La Mecánica de Suelos IntroducciónLa corteza terrestre está compuesta por dos tipos de materiales que genéricamente se denominan roca y suelo. La mecánica de suelos como su nombre lo indica, se dedica al estudio de la segunda categoría, y naturalmente, es necesario algún índice que sirva de elemento separador para poder entender de que se trata cuando hablamos de roca y de suelo.

La Mecánica de Suelos IntroducciónEl problema no es sencillo, porque la naturaleza no da productos que se diferencien netamente, sino que dichos productos recorren toda la gama sin que exista ninguna división neta. Por eso, la separación entre suelo y roca no es fácil de hacer en la práctica.El libro de Terzaghi-Peck (Mecánica de suelos en la Ingeniería Práctica) define el suelo diciendo que es un conglomerado de partículas unidas por fuerzas cohesivas de poca potencia, y planta después el interrogante sobre cuales son las fuerzas cohesivas de poca potencia, llamando fuerzas cohesivas de poca potencia a aquellas que pueden contrarrestarse por una acción mecánica poco intensa, como ser agitación en agua. De manera que el límite de separación entre uno y otro elemento que forman la corteza no es simple.

La Mecánica de Suelos IntroducciónEn realidad, el problema no tiene mucha importancia porque, en definitiva, las leyes de la mecánica de suelos son también aplicables a las rocas que tienen poco poder cohesivo y las leyes de la mecánica de rocas son aplicables a los suelos que tienen mucho poder cohesivo, de manera que pueden utilizarse indistintamente.Por lo tanto, en Mecánica de Suelos, vamos a tratar los casos que no merecen ninguna duda, es decir, aquellos formados por elementos de la corteza terrestre que son fácilmente disgregables.

La Mecánica de Suelos IntroducciónEn ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

La Mecánica de Suelos IntroducciónTodas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, 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 determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.

La Mecánica de Suelos IntroducciónSi 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 su inutilización y abandono.

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En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la superestructura, 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 suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

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La Torre de Pisa, ejemplo de un problema originado por deformaciones importantes.

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Dique de contención de inundaciones en Estados Unidos. La mecánica de suelos es básica para comprender y estudiar la estabilidad de taludes.

La Mecánica de Suelos IntroducciónEl mecanismo primario de creación de suelos es la erosión de rocas. Todos los tipos de rocas (ígneas, metamórficas y sedimentarias) pueden ser reducidas a partículas menores para crear suelo. Los mecanismos de erosión dependen del agente, pudiendo ser físico, químico y biológico. Las actividades humanas como las excavaciones, explosiones y deposición de residuos y material pueden crear también suelos. A lo largo del tiempo geológico los suelos pueden ser alterados por presión y temperatura hasta convertirse en rocas metamórficas o sedimentarias, o volver a ser fundidos y solidificados, volviendo a ser ígneos y cerrando el ciclo de las rocas.

La Mecánica de Suelos IntroducciónLa erosión física incluye los efectos de la temperatura, heladas, lluvia, viento, impacto y otros mecanismos. La erosión química incluye la disolución del compuesto de la roca y la precipitación en forma de otro mineral. La arcilla, por ejemplo, puede formarse a través de la erosión del feldespato, que es uno de los minerales más comunes de las rocas ígneas. El mineral más común de la arena es el cuarzo, que es también un componente importante de las rocas ígneas y se le llama Óxido de silicio (IV). En resumen todos los suelos del mundo son partículas más pequeñas provenientes de las rocas. Las partículas más grandes son denominadas gravas. Si las gravas se parten en partes más pequeñas pueden convertirse en arena, de esta al limo y de este a la arcilla, que es la división más pequeña.

La Mecánica de Suelos IntroducciónDe acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, las partículas limosas tienen un rango de tamaños entre los 0,002 mm a los 0,075 mm y las partículas de arena tienen un tamaño entre 0,075 mm a 4,75 mm. Las partículas de gravas se consideran entre un rango que va de los 4,75 mm a los 100 mm y por encima de esto se denominan bloques.

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Ejemplo de horizontes del suelo: a) coluvión y suelo más alto, b) suelo residual maduro, c) suelo residual joven y d) roca erosionada.

La Mecánica de Suelos IntroducciónLos depósitos de suelo están afectados por el mecanismo del transporte y la deposición hasta su localización. Los suelos que no han sido transportados sino que provienen de la roca madre que subyace por debajo de éstos se denominan suelos residuales. El granito descompuesto es un ejemplo común de suelo residual. Los mecanismos más comunes del transporte son la acción de la gravedad, hielo, viento y agua. Los procesos eólicos incluyen las dunas de arena y los loess. El agua transporta las partículas en función de su tamaño y la velocidad de las aguas, de ahí la distribución granulométrica que aparecen en muchos ríos en función del punto donde se tome la muestra. Generalmente la arcilla y el limo se acumulan en las zonas más lentas del río, o en lagos y pantanos, mientras que las arenas y gravas se acumulan en el lecho de los ríos.

La Mecánica de Suelos IntroducciónLa erosión de los glaciares es capaz de desplazar grandes bloques de piedra y partirlos en su camino hacia la desembocadura. La gravedad también es capaz de transportar grandes cantidades de materiales desde la cima de las montañas a los valles. A estos depósitos formados en las faldas de las montañas se le denominan coluvión. El mecanismo del transporte también afecta a la forma de las partículas, por ejemplo, las partículas de los ríos suelen ser redondeadas y los coluviones suelen presentar fracturas frescas.

La Mecánica de Suelos Introducción1.1.Formación de los suelosFundamentalmente, en la formación de los suelos como descomposición de la roca madre, podemos diferenciar en grandes rasgos la Erosión o Degradación que a su vez puede ser Física como también Química.Dentro de estas acciones debemos saber que la primera solamente dará como producto granos de gravas arenas o limos, ya que para las arcillas se requiere de transformaciones químicas.Dentro de los efectos producidos por la erosión física, podemos diferenciar además dos tipos, a saber:

La Mecánica de Suelos Introduccióna) Erosión in-situa.1) Cambios de temperaturaLos efectos del sol en la superficie de la roca actuando sobre la misma durante varias horas del día, hace que la temperatura de la misma se incremente en varios grados y que dicha temperatura además penetre en la masa rocosa. Posteriormente cuando cae el sol la temperatura de la superficie baja en forma brusca, haciendo que entre la parte superficial de la misma y la parte interna, se produzcan un gradiente de temperatura que dilata la roca en distintas magnitudes generando esfuerzos internos de gran magnitud que por una acción repetitiva (varios años) fatiga a la roca y finalmente la rompe.

La Mecánica de Suelos Introduccióna.2) Crecimiento de cristalesOtra de las acciones que se producen en las rocas agrietadas, o micro fisuradas es la penetración del agua libre que luego por la acción de un cambio de temperatura puedecongelarse, provocando grandes esfuerzos de compresión en la grieta que la contiene, logrando con ello ensanchar y desgastar a las paredes de la misma.

La Mecánica de Suelos Introduccióna.3) Tensiones de la corteza terrestreOtra de las acciones que suelen ocurrir en la corteza terrestre, y que pueden derivar en la formación de partículas de menor tamaño, son todos los movimientos que se generan tales como los terremotos y que, además, provocan la formación de diaclasas, plegamientos, etc.

La Mecánica de Suelos Introduccióna.4) Efectos de la gravedadRotura y desprendimientos de macizos rocosos sin contención lateral, que son arrastrados por acción de la gravedad cayendo de alturas considerables y que por efectosdel golpe generan partículas de menor tamaño.

La Mecánica de Suelos Introducciónb) Erosión por transporteLa erosión por transporte, tiene una importancia fundamental en la formación de suelos, la misma, además, resulta como la acción repetitiva de muchos años (miles) sobre la misma partícula hasta que la misma se deposita en lo que nosotros imaginamos como disposición final y que sin duda en un futuro, tal ves muy lejano, cambiará.Dentro de la erosión por transporte podemos mencionar:- Al agua como transporte fluvial y/o marítimo.- Al viento con su acción de transporte eólico- A los glaciares con su acción de transporte y de grandes presiones

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La Mecánica de Suelos Introducciónc. Erosión química:La erosión química es la gran generadora de suelos finos y fundamentalmente de las partículas de arcilla. Dentro de este tipo de acción podemos mencionar a las siguientes:c.1) Hidratación:Resulta como consecuencia de la adición de agua a un compuesto químico para formar como conclusión otro compuesto químico, por ejemplo si a la “Anhidrita” le adicionamos agua habremos formado el yeso con un incremento de volumen de 1 a 1,6 veces y desarrollando presiones del orden de los 20 kg/cm2 si impedimos el aumento de volumen.

La Mecánica de Suelos Introducciónc.2) Hidrólisis:Es la descomposición química de una sustancia por medio del agua, se produce como efecto de que el agua libre, de los climas tropicales de intensa pluviosidad, donde las rocas están formadas fundamentalmente de Silicatos y Óxidos de Fe y Al, el agua libre afloja la ligazón con estos elementos y provoca su descomposición.

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