Caolín

5. Paligorskita y sepiolita (hormitas)

6. Las tierras de batán

7. Arcillas refractarias

De acuerdo a su color las más comunes son:

1. Arcillas blancas

2. Arcillas verdes

3. Arcillas rojas

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Propiedades físicas y químicas de las arcillas.

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Propiedades físicas y químicas de las arcillas.

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Las características comunes de todos los minerales arcillosos se derivan de su composición química, estructura y tamaño.

Los minerales arcillosos tienen una gran afinidad por el agua. Algunos se hinchan fácilmente y pueden duplicar su grosor cuando están mojados.

La mayoría tiene la capacidad de absorber iones (átomos y moléculas con carga eléctrica) de una solución y liberar los iones más tarde cuando cambian las condiciones.

Las moléculas de agua son fuertemente atraídas por las superficies minerales arcillosas.
El proceso por el cual algunos minerales arcillosos se hinchan cuando absorben agua es reversible.

Las arcillas expansivas se expanden o contraen en respuesta a los cambios en los factores ambientales (condiciones húmedas y secas, temperatura).
La hidratación y la deshidratación pueden variar el grosor de una sola partícula de arcilla en casi un 100 por ciento.

Casas, oficinas, escuelas y fábricas construidas en suelos que contienen las arcillas expansivas pueden estar sujetas a daños estructurales causados ​​por la hinchazón estacional de la porción de arcilla del suelo.

Otra propiedad importante de los minerales arcillosos, es la capacidad de intercambiar iones, y se relaciona con la superficie cargada de los minerales arcillosos.

Los iones pueden ser atraídos a la superficie de una partícula de arcilla o absorbidos dentro de la estructura de estos minerales.

La propiedad de los minerales de arcilla que hace que los iones en solución se fijen en las superficies de arcilla o dentro de los sitios internos se aplica a todos los tipos de iones, incluidas las moléculas orgánicas como los pesticidas.

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Las arcillas expansivas son aquellas que conforman los suelos arcillosos, donde el tamaño de las partículas es inferior a 2 micras, y se caracterizan por la capacidad que de expansión (aumento de volumen) cuando absorben agua o retracción (disminución de volumen) cuando baja la humedad.

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¿Que problemas ocasionan las arcillas expansivas?

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¿Que problemas ocasionan las arcillas expansivas?

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El cambio de volumen en las arcillas expansivas, no es uniforme y no es constante, además responden a las condiciones físicas, ambientas y esfuerzos que muchas veces no se puede predecir.

Sin embargo los problemas más comunes que causan en obras de ingeniería civil son:

Generación de grietas en varias direcciones debido al asentamiento (retracción) o expansión de las arcillas.

Rotura de los elementos estructurales de una obra de construcción.

Deformación y rotura de los elementos de cimentación.

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La expansividad y retracción del suelo es característico en suelos del tipo arcilloso y es controlada por la variación de humedad en el suelo (variación de la cantidad de agua en el suelo).
La expansividad se relaciona con la cantidad de arcilla en el suelo, por lo que se emplea parámetros de caracterización de arcillas para estimar la posible expansividad de un suelo. Para ellos se considera cuatro grados de expansividad (I a IV), que además se relaciona con el contenido de finos y límite líquido.

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La expansividad del suelo corresponde al aumento de volumen que ocupa el material que conforma el suelo, causado por la absorción de agua (retención de agua en los poros), esta propiedad es característica de las arcillas expansivas.

La expansividad sucede cuando las moléculas de agua quedan atrapadas en la red cristalina, entre las cadenas de silicatos de las arcillas que se encuentran unidos por enlaces débiles, pasando a ocupar mayor volumen inicial sin que ocurra reacciones químicas.

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La retracción del suelo corresponde a la disminución del volumen que ocupa el material que conforma el suelo arcilloso, causado por la expulsión de agua.

La retracción del suelo se da por la disminución de la humedad, esto puede ocurrir por la evaporación del agua en el suelo o por drenaje lento y continuo de agua (por las raíces de las plantas, o por infiltración del agua hacia otras capas más profundas del suelo).

En ambos casos la salida del agua de las arcillas expansivas, suele ser lento, esto a largo plazo causa que las estructuras de ingeniería civil (construcción) sufran daños.

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Factores que controlan la expansividad y retracción del suelo

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Factores que controlan la expansividad y retracción del suelo

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La expansividad y retracción de las arcillas expansivas es netamente controlado por el aumento o disminución de la humedad en el suelo (o cantidad de agua que se encuentra en los poros), existen ciertos factores que controlan la humedad del suelo, por lo tanto la expansividad o retracción.

Los factores son:
Condiciones mineralógicas y de fábrica

Las arcillas están compuestas por minerales que tienen una estructura cristalina en forma de láminas, estas láminas se encuentran unidas por enlaces débiles de van der waals, lo que permite que haya bastante espacio entre las partículas de arcillas.
Además estas condiciones le da a las arcillas gran capacidad de almacenar agua (alta porosidad) pero no permite facilidad de circulación del agua.

Las arcillas expansivas además de lo mencionado, suelen tener la capacidad de absorber el agua con mayor facilidad, sin embargo igualmente no permite que el agua circule con la misma facilidad, generando problemas a futuro en las estructuras de ingeniería civil.
Las variaciones climáticas

Es así que en condiciones de lluvia habrá cantidad de agua suficiente para que las arcillas aumenten de volumen y en condiciones secas será la evaporación lo que crea la retracción del suelo.

Las arcillas expansivas son más comunes en zonas áridas, la expansión o retracción va a depender de los cambios climáticos en la zona.

La vegetación

Las raíces de las plantas pueden cambiar la humedad del suelo mientras absorben el agua que se encuentra entre los poros de las arcillas, generando retracción del suelo.
Cambios hidrogeológicos

Las arcillas son materiales poco permeables, sin embargo el agua con el tiempo circula o se infiltra hacia capas más profundas, esto causa retracción del suelo.

La infiltración también se puede dar desde capas superiores a las capas de arcillas expansivas y se crea expansión de la capa.

En ambos casos se produce cambios en el volumen de las capas de arcillas que producen daños en las obras de construcción a lo largo del tiempo.

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Mecánica de Suelos  TecNM Unidad 1 Generalidades, Tema 1.1 Formación del suelo.

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1. https://youtu.be/wxvWOyvgTEo
2. https://youtu.be/1tgYT7nG3N0
3. https://youtu.be/1tgYT7nG3N0
4. http://geotecnia-sor.blogspot.com/2012/01/historia-de-la-geotecnia-precursores-de.html