LA MECANICA DE SUELOS

UNIDAD 1 GENERALIDADES

¿QUE ES LA MECANICA DE SUELOS?

La mecánica de suelos es una rama de la ingeniería geológica que se encarga de estudiar las propiedades físicas del suelo con el objetivo de realizar construcciones de ingeniería civil sobre el suelo y en el suelo (excavaciones subterráneas), por tal razón es una rama estudiada tanto por ingenieros civiles, ingenieros geotécnicos e ingenieros geólogos.

IMPORTANCIA DE LA MECANICA DE SUELOS

La mecánica de suelos es importante en la construcción de edificaciones porque permite conocer las características de un suelo o roca, como su capacidad de carga, resistencia, deformabilidad al esfuerzo cortante, comprensibilidad y permeabilidad. Con esta información, se puede proponer una cimentación adecuada para una construcción en particular. El estudio de mecánica de suelos verifica las propiedades del terreno y prevé la resistencia y estabilidad de las estructuras. Los estudios de la mecánica de suelo son importantes porque permiten prever deformaciones importantes, fisuras, grietas o desplomos.

APLICACIONES DE LA MECANICA DE SUELOS EN LA INGENIERIA CIVIL 

Cimentaciones: Todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella. El problema de proyectar con éxito una cimentación es mucho más amplio que la simple fijación de tamaños para las zapatas (cimentación superficial) o la elección del número correcto y el tamaño de los pilotes (Cimentación profunda).

El suelo como material de construcción: Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de colocación y, luego, controlar su colocación en la obra. Una masa de suelo colocada por el hombre constituye un relleno o Terraplén y el proceso se suele denominar rellenado o terraplenado. Uno de los problemas más habituales en este tipo de construcción se debe a la gran diversidad de los puntos de extracción, denominados zonas de préstamo. Una parte esencial de la tarea del ingeniero es cerciorarse que las propiedades del material correspondan a las supuestas del proyecto, o modificar el proyecto durante la construcción, teniendo en cuenta cualquier diferencia entre las propiedades de la obra construida y las que se consideraron en el proyecto.

Taludes y excavaciones: Cuando la superficie del terreno no es horizontal existe una componente del peso que tiende a provocar deslizamientos del suelo. Existen muchos casos en los taludes naturales, terraplenes compactados y excavaciones, en que el ingeniero debe estudiar la estabilidad de un talud, comparando los esfuerzos tangenciales con la resistencia al corte a lo largo de una superficie de deslizamiento potencial, es decir, deberá realizar un cálculo de estabilidad.

Estructuras enterradas y de retención: Cualquier estructura construida bajo la superficie del terreno está sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en contacto con la misma. El proyecto y construcción de estructuras enterradas o de sostenimiento constituye una faceta importante de la ingeniería civil. La determinación de las fuerzas que actúan sobre una estructura enterrada no se puede hacer en forma correcta, considerando únicamente la estructura o el terreno circundante, ya que el comportamiento de aquella dependerá del comportamiento de éste. Por tanto, el ingeniero debe tener conocimientos sobre la interacción suelo-estructura para proyectar adecuadamente las estructuras sometidas a cargas de tierra.

TIPOS DE ESTRUCTURAS

Ante todo, conviene insistir en una afirmación ya asentada: un suelo nunca es un mero agregado desprovisto de organización, al contrario, sus partículas se disponen en forma organizada, siguiendo leyes naturales y según la acción de fuerzas que son susceptibles de análisis. En los suelos formados por partículas relativamente grandes (gravas y arenas) las fuerzas que intervienen para formar la estructura son conocidas y sus efectos son relativamente simples de calificar; por ello, prácticamente no hay discusión respecto al mecanismo de estructuración que, por otra parte, es verificable a simple vista. Por el contrario, en los suelos formados por partículas muy pequeñas (limos y arcillas), las fuerzas que intervienen en los procesos de estructuración son de un carácter mucho más complejo y las estructuras resultantes son sólo parcialmente verificables por métodos indirectos, relativamente complicados.

Estructura simple. Es aquella producida cuando las fuerzas debidas al campo gravitacional terrestre son claramente predominantes en la disposición de las partículas; es, por lo tanto, típica de suelos de grano grueso (gravas y arenas limpias) de masa comparativamente importante. Las partículas se disponen apoyándose directamente unas en otras y cada partícula posee varios puntos de apoyo.

Estructura panaloide. Esta estructura se considera típica en granos de pequeños tamaños (0,02 mm de diámetro o algo menores), que son arrastrados y Re depositados ya sea por el agua o por los vientos. Es típica de suelos de grano grueso (gravas y arenas limpias).

Estructura floculenta. Cuando en el proceso de sedimentación dos partículas de diámetros menores de 0,02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; así, otras partículas pueden unirse al grupo, formando un grumo con estructura similar a un panal, denominado flóculo. 

Estructura compuesta. Se considera que las estructuras anteriores rara vez se presentan puras en la naturaleza, pues la sedimentación comprende partículas de todos los tamaños y tipos, para los que rigen las leyes de la naturaleza de modo diferente.

Estructura en castillo de naipes. Algunos investigadores como Goldschmidt y Lambe han sugerido una interpretación diferente sobre la génesis de una estructura floculenta y la estructura resultante en sí. Según estas ideas, la forma laminar típica de los minerales de arcilla es fundamental en la estructuración resultante para los suelos finos. Estas investigaciones consideran la acción de las fuerzas superficiales como factor que interviene en la estructuración. 

Estructura dispersa. Algunas investigaciones modernas han indicado que una hipótesis estructural del tipo de "castillo de naipes", en la cual las partículas tienen contactos mutuos, si bien puede aceptarse como real en muchos casos quizás no es la más estable en la que pudiera pensarse.