mecanica de suelos1

8/19/2019 Mecanica de Suelos1

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En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las cienciasnaturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de lacorteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1!".

Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchasde ellas, adem#s, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques yrellenos en general$ por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcionaly est%tico estar#n determinados, entre otros factores, por el desempe&o del material deasiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.

'i se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, a(n sin llegar a ellos,las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en losmiembros estructurales, quiz#s no tomados en consideración en el dise&o, productores a suvez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden

producir, en casos e)tremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción ylas del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supraestructura, han de sersiempre observadas, aunque esto se haga en proyectos peque&os fundados sobre suelosnormales a la vista de datos estadísticos y e)periencias locales, y en proyectos de mediana agran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al trav%s de una correctainvestigación de mec#nica de suelos.

Índice

• 1 *%nesis y composición de suelos

o 1.1 *%nesis

• ! Transporte

• + omposición del suelo

o +.1 -ineralogía del suelo

o +.! elación masa/suelo

• 0 Tensión efectiva y capilaridad condiciones hidrost#ticas

o 0.1 2resión total

o 0.! 2resión de poros de agua

0.!.1 ondiciones hidrost#ticas

https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciencias_naturaleshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciencias_naturaleshttps://es.wikipedia.org/wiki/Karl_von_Terzaghihttps://es.wikipedia.org/wiki/Karl_von_Terzaghihttps://es.wikipedia.org/wiki/1925https://es.wikipedia.org/wiki/1925https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_civilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Diquehttps://es.wikipedia.org/wiki/Diquehttps://es.wikipedia.org/wiki/Suelo_(ingenier%C3%ADa)https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesis_y_composici.C3.B3n_de_sueloshttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesis_y_composici.C3.B3n_de_sueloshttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesishttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesishttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Transportehttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Transportehttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Composici.C3.B3n_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Composici.C3.B3n_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Mineralog.C3.ADa_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Mineralog.C3.ADa_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Relaci.C3.B3n_masa-suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Relaci.C3.B3n_masa-suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Tensi.C3.B3n_efectiva_y_capilaridad:_condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Tensi.C3.B3n_efectiva_y_capilaridad:_condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_totalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_totalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_de_poros_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_de_poros_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciencias_naturaleshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ciencias_naturaleshttps://es.wikipedia.org/wiki/Karl_von_Terzaghihttps://es.wikipedia.org/wiki/1925https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_civilhttps://es.wikipedia.org/wiki/Diquehttps://es.wikipedia.org/wiki/Suelo_(ingenier%C3%ADa)https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesis_y_composici.C3.B3n_de_sueloshttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#G.C3.A9nesishttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Transportehttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Composici.C3.B3n_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Mineralog.C3.ADa_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Relaci.C3.B3n_masa-suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Tensi.C3.B3n_efectiva_y_capilaridad:_condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_totalhttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Presi.C3.B3n_de_poros_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos#Condiciones_hidrost.C3.A1ticashttps://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica


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0.!.! 3cción capilar

• " lasificación del suelo

o ".1 lasificación de los granos del suelo

".1.1 lasificación de arenas y gravas

".1.! 4ímites de 3tterberg

".1.+ lasificación de limos y arcillas

o ".! 5ndices relativos a la resistencia del suelo

".!.1 5ndice de liquidez

".!.! 6ensidad relativa

• 7 oca y suelo

• 8 -%todos de prospección de suelos

• 9 :%ase tambi%n

• eferencias

Génesis y composición de suelosGénesis

Tamices de laboratorio. ;na investigación sobre suelos siempre conlleva su caracterizaciónde tama&os de partículas, lo que se denomina granulometría. 4as granulometrías son b#sicas para el estudio de suelos.

El mecanismo primario de creación de suelos es la erosión de rocas. Todos los tipos derocas


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para crear suelo. 4os mecanismos de erosión dependen del agente, pudiendo ser físico,químico y biológico. 4as actividades humanas como las e)cavaciones, e)plosiones ydeposición de residuos y material pueden crear tambi%n suelos. 3 lo largo del tiempogeológico los suelos pueden ser alterados por presión y temperatura hasta convertirse enrocas metamórficas o sedimentarias, o volver a ser fundidos y solidificados, volviendo a ser

ígneos y cerrando el ciclo de las rocas.4a erosión física incluye los efectos de la temperatura, heladas, lluvia, viento, impacto yotros mecanismos. 4a erosión química incluye la disolución del compuesto de la roca y la precipitación en forma de otro mineral. 4a arcilla, por e>emplo, puede formarse a trav%s dela erosión del feldespato, que es uno de los minerales m#s comunes de las rocas ígneas. Elmineral m#s com(n de la arena es el cuarzo, que es tambi%n un componente importante delas rocas ígneas y se le llama ?)ido de silicio


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acumulan en las zonas m#s lentas del río, o en lagos y pantanos, mientras que las arenas ygravas se acumulan en el lecho de los ríos. 4a erosión de los glaciares es capaz de desplazar grandes bloques de piedra y partirlos en su camino hacia la desembocadura. 4a gravedadtambi%n es capaz de transportar grandes cantidades de materiales desde la cima de lasmonta&as a los valles. 3 estos depósitos formados en las faldas de las monta&as se le

denominan coluvión. El mecanismo del transporte tambi%n afecta a la forma de las partículas, por e>emplo, las partículas de los ríos suelen ser redondeadas y los coluvionessuelen presentar fracturas frescas.

Composición del suelo

Mineralogía del suelo

3rcillas, limos, arenas y gravas est#n clasificados por su tama&o, pero eso pueden consistiren una gran variedad de minerales. 6ebido a la estabilidad del cuarzo respecto a otras rocasminerales, es el material constituyente m#s com(n de la arena y el limo. -ica y feldespato

son otros minerales comunes presentes en arenas y limos. 4os minerales constituyentes degravas suelen ser muy similares a los de la roca madre.

4os minerales m#s comunes en las arcillas son la montmorillonita, la esmectita, la ilita y la

Baolinita. Estos minerales tienden a formar estructuras en placa con un rango entre

y y un rango de grosores entre y , y tienen una superficieespecífica relativamente grande. 4a superficie específica es definida por el ratio de #reasuperficial de partículas entre la masa de la partículas. 4os minerales de la arcilla tienen unrango de superficie específica de 1A a 1.AAA metros cuadrados por gramo. Esto hace que lasarcillas tengan unas propiedades químicas y electrost#ticas completamente distintas a la de

otros materiales.4os minerales de los suelos est#n predominantemente formados por #tomos de o)ígeno,silicio, hidrógeno y aluminio, organizados en formas cristalinas. Estos elementos >unto conel calcio, sodio, potasio, magnesio y carbono constituyen m#s del por ciento de la masasólida de 4a Tierra.

Relación masa-suelo

;n diagrama de fase de suelo indicando la masas y vol(menes del aire, sólido, líquido yhuecos.

https://es.wikipedia.org/wiki/Coluvi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzohttps://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arenahttps://es.wikipedia.org/wiki/Arenahttps://es.wikipedia.org/wiki/Limohttps://es.wikipedia.org/wiki/Limohttps://es.wikipedia.org/wiki/Micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Feldespatohttps://es.wikipedia.org/wiki/Feldespatohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttps://es.wikipedia.org/wiki/Superficie_espec%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttps://es.wikipedia.org/wiki/La_Tierrahttps://es.wikipedia.org/wiki/Coluvi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arenahttps://es.wikipedia.org/wiki/Limohttps://es.wikipedia.org/wiki/Micahttps://es.wikipedia.org/wiki/Feldespatohttps://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttps://es.wikipedia.org/wiki/Superficie_espec%C3%ADficahttps://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttps://es.wikipedia.org/wiki/La_Tierra


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Cay una gran variedad de par#metros1 usados para describir las proporciones relativas deaire, agua y sólidos en un suelo. Esta sección define estos par#metros y algunas de susinterrelaciones. 4a notación b#sica sería

, , and representa el volumen de aire, agua y sólidos en una mezcla de suelos$

, , and representa el peso del aire, agua y sólidos en una mezcla de sólidos$

, , and representa la masa del aire, agua y sólidos en la mezcla de sólidos$

, , and representa las densidades de los constituyentes


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Contenido en agua o "umedad, es el ratio de masa de agua respecto a la masa desólido. Es f#cil de medir ya que es el cociente entre la muestra natural y la muestra secadaal horno y pesada de nuevo. El procedimiento est# estandarizado por la 3'T-.

Índice de uecos, , es el ratio de volumen de huecos por el volumen de sólidos

#orosidad, , es el ratio entre el volumen de huecos y el volumen total, y est# relacionadocon el índice de huecos

Grado de saturación, , ratio entre el volumen de agua y el volumen de huecos, así unamuestra 'F1 estar# completamente h(meda y no admitir# m#s agua

6e las definiciones de arriba se pueden derivar las siguientes

Tensión efectiva y capilaridad$ condiciones idrostáticas

https://es.wikipedia.org/wiki/Porosidadhttps://es.wikipedia.org/wiki/Porosidad


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6una del desierto. En una duna no hay agua en los huecos y la tensión efectiva es igual a latensión normal siendo la presión entre los poros igual a cero.

Esquema del aparato usado para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzocortante. En la actualidad esta prueba se ha visto desplazada por las pruebas de compresióntria)ial3rtículo principal Tensión efectiva

2ara entender la mec#nica de suelos es necesario entender cómo act(an las tensionesnormales y efectivas entre las distintas fases. Di la fase líquida ni la gaseosa aportanresistencia significativa a tensión cortante. 4a resistencia de cortante del suelo proviene dela fricción y el bloqueo interno de las partículas. 4a fricción depende de las tensiones decontacto entre las partículas sólidas. 2or otro lado, las tensiones normales se distribuyen por

todo el fluido y las partículas. 3unque los poros de aire son relativamente compresibles, pero los poros llenos de agua no por lo que en caso de esfuerzo normal las partículas sereordenar#n distribuyendo toda la tensión por los fluidos, >untando a(n m#s las partículas.

El principio de tensión efectiva, introducida por Karl Terzaghi, determina que la tensiónefectiva σ' , es decir, la tensión media intergranular entre partículas sólidas puede sercalculada por una simple resta de la presión de los poros de la presión total

https://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_efectivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_cortantehttps://es.wikipedia.org/wiki/Karl_Terzaghihttps://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_efectivahttps://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_cortantehttps://es.wikipedia.org/wiki/Karl_Terzaghi


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donde σ es la tensión total y u es la presión del poro. Do es pr#ctico medir σ' directamente,así que en la pr#ctica la tensión vertical efectiva se calcula a partir de la presión de los poros y la tensión total vertical. 4a distinción entre los t%rminos de presión y tensión es

tambi%n importante. 2or definición, la presión en un punto es igual en todas las direcciones pero la tensión de un punto puede ser distinta en diferentes direcciones. En mec#nica desuelos, las tensiones y presiones de compresión se consideran positivas y las presiones detensión se consideran negativas, a la inversa de la convención utilizada en mec#nica desólidos.

#resión total

:%ase tambi%n Presión lateral del suelo

2ara condiciones a nivel de suelo, la presión vertical total en un punto, , en promedio, es

el peso de todo lo que quede por encima de dicho punto por unidad de #rea. 4a tensiónvertical ba>o una capa superficial uniforme con densidad , y grosor es por el e>emplo

donde es la acelaración debida a la gravedad, y en la unidad de masa de la capa superior.'i hay varias capas encima de distintas densidades o capas de agua se puede obtener elvalor total sumando el producto de todas las capas. 4a tensión total aumenta con elincremento de la profundidad en proporción a las densidades de las capas superiores. 2aracalcular la tensión total horizontal se tiene que acudir a otras fórmulas, basada en la tensiónvertical.

#resión de poros de agua

3rtículo principal Presión de poros de agua

Condiciones idrostáticas

Tubo capilar de agua

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_lateral_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_lateral_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_poros_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_lateral_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_lateral_del_suelohttps://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_poros_de_agua


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'i no hubiera flu>o de agua entre los poros, la presión de los poros de agua seríahidrost#tica. 4a tabla de agua o nivel fre#tico est# situada a la profundidad donde la presiónde agua es igual a la presión atmosf%rica. 2ara condiciones hidrost#ticas, la presión de aguaaumenta linearmente con la profundidad por deba>o del fre#tico.

donde es la densidad del agua, y es la profundidad por deba>o del nivel fre#tico.

%cción capilar

3gua en los contactos de los granos

6ebido a la tensión superficial el agua puede subir mediante los peque&os huecos que se producen en el suelo. 6e esta forma el agua puede ascender por encima de la tabla de agua por los peque&os poros entre las partículas de suelo. 6e hecho el suelo puede saturarsecompletamente por encima de la tabla de agua. 2or encima de la altura de saturacióncapilar, el contenido de agua en el suelo puede disminuir con la cota. 'i el agua en la zonacapilar no se est# desplazando, la presión del agua obliga al equilibrio de la ecuaciónhidrost#tica, , sin embargo es negativa por encima del nivel fre#tico. 2ortanto, las presiones hidrost#ticas del agua por encima del nivel fre#tico son negativas. Elgrosor de la zona de capilaridad depende del tama&o de las partículas del suelo, perogeneralmente, las alturas pueden variar entre centímetros


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4os ingenieros geot%cnicos clasifican los tipos de partículas del suelo en función de variose)perimentos emplo S$&SC .

&ímites de %tter'erg3rtículo principal ímites de (tter)erg

3rcillas y limos, a veces llamados Hsuelos de finosH, son clasificados en función de suslímites de 3tterberg$ los m#s usados son el 4ímite 4íquido


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Clasificación de limos y arcillas

*r#fica para clasificar suelos finos por el sistema ;''.

6e acuerdo con el 'istema ;nificado de lasificación de 'uelos, los limos y arcillas est#nclasificados en función de los valores de su índice de plasticidad y límite líquido en unagr#fica de plasticidad. 4a línea 3 de la gr#fica separa las arcillas


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4a roca es considerada como un agregado natural de partículas minerales unidas mediantegrandes fuerzas cohesivas. L se llama roca a todo material que suponga una alta resistencia,y suelo, contrariamente, a todo elemento natural compuesto de corp(sculos mineralesseparables por medios mec#nicos de poca intensidad, como son la agitación en agua y la presión de los dedos de la mano.

2ara distinguir un suelo de una roca se puede hacer uso de un vaso de precipitado con aguaen el que se introduce la muestra a clasificar y se agita. 4a desintegración del material alcabo del tiempo conduce al calificativo de suelo, consider#ndose roca en el caso de efectoscontrarios. 2or medio de la compresión se puede establecer una frontera num%rica$ si elmaterial rompe a menos de 10 BgMcmN se toma como suelo, signific#ndose que tal límite esarbitrario y que, en ocasiones, muestras que superan en el laboratorio el supradichoesfuerzo son mane>adas con los criterios de suelo.

on el paso del tiempo y debido a fenómenos de meteorización, la roca va perdiendo progresivamente su resistencia mec#nica y se transforma en suelo.

Métodos de prospección de suelos

3rtículo principal %-todos de prospección de suelos

;n estudio de mec#nica de suelos nos debe llevar a obtener un con>unto de datos que nos permita tener una me>or idea acerca de las características que presenta el suelo dondevamos a construir. Cablando de esas características lo que un ingeniero civil o el proyectista requiere son las propiedades físicas del subsuelo, para esto se deben de tomarmuestras del suelo las cuales ser#n llevadas a un laboratorio donde una persona preparadaen el tema nos reportara los datos que necesitamos. E)isten dos tipos de sondeos los

preliminares y los definitivos.

2ruebas índice en los suelos parcialmente saturados, saturados y secos ontenido dehumedad JFOMO' P1AA elación de vacíos eF:O:M:O' 2orosidad nJF:O:M:O- P1AA 2eso específico o volum%trico QFM: *rado de saturación *RJF:OM:O: P1AA 6ensidad de sólidos 'sFO'M

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