Origen y formación de los suelos

Fig 1.1 El globo terrestre Fuente: Bowles, 1982
Fig 1.1 El globo terrestre Fuente: Bowles, 1982
CAPITULO
ff
INTRODUCCIÓN
1.1 SUELOS: ORIGEN Y FORMACIÓN
De acuerdo con las teorías
geológicas generalmente aceptadas,
la Tierra se formó hace alrededor de
4.500 millones de años, como
producto de la condensación de una
gigantesca bola de gases y
escombros cósmicos. El enfriamiento
de esta masa dio lugar a la formación
de la atmósfera, la hidrosfera y la
litosfera. La atmósfera es la envoltura
gaseosa que rodea a la hidrosfera
(océanos, mares y lagos) y a
la litosfera (continentes e islas).
En un esquema simple el
globo terrestre, Figura 1.1, está
constituido por un núcleo central
metálico de aproximadamente 3500
Km. de diámetro, formado predominantemente por compuestos de hierro y níquel, razón por la
cual se lo ha denominado Nife. De conformidad con los estudios realizados, se estima que el
peso unitario de los materiales que componen este núcleo es considerablemente superior al de
las capas más superficiales, mayor a 10 g
/cm
3
. Las altas presiones y temperaturas a las que está
sometido, así como la ausencia de rigidez determinada en estudios sísmicos, han llevado a la
conclusión que se encuentra en estado fluido.
Rodeando al núcleo se encuentra otra capa fluida, la segunda de adentro hacia afuera,
denominada manto o magma, con un espesor de aproximadamente 2900 Km. y con un peso
unitario menor, que oscila entre 3 y 8 g
/cm
3
. Este material, a diferencia de aquel que constituye la
primera capa, puede ser observado a simple vista, durante las erupciones volcánicas.
Al enfriarse y solidificarse la parte más superficial del manto, se formó la tercera capa,
la corteza terrestre, que flota sobre el magma, más denso. Está constituida por grandes
masas heterogéneas de materia mineral sólida llamada roca, con depresiones ocupadas por
mares y océanos. Se aceptan para esta capa espesores entre 5 y 40 Km., en las plataformas
continentales. El peso unitario es decreciente hacia la superficie, con la mayor cantidad de
valores variando en un estrecho rango entre 2.5 y 3.0 g
/cm
3
.
Finalmente, la acción de los agentes atmosféricos sobre la parte más superficial de la
corteza terrestre, ha dado lugar a la formación de una delgada capa superficial llamada suelo.
Este proceso conocido como meteorización, ocasionó la disgregación y descomposición de la
roca superficial produciendo una acumulación de materiales sin cementación o muy poco
cementados, cuyo espesor varía generalmente entre 0 (roca aflorante) y 1000 m. Esta capa
normalmente se encuentra en estado sólido, aun cuando conforme se describirá más adelante,
incluye líquidos y gases en su masa, y tiene pesos unitarios menores, variables entre 1.1 y 2.4
g
/cm
3
, con un promedio de 1.7 g
/cm
3
.
1
UNO

Fig 1.2 El ciclo roca-suelo Fuente: Bowles, 1982
En Geología se clasifica
las rocas en tres grupos
básicos: ígneas, sedi-
mentarias y meta-
mórficas. Las rocas
ígneas son aquellas
formadas por el
enfriamiento del magma
fundido. La
meteorización de la
corteza terrestre dio
lugar a la formación de
productos sueltos que se
sedimentaron en su
superficie. Las rocas
sedimentarias, enton-
ces, se originaron en
dichos sedimentos
endurecidos ya sea por el
peso de los sedimentos superiores, por la cementación, o por ambos.
* Tiempo estimado antes del presente (A.P.), en millones de años.
Tabla 1.1 Escala del tiempo geológico Fuente: Bowles, 1982
2

Fig 1.3 Prevalencia de las rocas Fuente: Adaptado de Bowles (1982)
La historia geológica (Tabla 1.1) revela que la Tierra está cambiando continuamente, de
manera que levantamientos y otros movimientos de la corteza permitieron sedimentación
adicional y presiones que facilitaron el endurecimiento y consolidación o por el contrario
expusieron los sedimentos, solos o con rocas ígneas o sedimentarias subyacentes, a un nuevo
proceso de meteorización.
En los sitios en los cuales los movimientos de la corteza originaron calor e incremento
de presiones, se produjo la metamorfosis de algunas rocas ígneas o sedimentarias originando
las rocas metamórficas. Los movimientos posteriores de la corteza expusieron estas rocas a
una nueva meteorización o, en condiciones geológicas adecuadas y a suficiente profundidad,
se transformaron nuevamente en magma fundido para reiniciar el ciclo roca - suelo, Figura
1.2.
En conclusión, este ciclo roca – suelo, constituye un constante hacer y deshacer,
proceso continuo sin puntos definidos de comienzo y terminación. Las obras de ingeniería son
solo un proceso más que se suman al ciclo, insignificante dentro de la totalidad del conjunto,
pero que a veces, si no se aplican las técnicas adecuadas, puede ser localmente drástico o aun
catastrófico.
En la
Tierra, la corteza
consta aproxima-
damente de 95%
de rocas ígneas y
solo 5% de rocas
sedimentarias y
metamórficas. Sin
embargo de las
rocas expuestas a
la meteorización
superficial, un
75% son rocas
sedimentarias y
de éstas alrededor
del 22% corres-
ponde a calizas y
dolomitas
(Bowles, 1982),
como puede verse
en la Figura 1.3.
La
evidencia geológica disponible indica que el registro sedimentario es del orden de 5000 a 6000
m de profundidad. Esto significa que se ha desarrollado una meteorización suficiente para
depositar un espesor de sedimentos de similar magnitud sobre gran parte de la superficie
terrestre. Si no se hubieran producido levantamientos y otros movimientos de la corteza, esta
profundidad hubiera reducido la superficie de la tierra en tal forma que una capa de agua
cubriría enteramente su superficie. Como gran parte de los sedimentos primitivos se
convirtieron en rocas sedimentarias desde ya hace mucho tiempo, el material no consolidado
es de mucho menor espesor, con un máximo aproximado de 1000 m, y normalmente bastante
menos que ese valor (Bowles, 1982).
1.2 DEFINICIONES
1.2.1 Suelo
De conformidad con lo indicado en el numeral anterior se puede definir al suelo como
la capa superficial de la Tierra, formada por la acción de los agentes atmosféricos que han
provocado la descomposición de los niveles superiores de la corteza terrestre.
Sin embargo la revisión de otras definiciones del suelo, que constan en diferentes
textos contribuirá a un mejor conocimiento del mismo.
3

 JUÁREZ BADILLO Y RICO RODRÍGUEZ, Mecánica de Suelos, Tomo I
Suelo es todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicios hasta
areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidos las rocas sanas,
ígneas y metamórficas y los depósitos sedimentarios altamente cementados, que no se
ablanden o desintegren rápidamente por la acción de la intemperie. Hacen ver los autores la
necesidad de considerar como suelo un relleno artificial cualquiera, aun cuando contenga un
porcentaje notable de desperdicios, y además ponen especial énfasis en la distinción entre roca
y suelo, que tantos diferendos provoca en la práctica de la Ingeniería Civil.
 GEORGE B. SOWERS y GEORGE F. SOWERS, Introducción a la Mecánica de Suelos
y Cimentaciones
Suelo es cualquier material no consolidado compuesto de distintas partículas sólidas
con gases o líquidos incluidos. El tamaño máximo de las partículas que pueden calificarse
como suelo no es fijo, pero lo determina la función en que ellas están implicadas. En las
excavaciones para cimientos y trincheras, que se ejecutan a mano, y en la construcción de
relleno por capas, el tamaño máximo es de 30 cm de diámetro (40 kg), que es el tamaño
máximo que un hombre puede levantar. Cuando la excavación se ejecuta mecánicamente el
límite que a veces se fija es ½ m³ (1 t aproximadamente). Los autores se orientan hacia la
composición interna del suelo, partículas sólidas que dejan poros los cuales pueden estar
ocupados por líquidos y gases o por uno de ellos. En la segunda parte precisan el tamaño
máximo de la partícula, aspecto que también constituye fuente de no pocas controversias en la
práctica profesional. Las diferentes Instituciones que trabajan en este ámbito, a menudo
poseen sus propias especificaciones, pero lo importante es que esos límites queden fijados
claramente antes de acometer una obra.
 BOWLES JOSEPH E., Propiedades Geofísicas de los Suelos.
Material no consolidado sobre la roca sólida. Definición semejante a la primera.
 RAÚL VALLE RODAS, Carreteras, Calles y Aeropistas
Todo material suelto, desintegrado, que se encuentra en la corteza terrestre, como:
guijarros, piedras, granzones, arenas, limos, arcillas, materiales turbosos y mezclas de estos
materiales. Asigna nombres a los suelos en función del tamaño de sus partículas y hace ver
que la materia orgánica no descompuesta o en descomposición (turba) es una parte
constitutiva del suelo.
 ASCE (American Society of Civil Engineers)
Sedimentos y otras acumulaciones de partículas sólidas sin consolidar, provenientes
de la desintegración física y química de la roca, las cuales pueden o no contener materia
orgánica. Puede considerarse como un resumen de las anteriores definiciones.
1.2.2 Roca
En cuanto a la roca existe un mayor acuerdo en definirla como lo hace la ASCE:
Materia mineral sólida, que se encuentra en estado natural, en grandes masas o fragmentos.
Cabe anotar sin embargo, que la línea divisoria entre suelo y roca no está rigurosamente
definida en todos los casos. Existe toda una serie de materiales, desde el suelo más blando o
suelto, hasta la roca más dura, de manera que cualquier división entre las dos categorías es
convencional. Por esta razón en la preparación de documentos para obras de Ingeniería, tales
como bases o especificaciones, el ingeniero debe definir los límites, con el fin de que todas las
partes que intervengan en el trabajo estén en completo acuerdo (Sowers,1972).
1.2.3 Mecánica de Suelos
La Mecánica de Suelos es la rama de la ciencia que estudia las propiedades físicas y
el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. Se interesa por la
estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua, hacia adentro, hacia fuera, o a
través de su masa, considerando siempre el aspecto económico de la obra.
4

Todo ingeniero civil, en algún momento de su ejercicio profesional, estará involucrado
con los conceptos de la Mecánica de Suelos. Ello porque casi todo proyecto se relaciona con el
comportamiento del suelo, sea que se use como material de construcción (el más fácilmente
disponible y de menor costo) o sea porque la obra civil deba apoyarse sobre él. Pocos
problemas de ingeniería, la excavación de túneles en roca por ejemplo, pueden ser realizados
sin encontrar algún tipo de suelo.
1.2.4 Ingeniería de Cimentaciones
La Ingeniería de Cimentaciones es la especialidad que se relaciona con el
comportamiento del suelo y la interrelación entre el suelo y la superestructura (la parte de la
estructura que se localiza por encima de la superficie del terreno) o la subestructura (la parte de
la estructura en contacto con el suelo). Figura 1.19.
1.2.5 Ingeniería Geotécnica
Todos los temas de la Mecánica de Suelos y de la Ingeniería de Cimentaciones, y
muchos aspectos de la Ingeniería Geológica, pueden agruparse bajo el término de Ingeniería
Geotécnica, de manera que ésta puede definirse como la ciencia y la práctica de aquella parte
de la Ingeniería Civil que involucra la interrelación entre el medio ambiente geológico y los
trabajos del hombre (Bowles, 1982).
1.3 AGENTES GENERADORES DE SUELO Y MECANISMOS DE
GENERACIÓN
Los principales agentes generadores de suelo son el agua, el aire, la temperatura y
sus cambios, y en menor proporción los movimientos tectónicos y la acción del hombre.
Los medios de acción son sumamente variados, pero en último término todos los
mecanismos de generación del suelo pueden incluirse en dos grandes grupos:
 Desintegración mecánica
 Descomposición química
1.3.1 Desintegración Mecánica.
Es un proceso de intemperización de la roca por medio de agentes físicos los cuales
provocan cambios en la forma, el tamaño y la textura de las partículas, pero no en la
composición química de la roca madre. El tamaño de las partículas producidas por la
desintegración mecánica no llega a ser muy pequeño (arenas y limos). Los principales
mecanismos de generación del suelo por desintegración mecánica son:
 Efectos climáticos (cambios de temperatura)
 Efecto cuña (acción de la congelación del agua en las grietas de la roca)
 Exfoliación
 Erosión (por viento y lluvia)
 Abrasión
 Actividad orgánica (animales y plantas)
1.3.2 Descomposición Química.
Es la acción de agentes que atacan a las rocas, modificando su constitución
mineralógica o química. Los principales agentes son el agua y las altas temperaturas. Las
partículas formadas por descomposición química pueden tener tamaños tan pequeños como el
de la molécula (la arcilla es un producto típico). Los mecanismos de ataque más importantes
son:
 Oxidación (el principal)
 Hidratación
 Solución
 Lixiviación
 Sulfatación
 Carbonatación
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Tabla 1.2 Principales tipos de suelos Fuente: Autor
Fig 1.4 Suelo Residual Fuente: Autor
 Hidrólisis (formación de iones H+
)
Por las razones expuestas es frecuente encontrar formaciones arcillosas en zonas
húmedas y cálidas como en la Costa de nuestro país.
Por el contrario las formaciones limosas o arenosas, más gruesas, en su mayoría
provenientes de la desintegración mecánica, son típicas de zonas más frías, como la Sierra
ecuatoriana y las zonas templadas del planeta.
Caben, sin embargo, ciertas excepciones: en los desiertos cálidos del norte del Perú
por ejemplo, la falta de agua impide el desarrollo de los procesos de descomposición,
prevaleciendo los suelos arenosos; en zonas lacustres de la Sierra y de otras latitudes del
planeta pueden desarrollarse condiciones favorables para generar formaciones arcillosas de
importancia. A este respecto concluyen Juárez y Rico (2): “No debe creerse, sin embargo, que
las reglas anteriores son inmutables; la naturaleza suele actuar con una complejidad que
desafía cualquier regulación… Los suelos deben pues, su origen a una tal variedad de causas
que excede todo poder de descripción detallada. El resultado de ese conjunto de causas es
una inmensa variedad de tipos de suelos. También debe notarse que su formación ha ocurrido
a través de las eras geológicas, tal como sigue ocurriendo hoy; en consecuencia, el hombre es
completamente ajeno a la génesis del suelo: solo le toca manejarlo, tal como la naturaleza se lo
presenta”.
En un esquema simplista, sin embargo, y para una mejor comprensión de los temas
que se tratan en los primeros capítulos, se puede dividir a los suelos en dos grandes grupos
según que sus partículas individuales puedan o no ser observadas a simple vista; en el primer
caso se trata de suelos gruesos y en el segundo, de suelos finos. Se tienen dos principales
categorías de suelos gruesos y dos de suelos finos, conforme se indica en la Tabla 1.2.
Gruesos Grava: partículas visibles de tamaño mayor a 0.5 cm
Arena: partículas visibles de tamaño menor a 0.5 cm
Suelos
Finos Limo : partículas no visibles, poco o nada plástico
Arcilla: partículas no visibles, plástico
A los suelos gruesos también se les denomina granulares y a los suelos finos
especialmente a los plásticos se les llama cohesivos.
1.4 SUELOS RESIDUALES Y SUELOS TRANSPORTADOS
1.4.1 Suelos residuales
Son aquellos que se
forman en un cierto sitio y
permanecen en el mismo,
directamente sobre la roca
de la cual proceden.
Generalmente están
relacionados con los suelos
provenientes de la
descomposición química
(Figura 1.4).
6

Tabla 1.3 Suelos transportados Fuente: Autor
Fig 1.5 Depósito Coluvial Fuente: Autor
1.4.2 Suelos transportados
Son los que fueron removidos de su lugar de formación por los mismos agentes de
generación o por otros, y redepositados en un sitio diferente. Yacen por lo tanto, sobre suelos o
rocas con los cuales no tienen relación directa. Generalmente están relacionados con los
suelos provenientes de la desintegración mecánica.
Los principales agentes de transporte son:
 Agua
 Viento
 Acción de la gravedad
 Movimientos tectónicos
 Acción del hombre
ACCIÓN DE LA GRAVEDAD COLUVIAL
VIENTO EÓLICOS
DUNA
LOESS
VIENTO + ACCIÓN VOLCÁNICA
EÓLICO-
VOLCÁNICOS
TOBA (CANGAHUA)
AGUA
RÍO ALUVIAL
LAGO LACUSTRE
HIELO GLACIAR, MORRENA
MAR MARINO
AGUA + ACCIÓN VOLCÁNICA LAHARÍTICO
AGUA + GRAVEDAD ALUVIONAL
ACCIÓN VOLCÁNICA PIROCLÁSTICO
HOMBRE RELLENO ARTIFICIAL
Dependiendo de los mecanismos de transporte, que a menudo actúan en forma
combinada, estos depósitos toman diferentes nombres conforme se indica en la Tabla 1.3.
1.4.2.1 Suelo Transportado por la Acción de la Gravedad
Se lo denomina Coluvial, Figura 1.5. Debido al efecto cuña, las laderas de las
montañas se fisuran. La masa resultante pierde estabilidad, lo cual ocasiona el deslizamiento
por la ladera inclinada, de grandes fragmentos que acarrean otros más pequeños. Se depositan
en la falda o al pie de la ladera dando origen a una formación heterogénea en el tamaño de las
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Fig 1.6 Depósito Eólico Fuente: Bowles, 1982
Fig 1.7 Depósito Eólico – Volcánico Fuente: Autor
partículas (predominando los tamaños grandes) pero relativamente homogénea en su
constitución mineralógica, Los fragmentos tienen forma angulosa y la masa una compacidad
ligera a mediana, razón por la cual su respuesta mecánica es regular a buena. Sin embargo
debe considerarse siempre la posible presencia de fragmentos grandes que pueden ocasionar
notables dificultades en los trabajos de excavación.
1.4.2.2 Suelo Transportado por Acción del Viento
En general se le denomina Eólico, Figura 1.6. El tamaño de las partículas
transportadas es relativamente pequeño, arenas y limos. Si el depósito es arenoso recibe el
nombre de Duna. Si es más fino, limoso, se le denomina Loess. Al perder fuerza el viento, las
partículas se depositan a muy
baja velocidad originando un
depósito de escasa
compacidad y por
consiguiente de pobres
características mecánicas,
desfavorables para los
objetivos de la Ingeniería
Civil. Inclusive en algunas
zonas del planeta (Argentina,
Ucrania, USA), el Loess
puede experimentar un
fenómeno especial llamado
Colapsibilidad, que se
caracteriza por una falla
violenta del suelo, cuando sufre un súbito aumento del contenido de agua, que destruye la frágil
estructura interna del suelo. En el Ecuador no es frecuente este fenómeno, aun cuando no se lo
puede descartar totalmente en los depósitos eólico-volcánicos que veremos a continuación,
especialmente en aquellos menos plásticos y menos compactos.
Suelo Eólico –
Volcánico, Figura 1.7. Es el
producto de una de las fases de
la erupción del volcán, asociada
con la expulsión de ceniza,
material muy fino y pocas veces
del tamaño de la arena. Emerge
verticalmente, luego es
transportado por el viento y
depositado cuando este último
pierde su fuerza. En nuestro
país suele encontrarse en
extensas áreas de la zona
centro norte, aquella en donde
existen volcanes, como puede
verse en la Figura 1.8. Las
especiales condiciones
geoquímicas de la depositación
y el peso de los depósitos superiores hacen que esta masa normalmente adquiera una gran
consistencia, razón por la cual sus características mecánicas son generalmente buenas,
favorables para la construcción de obras civiles. El término ecuatoriano con el cual se lo
conoce, cangahua, hace alusión a su dureza. Sin embargo debe considerarse también la
descomposición que el depósito ha debido experimentar desde su deposición, debido al
ambiente climático (humedad ambiental, grandes fluctuaciones de temperatura, altas
precipitaciones pluviales). Ello hace que la respuesta mecánica de un suelo de este tipo sea
muy distinta, si comparamos por ejemplo la cangahua de la ciudad de Quito o sus alrededores,
con un eólico-volcánico de la zona de Santo Domingo de Los Colorados en el Ecuador, o de la
ciudad de México, en dicho país.
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Fig 1.9 Depósito Aluvial Fuente: Autor
Fig 1.8 Cobertura de Cenizas Volcánicas Fuente: Puebla, 1988
1.4.2.3 Suelos Transportados por el Agua
El agua corriente superficial tiene muchas formas de actuar: río, glaciar, lago, mar.
El suelo depositado por
los ríos se conoce con el nombre
de Aluvial, Figura 1.9. El río
acarrea materiales de muy diverso
tamaño, los cuales se sitúan a lo
largo de su perfil, conforme
disminuye la velocidad de su
curso, que a su vez es función de
la pendiente longitudinal de la
geografía que atraviesa. Al
disminuir estos factores la
capacidad de acarreo de la
corriente se hace menor y se
depositan los materiales más
gruesos (grava y tamaños
mayores), y cada vez los de
menor tamaño (arena), hasta llegar a los suelos más finos (limo, arcilla) que yacen en las zonas
planas, cerca de la desembocadura. Debe, por esta razón, hacerse una diferenciación muy
clara entre un Aluvial Grueso y un Aluvial fino. En efecto el primero tendrá partículas grandes
y una masa densificada por la fuerza de la depositación, dando como consecuencia mejores
propiedades mecánicas, mientras que el segundo estará constituido por partículas pequeñas,
sedimentadas a muy baja velocidad, por lo cual se tendrá una masa de suelo fino poco
compacto, de inferiores propiedades mecánicas. La inobservancia de estas características
también puede ser fuente de numerosos problemas a la hora de evaluar el costo de trabajos
realizados en suelos aluviales. El desgaste que sufren las partículas más grandes durante el
arrastre del río, hace que su forma final sea muy semejante a la redondeada (canto rodado),
característica de los depósitos mencionados.
El suelo transportado y depositado por lagos y lagunas toma el nombre de Lacustre,
Figura 1.10. Sus partículas son finas: limo y arcilla, o arena como máximo. La velocidad de las
aguas es muy pequeña, dando origen a formaciones poco compactas, con desfavorables
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Fig 1.11 Depósitos Glaciares o Glaciáricos Fuente: Bowles, 1982
Fig 1.12 Depósito Marino Fuente: Autor
Fig 1.10 Depósito Lacustre Fuente: Autor
propiedades mecánicas. Casi
siempre está asociado con la
presencia de materia orgánica,
descompuesta o en proceso de
descomposición, la que le
confiere su olor (orgánico) y
color (negro o con tonalidad
oscura) característicos y es
factor predominante para la
menor calidad de sus
características mecánicas.
Los suelos
transportados y depositados por
el agua en estado sólido, los
glaciares, se denominas
Glaciares o Glaciáricos, Figura
1.11. La gran masa de hielo que se desprende en lo alto de las montañas, desciende con
elevada energía y arrasa con lo que encuentra a su paso, por lo cual acarrea fragmentos
grandes de forma angulosa debido a la fracturación. Se deposita en cualquier sitio en donde
disminuya su fuerza, al convertirse en agua líquida por el aumento de temperatura. El depósito
puede, por tanto, localizarse en
la ladera, al pie de la montaña o
en el valle. Está constituido por
una masa heterogénea tanto en
el tamaño de las partículas
(predominando los tamaños
grandes) como en su
constitución mineralógica;
normalmente tiene una
compacidad alta, debido a la
energía de deposición. Por
consiguiente presenta
propiedades mecánicas
favorables para la construcción de obras civiles. A este grupo pertenecen las formaciones
conocidas en geología como Morrenas. Cabe, sin embargo, indicar que en sectores
localizados, en los cuales la deposición ocurre en aguas relativamente tranquilas, se
encontrarán suelos de menor calidad, semejantes a los Lacustres.
Los suelos formados por el mar se denominan
Marinos, Figura 1.12. Suelen ser estratificados, de
acuerdo con las características de las rocas que
constituyen la costa sobre la cual actúan. Se pueden
dividir en dos grupos: depósitos en la costa y a corta
distancia de la costa. Los primeros son regularmente
muy complejos debido a la mezcla y transporte que
producen las olas. Los materiales llevados al mar por los
ríos y sacados del mar por las olas se depositan en
forma de bancos en lugares en donde se reduce la
velocidad de la corriente. Los depósitos se mueven
continuamente a lo largo de la costa como un cordón
litoral. Generalmente se componen de suelos gruesos:
grava y arenas sueltas y fragmentos de concha. Los
bancos pueden formar barreras que llegan a separar las
playas del mar, formando lagunas de costa y marismas.
Los depósitos a corta distancia de la costa tienen
condiciones semejantes a los Lacustres ya que la
deposición se produce en aguas relativamente
tranquilas, por debajo de la zona de acción de las olas.
El grado de floculación puede ser muy grande, a causa
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Fig 1.14 Depósitos Piroclásticos Fuente: Autor
de la salinidad del agua y del carbonato de calcio proveniente de las conchas. Consisten en
estratos horizontales de limo y arcilla con estructura fuertemente floculada o estratos de concha
o arena calcárea con limo y arcilla, cementados en cierto grado, denominados margas. Las
gravas y arenas cementadas constituyen excelente apoyo para cimentaciones, mientras que
los depósitos de suelos gruesos sueltos y más aun los de suelos finos blandos tienen
propiedades mecánicas desfavorables.
1.4.2.4 Suelos Transportados por la Acción Volcánica más el Agua
Cuando se produce la erupción de un volcán con hielo y nieve permanentes en su
cumbre, el incremento de temperatura ocasiona la fusión de aquellos, dando lugar a una gran
cantidad de agua que al descender forma un flujo de lodos, conocido geológicamente como
lahar, el cual está compuesto principalmente de piroclastos y fragmentos de rocas volcánicas.
Este flujo discurre principalmente por las depresiones naturales existentes y se deposita con
gran energía en las zonas en que la pendiente longitudinal disminuye. El depósito así formado
se denomina Laharítico, Figura 1.13, y en general presenta propiedades mecánicas
aceptables, aun cuando, como ocurre en el depósito glaciar, las zonas marginales extremas o
laterales pueden tener menor calidad.
Fig 1.13 Depósitos Laharíticos Fuente: Diario El Comercio, 1999
1.4.2.5 Suelos Transportados por la Acción Volcánica
Los productos sólidos de la
erupción (piroclastos) se depositan en
el radio de influencia de la misma,
formando depósitos Piroclásticos,
Figura 1.13. Generalmente tienen
partículas gruesas, con presencia de
fragmentos de roca volcánica muy
porosa y ligera, conocida como
pómez. La compacidad de estos
depósitos generalmente no es
elevada, razón por la cual presenta
propiedades mecánicas regulares.
1.4.2.6 Suelos Transportados por el Agua más la Gravedad
Cuando se producen precipitaciones pluviales muy intensas en zonas montañosas con
laderas de alta pendiente, las aguas que escurren erosionan los suelos superficiales y
transportan las partículas hacia abajo, sedimentando las del tamaño de la arena o mayores al
pie del talud y lavando, generalmente, las partículas finas. El depósito así formado se
denomina Aluvional, Figura 1.15, y presenta propiedades mecánicas poco favorables debido a
la forma de la deposición.
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Fig 1.16 Rellenos Artificiales Fuente: Bowles, 1982
Fig 1.15 Depósitos Aluvionales Fuente: Bowles, 1982
1.4.2.7 Suelos Transportados por el Hombre
Para finalizar esta rápida revisión de los suelos transportados, haremos referencia a los
depósitos producidos por acción antrópica, es decir fabricados por el hombre, Se los conoce
como Rellenos Artificiales, Figura 1.16, y tienen calidad muy variable, así como partículas de
diferente tamaño. Pueden tener excelente calidad si son fabricados bajo especificaciones
(presas de tierra, por ejemplo), pero en general presentan condiciones mecánicas deficientes
pues en su gran mayoría constituyen una acumulación de suelos, desperdicios, basura y
escombros, colocados sin ningún tratamiento.
Relleno sin compactar Relleno bien compactado
1.5 EL SUELO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Tradicionalmente se ha acostumbrado creer que el suelo es un agregado de partículas
sólidas inorgánicas y orgánicas, que no tienen ninguna organización. Sin embargo en los
capítulos que se desarrollan a continuación se comprobará que este material tiene una
organización definida, adquirida a través del tiempo, y propiedades mecánicas que varían
vectorialmente o sea en las tres dimensiones del espacio, siendo la dirección vertical (eje z),
aquella en la cual varían mucho más rápidamente.
Es necesario tener en mente que al afrontar problemas de diseño relacionados con el
suelo, se está tratando con un material complejo, con numerosas variables, las cuales algunas
veces parecen desafiar todas las leyes de la naturaleza. Pero con un estudio cuidadoso basado
en un análisis científico y en un sano juicio se pueden analizar aún los problemas más difíciles.
La exactitud de los resultados numéricos, en general, no excederá de una o dos cifras
significativas, pero en la mayoría de los casos ésta resultará tan buena como la que se obtiene
al calcular los esfuerzos producidos en una estructura bajo las hipótesis que usualmente se
adoptan.
El registro del primer uso del suelo como material estructural se perdió en la
antigüedad. La construcción en suelos y los problemas asociados con ella han coexistido con la
humanidad desde cuando el hombre abandonó las cavernas y empezó a construir viviendas
para abrigo o canales para uso agrícola. Durante mucho tiempo el arte de la ingeniería de
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Corriente de agua

Fig 1.17 Obras a través del suelo Fuente: Autor
suelos se basó únicamente en la experiencia; sin embargo el avance de la ciencia y la
tecnología y la necesidad de mejores y más económicos diseños, condujo a un estudio
detallado de la naturaleza y propiedades del suelo en relación a la Ingeniería. La publicación de
Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer Grundlage por Karl Terzaghi en el año 1925, se
suele considerar como el inicio de la moderna Mecánica de Suelos. Por esta razón y por sus
numerosas contribuciones posteriores, se acostumbra considerar a dicho autor, como el “Padre
de la Mecánica de Suelos”.
La utilización del suelo para la construcción de obras civiles ha tomado las más
diversas formas, las mismas que pueden agruparse en dos categorías principales:
 Como material de construcción (materia prima para la obra)
 Como material de soporte para la construcción de obras civiles.
En el primer caso resulta evidente que constituye el material más fácilmente disponible
en cualquier lugar y, por consiguiente, el de menor costo. Una pared soportante construida con
adobes, un tapial, un relleno o un terraplén de una carretera, un dique de contención de aguas,
una presa de tierra, constituyen ejemplos de esta categoría. Cada una de aquellas obras debe
ser diseñada considerando las propiedades mecánicas de los suelos que las constituyan y el
estado final en que reposen. Así, inicialmente el suelo se extrae de una cierta fuente, actividad
en la cual pierde sus propiedades mecánicas originales, luego se transporta hasta el sitio de la
obra y por último se coloca utilizando una técnica previamente establecida. El suelo por lo tanto
quedará remoldeado, condición en la cual deberán establecerse sus propiedades mecánicas.
En el segundo caso, el suelo sustenta la nueva obra, para lo cual dispone de
propiedades mecánicas preexistentes. Estas deben determinarse a partir de muestras del suelo
obtenidas en su estado natural, o sea inalterado. En una forma rápida esta segunda categoría
de utilización puede ser clasificada en tres tipos:
1.5.1 Obras a través del Suelo
O sea en su interior, Figura 1.17. Es el caso de un túnel fabricado dentro de la masa
del suelo, atravesándola con algún fin específico (conducción de agua, alcantarillado, vías de
comunicación, obras hidroeléctricas). La estructura deberá ser diseñada considerando las
propiedades mecánicas del suelo que rodea al túnel y las del recubrimiento que se coloque en
la periferia del mismo, y no solamente las de éste último.
1.5.2 Obras en el Suelo
Es decir en su superficie, Figura 1.18. El ejemplo típico está constituido por un talud
artificial en corte que se realice para una carretera. En este caso la estructura será el mismo
talud que se diseñará para que permanezca estable durante el período de vida útil de la obra,
con base en las propiedades mecánicas del suelo. Así un talud diseñado en un suelo más
resistente podrá tener una mayor inclinación, tendiendo hacia los 90º, mientras que un suelo
menos resistente requerirá una inclinación menor, a menos que sea ayudado por otra
estructura, un muro por ejemplo, solución que redundará en una elevación del costo de la obra
y que, por tanto, debe ser implementada muy selectivamente.
13

Fig 1.18 Obras en el suelo Fuente: Autor
1.5.3
Obras sobre el Suelo
Sobre su superficie, Figura 1.19. La típica obra es la cimentación de una estructura
(edificio, puente, silo, tanque, presa). Se acostumbra confundir aquel término con la
subestructura, cuando en realidad el buen funcionamiento de una cimentación depende tanto
del correcto diseño de la subestructura cuanto de una certera evaluación de las propiedades
mecánicas del suelo que se encuentra debajo, las mismas que permitirán la determinación de
su capacidad de soporte.
Fig 1.19 Obras sobre el suelo Fuente: Autor
REFERENCIAS
Bowles, J. (1982). Propiedades Geofísicas de los Suelos, Bogotá: Editorial McGraw-Hill.
Das, B. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, México: International Thomson
Learning.
Lancellotta, R. (1987). Geotecnica, Bologna: Incola Zanichelli Editore.
Sowers, G. (1972). Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones, México: Editorial
Limusa.
14

CAPITULO
COMPONENTES DEL SUELO Y SUS RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y
GRAVIMÉTRICAS
2.1 FASES EN EL SUELO: SÍMBOLOS Y DEFINICIONES
Como quedó establecido en el primer capítulo, el suelo es una masa compuesta por
partículas que forman un esqueleto estructural. Entre las partículas sólidas que constituyen
dicho esqueleto existen poros que están interconectados (no burbujas), los cuales están
ocupados por agua u otros líquidos y aire u otros gases, o solamente por uno de aquellos,
Figura 2.1. Se presenta entonces el caso de un material sólido en cuya masa se incluyen los
otros dos principales estados de la materia.
Para facilitar el análisis de las propiedades del suelo se ha desarrollado el Diagrama de
Fases que consiste en un prisma de profundidad unitaria en el que, en forma ideal, se han
separado las tres fases, de manera que toda la fase sólida se concentra en la parte inferior,
toda la fase líquida, en la parte media y toda la fase gaseosa en la parte superior, Figura 2.2.
Si los diferentes volúmenes se representan en el lado izquierdo del Diagrama de Fases y
los diferentes pesos en el lado derecho, el significado de los símbolos que allí constan es el
siguiente.
V = Volumen total de la muestra de suelo o volumen de la masa (volumen de suelo)
Vs = Volumen de la fase sólida de la muestra (volumen de sólidos)
Vv = Volumen de los vacíos de la muestra (volumen de vacíos)
Vw = Volumen de la fase líquida de la muestra (volumen de agua)
Va = Volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen de aire)
15
DOS
Fig 2.1 Esquema general de un suelo Fuente: Autor

Fig 2.2 Diagrama de Fases Fuente: Autor
W = Peso total de la muestra de suelo o peso de la masa (peso de suelo)
Ws = Peso de la fase sólida de la muestra (peso de sólidos)
Ww = Peso de la fase líquida de la muestra (peso de agua)
Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra (peso de aire) (Wa = 0)
En las anteriores definiciones, vacío tiene el significado de “espacio no ocupado por
sólido” y por tanto es sinónimo de poro. La fase sólida está conformada por las partículas
minerales y la materia orgánica, descompuesta o no; la fase líquida, por el agua libre (aquella
que se puede remover) o cualquier otro líquido existente en los poros; la fase gaseosa, por el
aire o cualquier otro gas existente en los poros.
No debe confundirse el volumen de vacíos con el volumen de aire, ya que tanto la fase
líquida como la fase gaseosa ocupan los poros del suelo. Se tiene entonces las siguientes
expresiones:
Ec. 2.1
Ec. 2.2
Ec. 2.3
Por otro lado, dentro de la masa de suelo el volumen de aire es significativo pero su peso
tiene valores muy pequeños si se compara con los pesos de sólidos y del agua; por esta razón
en Mecánica de Suelos se lo considera convencionalmente nulo. En consecuencia:
Ec. 2.4
En el Laboratorio de Mecánica de Suelos pueden medirse fácilmente el peso y
volumen de la muestra de suelo, pero la determinación del peso de la muestra seca, que
numéricamente será igual al peso de sólidos, requiere la eliminación de la fase líquida. El
problema radica en que a más del agua libre, y rodeando a la partícula, existe una película de
agua adsorbida (Ver 3.10) que no desaparece totalmente cuando el suelo se somete a un
proceso de evaporación, en un horno funcionando a temperaturas prácticas. Por otro lado, a
varios centenares de grados centígrados el suelo se volverá ladrillo o cerámica, proceso en el
cual se calcina la materia sólida, pero antes habrá perdido otro tipo de agua, que es la de
constitución molecular de los minerales presentes en las partículas sólidas.
La Mecánica de Suelos, resuelve este problema definiendo el estado seco de un suelo,
como aquel que se obtiene al someterlo a un proceso de evaporación en un horno, con
temperatura de 105ºC a 110ºC, durante un tiempo suficiente para llegar a peso constante. En
términos prácticos, ello se logra en un tiempo máximo de 24 horas.
Determinado así el peso de los sólidos y conociendo el peso unitario de la fase sólida,
que se definirá en el siguiente numeral, se puede proceder a establecer todos los otros valores
del Diagrama de Fases. Cabe recalcar que tanto el volumen como el peso de los sólidos
pueden considerarse como constantes dentro de la masa del suelo, lo cual se cumple siempre
y cuando no se calcinen las partículas sólidas.
16
VaVwVv +=
VsVaVwV ++=
VsVvV +=
WsWwW +=
=0

2.2 RELACIONES ENTRE PESOS Y VOLÚMENES
Peso y volumen se relacionan mediante el concepto de peso unitario, es decir el peso por
unidad de volumen. En Mecánica de Suelos, y dada la presencia de tres fases, se utilizan los
siguientes pesos unitarios.
2.2.1 Peso unitario del agua destilada
A 4 ºC de temperatura y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar. En el
sistema métrico o en derivados del mismo, es igual a la unidad o a una potencia entera de 10.
γo = 1000 kg / m3 = 1 t / m3 = 1 g / cm3 (9.807 kN/m³, en el sistema SI).
2.2.2 Peso unitario del agua a cualquier presión y temperatura.
Es el cociente entre el peso del agua y su volumen. En los trabajos prácticos de suelos
su valor difiere poco del anterior y por lo mismo se asumirá igual, salvo casos especiales.
Ec. 2.5
Nótese que, como consecuencia de lo anterior, el peso y el volumen del agua son
numéricamente iguales.
2.2.3 Peso unitario de la fase sólida
Es el cociente entre el peso de sólidos y su volumen.
Ec. 2.6
La fase sólida está constituida principalmente por partículas minerales provenientes de la
desintegración de la roca, por lo cual normalmente sus valores varían en un estrecho rango
entre 2.5 y 3.0 g/ cm³. Solo en el caso de que exista materia orgánica, también constitutiva de
la fase sólida, el peso unitario de sólidos tendrá valores menores, con un límite inferior del
orden de 2.0 g/cm³. Por el contrario, si los valores fueren mayores a 3.0 g/cm³, se tendría una
evidencia de que el suelo proviene de una roca mineralizada.
2.2.4 Peso unitario total del suelo (o de la masa).
Es el cociente entre el peso total del suelo (sólidos más agua) y el volumen total del suelo
(sólidos más vacíos).
Ec. 2.7
El peso unitario del suelo varía en un rango más amplio dependiendo de la cantidad de
vacíos que tenga el suelo. Se aceptan, a nivel internacional, valores extremos entre 1.1 g/cm³
(casi tan liviano como el agua) y 2.3 g/cm³ (casi tan pesado como el hormigón fresco).
Conforme se verá más adelante en nuestro país se pueden encontrar valores extremos como
los antes indicados, siendo mayores en la Sierra (aproximadamente entre 1.5 y 2.3 g/cm³),
menores en la costa (aproximadamente entre 1.4 y 2.0 g/cm³) y aún menores en las zonas
subtropicales occidental y oriental (aproximadamente entre 1.1 y 1.5 g/cm³).
2.2.5 Peso específico (o peso específico relativo) del suelo.
Es el cociente entre el peso unitario del suelo y el peso unitario del agua a 4º C y una
atmósfera de presión. En el sistema métrico, por tanto, peso unitario y peso específico son
numéricamente iguales, pero éste último carece de unidades.
Ec. 2.8
2.2.6 Peso específico (o peso específico relativo) de sólidos.
Es el cociente entre el peso unitario de sólidos y el peso unitario del agua a 4º C y una
atmósfera de presión. También es numéricamente igual al peso unitario de sólidos, pero carece
de unidades.
17
3m
1
3cm
1
Vw
Ww tg
===ωγ
(g/cm³)
Vs
Ws
=sγ
(g/cm³)
V
W
=γ
o
G
γ
γ
=

Ec. 2.9
2.3 RELACIONES FUNDAMENTALES
Son relaciones sencillas y prácticas que, sin embargo, proporcionan información muy
importante respecto a las propiedades físicas del suelo, y permiten el manejo comprensible de
sus propiedades mecánicas.
Son de tipo volumétrico y gravimétrico y su dominio es indispensable para la
comprensión de los temas que se abordan en los siguientes capítulos.
Para cada relación se proporcionarán valores máximos y mínimos tanto a nivel
internacional como nacional, haciendo énfasis en la relatividad de esa información y. por
consiguiente, en la prudencia con que debe entenderse.
2.3.1 Contenido de Agua o Humedad (W)
Es la relación por cociente entre el peso del agua contenida en un suelo y el peso de los
sólidos del mismo, expresada siempre en porcentaje. Es por tanto una relación gravimétrica.
Ec. 2.10
Teóricamente sus valores extremos son 0 (ausencia de agua) e ∞ (solo agua). El valor
mínimo se puede encontrar en condiciones excepcionales (desiertos) o se puede alcanzar en
un laboratorio. El valor máximo hallado es de alrededor de 1400% en arcillas japonesas. En el
Ecuador los valores extremos oscilan entre 1% y 500 - 600%. En la Sierra ecuatoriana
prevalecen valores entre 10 y 50%, en la Costa entre 20 y 120%, y en las zonas subtropicales,
occidente y oriente, entre 40 y 600%. Es conocido que mientras mayor sea la humedad del
suelo, más complejos resultan los trabajos de cimentación a causa de sus desfavorables
propiedades mecánicas.
2.3.2 Relación de Vacíos (e)
También conocida como Índice de Poros o Índice de huecos. Es la relación por
cociente entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos, expresada siempre en forma
decimal. Por consiguiente es una relación volumétrica.
Ec. 2.11
Sus límites matemáticos son también 0 (solo fase sólida) e ∞ (espacio vacío). En la
naturaleza no existen suelos sin poros (hasta la roca los tiene), siendo 0.25 el mínimo valor
encontrado y 15 el máximo. En el Ecuador los valores oscilan entre 0.25 y 6 a 7. A manera de
comparación el valor que se obtiene en una piedra pómez es del orden de 2.4 y en una esponja
es 47. Los suelos muy compactos que presentan mejores propiedades mecánicas, tienen
pocos vacíos y en consecuencia su relación de vacíos será pequeña. A medida que aumenta el
valor de e, el suelo tendrá más vacíos y por consiguiente sus propiedades mecánicas serán
más desfavorables, especialmente la compresibilidad, que tenderá a ser muy alta.
2.3.3 Porosidad (n)
Es la relación por cociente entre el volumen de vacíos y el volumen total. Se puede
expresar como porcentaje o en forma decimal. También es una relación volumétrica.
Ec. 2.12
Matemáticamente sus límites son 0 (solo fase sólida) y 100% (espacio vacío). En la
naturaleza los límites encontrados son 20% y 94%. En Ecuador son 20% y 88%. La relación
cualitativa entre la porosidad y el comportamiento mecánico del suelo, es semejante a la
expuesta en el numeral anterior.
18
o
Gs
γ
γ
=
Vs
Vv
e =
100*
Ws
Ww
)%( =ω
100*
V
Vv
(%) =n

Fig 2.3 Diagrama de Fases: Suelo Seco Fuente: Autor
2.3.4 Grado de Saturación (Sr)
También conocida simplemente como Saturación. Es la relación por cociente entre el
volumen del agua y el volumen de vacíos, expresada siempre en porcentaje. Es otra relación
volumétrica.
Ec. 2.13
Sus límites teóricos son 0% y 100% y, en este caso, sí existen en la naturaleza suelos
que pueden alcanzar esos valores extremos. Al primero (Sr=0%) se le denomina suelo seco y
al segundo (Sr=100%), suelo saturado. En los suelos superficiales de los desiertos puede
tenerse el primer caso, mientras que los suelos saturados son mucho más frecuentes, ya sea
por capilaridad o porque yacen bajo el nivel freático (Capítulo 4). Naturalmente, otro caso muy
frecuente es el del suelo semisaturado, aquel cuyo grado de saturación oscila entre los
valores antes indicados. Conforme se verá más adelante. el grado de saturación tiene decisiva
importancia en el comportamiento mecánico del suelo. En general, mientras mayor sea este
valor, más desfavorables serán sus propiedades mecánicas.
2.3.5 Correlación entre Relación de Vacíos y Porosidad
A primera vista pudiera parecer redundante que se hayan definido dos relaciones para
analizar una misma característica, la cantidad de poros en un suelo. Sin embargo, la porosidad,
concepto común para ésta y otras ciencias, relaciona dos parámetros que son variables cuando
se analizan las propiedades mecánicas del suelo, la compresibilidad por ejemplo. Ello hizo
necesario que la Mecánica de Suelos defina otra relación con un parámetro, el volumen de
sólidos, que se mantiene constante cuando se realiza el análisis antes indicado. Lo anterior
hace necesario encontrar una correlación entre la relación de vacíos y la porosidad.
En efecto, si en el diagrama de fases se asume unitario el valor del volumen de sólidos,
entonces el volumen de vacíos vale e y el volumen total (1+ e) y en consecuencia:
Ec. 2.14
Despejando e tendremos la relación inversa. Cabe aclarar que en este caso n debe ser
utilizado en su forma decimal.
Ec. 2.15
2.4 PESO UNITARIO SECO Y SATURADO
Son dos valores característicos del peso unitario de todo suelo: cuando no tiene agua
(Sr= 0%) el primero, y cuando el agua llena todos sus poros (Sr =100%), el segundo.
2.4.1 Peso Unitario Seco (γd )
Si observamos el diagrama de fases de la Figura 2.3, se verifica que en este caso el
suelo tiene solamente dos fases: sólida y gaseosa. La fase gaseosa ocupa todo el volumen de
vacíos. Por tanto, el peso unitario del suelo en estado seco será:
Ec. 2.16
19
100*
Vv
Vw
)%(Sr =
100*
1
100*
e
e
V
Vv
n
+
==
n1
n
e
−
=
V
Ws
==
V
W
dγ

2.4.2 Peso Unitario Saturado (γsat)
En este caso también se tienen dos fases: sólida y líquida. La fase líquida ocupa todo el
volumen de vacíos. El peso unitario del suelo en estado saturado será (Figura 2.4):
Fig 2.4 Diagrama de Fases: Suelo Saturado Fuente: Autor
Ec. 2.17
Entendiendo que el peso de agua Ww será el necesario para que todo su volumen de
vacíos esté ocupado por agua.
Si se considera constante la relación de vacíos, el peso unitario del suelo en estado
natural oscila entre el peso unitario seco y el peso unitario saturado, según su grado de
saturación (γd ≤ γ ≤ γsat). Por esta, razón también se lo conoce como peso unitario húmedo.
2.5 PESO UNITARIO SUMERGIDO (γ´ )
Un suelo que se encuentra bajo el nivel freático puede considerarse que está saturado,
hipótesis razonable para la gran mayoría de casos. Sin embargo también está sumergido, por
lo cual sufre un empuje ascendente que, de acuerdo con el principio de Arquímedes, es igual al
peso del volumen de líquido desalojado (Ww). Su peso total será menor (peso aparente = W’) y
por consiguiente también su peso unitario, al cual se conoce como peso unitario sumergido.
Se tiene entonces que:
Como el volumen no cambia, V’ = V = Vw
Y en consecuencia:
Ec. 2.18
Si γw = 1
Ec. 2.19
En la Tabla 2.1 se presenta el peso específico de sólidos de algunos de los minerales
que constituyen la fase sólida del suelo. En la Tabla 2.2, el rango de valores de las propiedades
índice para diferentes suelos, y en la Tabla 2.3, varias relaciones entre las diferentes
propiedades estudiadas. Como ejercicio se sugiere utilizar el diagrama de fases para
comprobar dichas relaciones.
20
V
WwWs
V
W
sat
+
==γ
EWW −=′
WwWW −=′
Vw
Ww
V
W
-
V
W
´
´
=
Wsat γγγ −=′
1−=′ satγγ

Mineral
Peso específico de sólidos γs
(g/cm3
)
Cuarzo 2.65
Caolinita 2.60
Ilita 2.80
Montmorillonita 2.65 – 2.80
Haloisita 2.00 – 2.55
Feldespato de potasio 2.57
Feldespato de sodio y calcio 2.62 – 2.76
Clorita 2.60 – 2.90
Biotita 2.80 – 3.20
Moscovita 2.76 -3.10
Hornablenda 3.00 – 3.47
Limonita 3.60 – 4.00
Olivita 3.27 - 3.37
Tabla 2.1 Peso específico sólidos de algunos minerales Fuente: Das, 2001
Terreno
(-)
n (%) e (-) w (%) γd (kN/m3
) γ(kN/m3
)
Grava 25 -40 0.3 – 0.67 - 14 -21 18 -23
Arena 25 -50 0.3 – 1.0 - 13 -18 16 -21
Limo 35 -50 0.5 – 1.0 - 13 -19 16 -21
Arcilla blanda 40 -70 0.7 – 2.3 40-100 07 -13 14 -18
Arcilla dura 30 -50 0.4 – 1.0 20-40 14 -18 18 -21
Turba 75 -95 3.0 – 19 200-600 01 -05 10 -13
Tabla 2.2 Rango de valores de propiedades índice de algunos suelos Fuente: Lancellotta, 1987
w
w
d Gn
e
G
w
γ
γγ
γ .).1(
1
.
1
−=
+
=
+
=
n
nG
e
d
dw
−
=
−
=
1
.
γ
γγ
e
e
wGG
n
ww
d
+
=
+
−=−=
1)1(.
1
.
1
γ
γ
γ
γ
e
wG
wn
w
S
w
.
)1(
.
=
+
=
γ
γ
www
e
eG
nGnsaturadoterreno γγγγ
+
+
=+−=
1
..).1()(
www
e
G
Gn γγγγγ
+
−
=−−=−=
1
1
)1)(1('
Tabla 2.3 Relaciones entre propiedades índice Fuente: Lancellotta, 1987
2.6 VALORES EN SUELOS ECUATORIANOS TÍPICOS
La Tabla 2.4 resume las propiedades índice (nombre genérico para todas las
propiedades vistas en este Capítulo) de unos pocos suelos provenientes de las diferentes
regiones del país. El análisis de la misma permitirá un acercamiento hacia el refuerzo de los
conceptos estudiados, así como al conocimiento de los valores que se pueden esperar en la
práctica profesional y a la predicción de la problemática a resolver en cada caso.
21

No. Suelo Lugar γs
(g/cm3
)
γ
(g/cm3
)
e
w
(%)
Sr
(%)
1 Cangahua U. Central – Quito 2.61 1.64 0.79 15 50
2 Limo Av. Colón – Quito 2.55 1.87 0.63 24 100
3 Limo orgánico Urb. Jipijapa – Quito 2.45 1.58 1.30 57 96
4 Arcilla limosa Suburbio Guayaquil 2.77 1.47 3.00 105 100
5 Limo trópico – andino Montúfar - Prov. Carchi 2.58 1.30 3.68 143 90
6 Limo trópico – andino El Carmen – Manabí 2.62 1.22 6.55 250 100
7 Limo orgánico El Beaterio – Quito 2.49 1.22 3.86 138 89
8 Arcilla Calceta – Manabí 2.65 1.89 1.52 60 75
9 Limo arcilloso Mera - Prov. Pastaza 2.60 1.14 6.25 273 90
10 Limo arcilloso Bloque 7 - Prov.
Orellana
2.65 1.65 1.54 58 98
Tabla 2.4 Relaciones fundamentales: Valores en suelos ecuatorianos típicos Fuente: Autor
Analizando la Tabla anterior, por columnas, se puede llegar a las siguientes
conclusiones:
 El peso unitario de los sólidos varía en un estrecho rango entre 2.55 y 2.77 g/cm³. Solo
se exceptúan los suelos 3 y 7, los cuales, por ser lacustres, tienen materia orgánica.
 Por el contrario el peso unitario total del suelo, varía en un rango mucho mayor, entre
1.14 y 1.89 g/cm³. Nótese que esta variación es inversamente proporcional al valor de
la relación de vacíos. Así los suelos con mayor relación de vacíos (5, 6, 7, 9) tienen los
menores pesos unitarios, y los suelos con menor relación de vacíos (1, 2, 3, 8) tienen
los mayores pesos unitarios.
 En suelos saturados o con grado de saturación cercano a 100%, existe una relación
directa entre la relación de vacíos y la humedad. Así, suelos con alta relación de vacíos
(5, 6, 7, 9) tienen una gran cantidad de poros en donde se puede almacenar mayor
cantidad de agua (w = 138 – 273%).
 No existe una relación directa entre humedad y grado de saturación. Un suelo con bajo
valor de humedad (2) puede estar saturado, y uno con alto valor de humedad (9) puede
no estarlo. La razón de ello se encuentra en el valor de la relación de vacíos. El suelo 2
se puede saturar con un bajo valor de humedad, porque tiene baja relación de vacíos
(e = 0.63). El suelo 9, a pesar del alto valor de humedad que posee, no está saturado
porque su cantidad de vacíos es muy grande (e = 6.25). Teóricamente tampoco existe
una razón para que humedad y grado de saturación estén directamente relacionadas.
En efecto, la primera es una relación gravimétrica y la segunda es volumétrica.
Si ahora analizamos la Tabla 2.4, por filas, se puede llegar a las siguientes conclusiones:
 En la Sierra ecuatoriana predominan los suelos de desintegración mecánica, en su
mayoría transportados, con propiedades generalmente favorables: alto peso unitario,
baja relación de vacíos y baja humedad. Los suelos 1 y 2, son ejemplos típicos.
 La excepción generalmente se tiene en los depósitos lacustres orgánicos, cuyas
propiedades son inferiores. Así, no solo disminuye el peso unitario de los sólidos, sino
también el peso unitario total, a la vez que aumentan la relación de vacíos y la
humedad. Es el caso de los suelos 3 y 7.
 En la Costa y Oriente ecuatorianos, los suelos han sido originados en su mayoría por
procesos de descomposición química, y pueden ser residuales o transportados. Las
propiedades tienden a desmejorar: menos peso unitario total, más relación de vacíos,
más humedad; pero son generalmente mejores en los residuales (suelos 8 y 10) que
en los transportados (suelo 4).
 Sin embargo, los suelos que presentan peores propiedades índice y por consiguiente
mayores problemas para el diseño y construcción de obras de Ingeniería, son los
llamados suelos de subtrópico o trópico – andinos, que se localizan en las laderas
22

Fig 2.5 Diagrama para Ejercicio 1 Fuente: Autor
occidental y oriental de la cordillera de los Andes. En esas regiones a través del tiempo
siempre se han tenido condiciones climáticas adversas: altas precipitaciones pluviales,
alta humedad ambiental, acusadas variaciones de temperatura, todo lo cual ha
devenido en una intensa meteorización del suelo, y en consecuencia, en propiedades
desfavorables: elevada relación de vacíos, alta humedad, elevado grado de saturación
y bajo peso unitario. Es el caso de los suelos 5, 6 y 9.
2.7 EJERCICIOS
1. Un bloque de suelo pesa 20400 g y tiene un volumen de 12000 cm3. Luego de
secado al horno pesa 18200 g. El peso unitario de los sólidos es 2.67 g/cm³. Calcular las
relaciones fundamentales.
Para resolver el problema se utiliza el diagrama de fases. En el que se muestra a
continuación, se ha incluido directamente los valores de W, V y Ws (numéricamente igual al
peso del suelo seco). Los pesos están expresados en gramos y los volúmenes en cm³.
Conociendo
el peso total y el peso de los sólidos
Ww = W – Ws = 20400 – 18200 = 2200
El volumen de agua es numéricamente igual al peso del agua, Vw = 2200
El volumen de sólidos será:
Vs = Ws/γs = 18200/2.67 = 6816.48
Por tanto el volumen de vacíos es:
Vv = V – Vs = 12200 – 6816.48 = 5383.52
Y, finalmente el volumen de aire:
Va = Vv – Vw = 5383.52 – 2200 = 3183.52
Con lo cual se completan los valores del diagrama de fases. Para determinar las
relaciones fundamentales, simplemente se aplica cada una de las correspondientes
ecuaciones.
w = (Ww/Ws) * 100 = (2200/18200) * 100 = 12.1%
e = Vv/Vs = 5383.52/6816.48 = 0.790
n = (Vv/V) * 100 = (5382.52/12200) * 100 = 44.1%
Sr = (Vw/Vv) * 100 = (2200/5383.52) * 100 = 40.9%
Se recomienda expresar los resultados con una cifra decimal cuando se trate de
porcentajes, y con tres cifras decimales en caso contrario.
23

2. El peso unitario de un suelo saturado es 2.05 g/cm³ y su humedad 23%. Calcular
el peso unitario de sólidos.
Aún cuando en este caso no existe ningún valor del diagrama de fases, siempre es
posible recurrir al mismo para facilitar la resolución del problema. Para ello asumimos unitario
un valor del diagrama y encontramos todos los demás, en relación con esta hipótesis. Nótese
que en este ejercicio solo se tiene dos fases porque el suelo está saturado.
Si Ws = 1 y w = (Ww/Ws) * 100
Ww = (w/100) * Ws = 0.23 * 1 = 0.23 y Vw = Vv = Ww = 0.23;
W = Ww+Ws = 1 + 0.23 = 1.23
Como γ = 2.05 g/cm³
V = W/γ = 1.23/2.05 = 0.60
y por consiguiente, Vs = V – Vv = 0.60 – 0.23 = 0.37
Finalmente, γs = Ws/Vs = 1/0.37 = 2.703 g/cm³.
Es recomendable hacer unitario un valor de volumen si existen datos respecto a
relaciones volumétricas. Si los datos se refieren a relaciones gravimétricas, entonces se
escoge unitario un peso. Si los datos se refieren a pesos unitarios se puede hacer unitario
indistintamente un peso o un volumen. Cabe anotar que siempre existirán varias maneras de
resolver un mismo ejercicio.
3. Un suelo tiene una relación de vacíos de 0.600, un peso unitario de sólidos de
2.75 g/cm³ y un grado de saturación de 70%. Determinar la humedad, el peso unitario del
suelo, el peso unitario seco y el peso unitario saturado.
En el diagrama de fases asumimos Vs = 1, en consecuencia Ws = 2.75. Los pesos están
expresados en gramos y los volúmenes en cm³.
Si e = 0.6 y e = Vv/Vs, entonces Vv = 0.6; V = Vv + Vs = 1+ 0.6 = 1.6
Sr = (Vw/Vv) * 100, por tanto, Vw = (Sr/100) * Vv = (70/100) * 0.6 = 0.42
24

Va = Vv - Vw = 0.6 – 0.42 = 0.18, y
Ww = Vw = 0.42; W = Ws + Ww = 2.75 + 0.42 = 3.17. Se completa el diagrama de fases.
w = (0.42/2.75) * 100 = 15.3%
γ = (3.17/1.6) = 1.981 g/cm³
γ d = Ws/V = 2.75/1.6 = 1.719 g/cm³
γ sat = (Ws + Ww)/V = (2.75 + 0.6)/1.6 = 2.094 g/cm³
Nótese que Ww = 0.6, es el peso de agua necesario para que el agua ocupe todos los
vacíos.
Se comprueba que γd ≤ γ ≤ γsat (1.719 g/cm³ ≤ 1.981 g/cm³≤ 2.091 g/cm³)
4. Un suelo saturado tiene un contenido de agua de 47% y su relación de vacíos es
1.31. Calcular el peso por m³ y el peso unitario de sólidos.
En el diagrama de fases asumimos Ws=1 y en consecuencia Ww=0.47 y
W =1+ 0.47 =1.47
En este caso los pesos están expresados en toneladas y los volúmenes en m³.
Como el suelo está saturado: Vw = Vv = 0.47 ; Vs = Vv/e = 0.47/1.31 = 0.359
y V = 0.47 + 0.359 = 0.829
γ = (1.47/0.829) = 1.773 g/cm³
γs = 1/0.359 = 2.786 g/cm³.
5. Un suelo tiene un peso unitario de 1 745 kg/m³ y un contenido de agua de 6%.
Cuantos litros de agua debe añadirse a cada m³ de suelo, para que la humedad suba a
15% suponiendo que la relación de vacíos permanece constante?
Como el peso unitario está dado en kg/m³, los pesos están expresados en kilogramos y
los volúmenes en m³. Para que la respuesta sea directa, asumimos V = 1 y por tanto W = 1 745
Ws = W/{1 + (w/100)} Ws = 1745/{1+(6/100)} = 1646.23.
25

Para que la humedad llegue al 15% se debe aumentar el 9%. Utilizando la fórmula de
humedad:
Ww = (w/100) * Ws = (9/100) * 1646.23 = 148.16 kg
Como γw = 1000 kg/m³, Vw = 0.148 m³ = 148.16 lt
Este ejercicio ilustra la importancia de hacer compatibles las unidades. Por otro lado,
aunque el diagrama de fases ha quedado incompleto, se lo pudo utilizar para resolver el
problema.
REFERENCIAS
Das, B. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, México: International Thomson
Learning.
Lancellotta, R. (1987). Geotécnica, Bologna: Incola Zanichelli Editore.
26

CAPITULO
LOS SÓLIDOS EN EL SUELO
La fase sólida contribuye, en buena medida, en la determinación del comportamiento
mecánico del suelo, y como ya se ha visto está constituida por granos o partículas minerales
y en menor grado por materia orgánica. Por consiguiente, el análisis de la influencia de los
sólidos en el suelo debe considerar las características de la partícula, y de éstas las que más
interesan en el presente caso: forma, tamaño y composición mineralógica.
3.1 FORMA DE LA PARTÍCULA
Tiene mucha importancia en el comportamiento mecánico del suelo. Sin embargo,
medirla o describirla cualitativamente resulta difícil, dado que en la naturaleza muy rara vez se
encuentran partículas con las formas regulares conocidas. Por esta razón se agrupa la forma
de los granos en tres clases: equidimensional, laminar y acicular, siendo las dos primeras las
más importantes.
Por otro lado la forma de las partículas es diferente en los suelos gruesos con respecto
a la de los suelos finos, conforme se indica a continuación.
3.1.1 Forma en los suelos gruesos
En estos suelos predomina la forma equidimensional, aquella en la cual las tres
dimensiones del espacio, largo, ancho y espesor, son del mismo orden de magnitud, o sea que
esas dimensiones son comparables o semejantes. Estas partículas se forman principalmente
por la desintegración mecánica de la roca y rara vez son menores que 0.001 mm de diámetro.
La angulosidad o redondez de las partículas es muy difícil de medir, razón por la cual
se la describe de manera cualitativa, conforme se indica en la Figura 3.1. Con referencia a la
misma:
3.1.1.1 Partículas angulosas
Son aquellas que tienen aristas (lados) y vértices (puntas) definidos, formadas
principalmente por la trituración de las rocas.
3.1.1.2 Partículas subangulosas
Se tienen cuando los vértices están desgastados y las aristas más afiladas se han
suavizado.
3.1.1.3 Partículas subredondeadas
Son aquellas en que tanto las aristas, como los vértices se han desgastado.
3.1.1.4 Partículas redondeadas
Si además de no tener aristas ni vértices, tienden a la forma esférica se tiene una
partícula redondeada.
27
TRES

Fig 3.1 Forma de las partículas en suelos gruesos Fuente: Sowers, 1972
Las partículas pequeñas de arena cuando están cerca de su lugar de origen tienden a
ser muy angulosas, mientras que las gravas y cantos del mismo lugar son subangulosas a
subredondeadas y las que se depositan a mayor distancia son redondeadas. Las partículas de
arena de playa, batidas por las olas y el viento, tienen formas entre subangulosas y
redondeadas, según el mineral y la distancia a la que se encuentren respecto a su lugar de
origen. Las arenas transportadas por el viento, que ruedan y se depositan en médanos, se
vuelven muy redondeadas, mientras que las mismas arenas depositadas en agua son más
angulosas.
3.1.2 Forma en los suelos finos
Fig 3.2 Forma de las Partículas en Suelos Finos Fuente: Bowles, 1982
28
5µm
a)
b)
a) Caolinita
b) Minerales arcillosos
haloisíticos

V
S
Se =
En estos suelos predominan las partículas de forma laminar, aquella en la cual dos
dimensiones prevalecen sobre la tercera, o sea que la tercera dimensión tiene una magnitud
insignificante respecto a las otras dos, como sucede con una hoja de papel (Figura 3.2). Se
originan preponderantemente en la descomposición química de la roca y actúan como muelles
separando los granos equidimensionales del suelo, haciéndolo elástico. Si están orientadas al
azar pueden resistir los desplazamientos. Si están empaquetadas paralelamente, resisten los
desplazamientos perpendiculares, pero se pueden desplazar fácilmente en la dirección paralela
a sus superficies.
En menor cantidad puede encontrarse en los suelos finos, partículas de forma acicular
o sea aquella en la cual una sola dimensión prevalece sobre las otras dos, es decir que dos
dimensiones tienen una magnitud insignificante respecto a la primera. Es el caso de una aguja,
de donde proviene su nombre. Estas partículas se encuentran principalmente en algunos
depósitos de coral y en las arcillas atapulgíticas (Ver 3.9.3.3).
3.2 INFLUENCIA DE LA FORMA EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO
3.2.1. Si comparamos dos suelos gruesos, gravas por ejemplo, el uno constituido por
partículas de forma angulosa y el otro por partículas de forma redondeada, manteniendo
constante el tamaño de las partículas y su constitución mineralógica, el comportamiento
mecánico de los dos suelos será bastante distinto.
En efecto, la masa de partículas angulosas tendrá más resistencia al corte y menos
deformación que la masa de partículas redondeadas. Ello debido a la trabazón entre los
granos de la masa con partículas angulosas. Recuérdese que este principio es básico para
preferir agregados triturados como material de construcción: hormigón o bases y subbases
para carreteras.
Sin embargo, la masa de partículas angulosas tendrá falla frágil, es decir una ruptura
violenta de su estructura con pérdida de su capacidad para resistir cargas. El diseño con este
material requerirá por tanto un mayor factor de seguridad para alejarse del valor en donde se
producirá ese colapso.
Por el contrario, la masa de partículas redondeadas experimentará una falla plástica
que implica una gran deformación pero sin pérdida total de su capacidad de resistir cargas.
3.2.2. Si comparamos una masa constituida con partículas equidimensionales y otra con
partículas laminares, un suelo grueso frente a un suelo fino por ejemplo, veremos que la
primera soporta cargas estáticas de consideración con pequeña deformación, especialmente
si los granos son angulosos. Por el contrario la masa de partículas laminares se comprime y
deforma fácilmente, como lo hacen las hojas secas de los árboles o los papeles sueltos en un
cesto.
3.2.3 El comportamiento se invierte si se aplica carga dinámica: vibración o sismo, por
ejemplo. Así, la masa de partículas equidimensionales experimentará mayor desplazamiento
entre granos, lo cual se reflejará en una mayor deformación, mientras que la masa de
partículas laminares será relativamente estable. Observe que en la práctica el hormigón se
compacta por vibración y los suelos finos con rodillos pesados.
3.2.4 Finalmente, otro importante efecto de la forma de las partículas es su influencia sobre
la superficie específica (Se) en los suelos. Se denomina superficie específica a la relación
entre el área superficial de un material y su volumen o masa.
Ec. 3.1
En donde:
S = área superficial, y
V = volumen
Se comprueba que la forma laminar da lugar a una superficie específica mucho mayor
que la forma equidimensional. Para demostrarlo calculemos la superficie específica de una hoja
29

de papel, suponiendo que sus dimensiones son 30 cm de largo, 20 cm de ancho y 0.01 cm de
espesor. Entonces:
S = 2*20*30 = 1.200 cm²
V = 20*30*0.01 = 6 cm³
Se = 1200/6 = 200 cm²/cm³
Si ahora determinamos el diámetro de una esfera de igual volumen, llamado diámetro
equivalente (De).
De = (6V/π)1/3
= (6*6/π)1/3
= 2.25 cm
La superficie de esa esfera será:
S = πD2
= 15.9 cm²
Y entonces:
Se = 15.9/6 = 2.65 cm²/cm³
La hoja de papel tiene, por tanto, 75 veces más superficie específica que la esfera de
volumen equivalente.
En física se comprueba que si un material tiene más masa (y volumen) que superficie,
su comportamiento mecánico será determinado por las fuerzas gravitacionales. En cambio, si
tiene más superficie que masa (mayor superficie específica) su comportamiento mecánico será
determinado por las fuerzas superficiales (electroquímicas, por ejemplo).
Como conclusión final, el comportamiento mecánico del suelo grueso (menor superficie
específica) será gobernado por las fuerzas gravitacionales, y el de los suelos finos, por las
fuerzas superficiales.
3.3 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS
En la naturaleza se puede encontrar la más completa variedad de tamaños de
partículas de suelos, desde el tamaño máximo que puede considerarse como partícula de suelo
(Ver 1.2.2) hasta el tamaño más pequeño, del orden de 1x10-6
mm o sea en una escala de 1 a
1 billón aproximadamente. La gran magnitud de esta escala puede apreciarse teniendo en
cuenta, que es una relación semejante a la existente entre una canica y el globo terráqueo.
Ante tal diversidad, y con el objeto de racionalizar el conocimiento, la Mecánica de
Suelos divide toda la escala de tamaños en unos ciertos rangos o secciones. Se asigna un
nombre a la partícula cuyo tamaño se encuentre dentro de esos rangos, como se indica en la
Tabla 3.1. En las Tablas 3.2 y 3.3 se exponen los criterios de la American Society for Testing of
Materials (ASTM) y del M.I.T. respecto al mismo tema.
Nombre Tamaño
Tamiz
Desde ( mm ) Hasta ( mm )
Bloque o Boleo 305 En adelante > 12”
Canto 76 <305 3” – 12”
Grava 4.76 <76 Nº 4 – 3”
Arena Gruesa 2.00 <4.76 Nº 10 – Nº 4
Arena media 0.42 <2.00 Nº 40 – Nº 10
Arena Fina 0.074 <0.42 Nº 200 – Nº 40
Limo 0.002 <0.074 < Nº 200
Arcilla Coloidal <0.002 --
Tabla 3.1 Tamaño de las partículas Fuente: Autor
30

Denominación Tamaño (en mm)
Grava 76,20 a 4,76
Arena gruesa 4,76 a 2,00
Arena media 2,00 a 0,42
Arena fina 0,42 a 0,074
Finos Menor de 0,074
Tabla 3.2 Clasificación A.S.T.M. Fuente: Márquez, 1982
Denominación Tamaño (en mm)
Grava Mayor de 2,0
Arena gruesa 2,0 a 0,6
Arena media 0,6 a 0,2
Arena fina 0,2 a 0,06
Limo grueso 0,06 a 0,02
Limo medio 0,02 a 0,006
Limo fino 0,006 a 0,002
Arcilla Menor de 0,002
Coloides Menor de 0,001
Tabla 3.3 Clasificación del M.I.T Fuente: Márquez, 1982
Como se verá en el siguiente capítulo la palabra arcilla se utiliza para describir a un
suelo fino con elevada plasticidad. Puede evitarse la confusión empleando la denominación
fracción arcillosa, en lugar de simplemente arcilla, para las partículas con tamaño inferior a
0.002 mm (2 µ). En la Figura 3.3 se indica la escala de tamaños según el libro Mecánica de
Suelos de T. William Lambe y en las Figuras 3.4 y 3.5 se presentan fotos de partículas
referidas por el mismo autor.
Fig 3.3 Escala de Tamaño de las Partículas de Suelo Fuente: Lambe, 1990
31

(a) Arena de Ottawa (b) Arena de playa de Hawai (c) Arena de Venezuela
(d) Cristales de feldespato (e) Cristales de cuarzo (f) Cristales de dolomita
(g) Arena de Libia (h) Planta de gas natural (i) Brega Raguba
Fig 3.4 Fotos de Partículas de Arena Fuente: Lambe, 1990
Fig 3.5 Fotos de Partículas de Arcilla Fuente: Lambe, 1990
3.4 MÉTODOS PARA DETERMINAR EL TAMAÑO
En Mecánica de Suelos todos los procedimientos para separar las partículas en sus
diferentes rangos o fracciones se encasillan bajo la denominación de análisis mecánico. De
tales métodos, se utilizan preferentemente los siguientes:
1. Tamizado o cribado por mallas
2. Sedimentación
El método de tamizado se utiliza para suelos gruesos, aquellos que contienen
partículas de tamaño mayor a 0.074 mm (tamiz Nº 200), y el de sedimentación para suelos
finos, los que tienen partículas de tamaño menor a 0.074 mm (tamiz Nº 200), de conformidad
con lo indicado en la Tabla 3.1. El tamiz Nº 200, constituye entonces el límite entre las
partículas de suelo grueso y las de suelo fino, pero se debe recalcar que esta división es
32

puramente convencional y varía según las diversas normativas existentes, aunque en un rango
relativamente pequeño.
3.4.1 Método del Tamizado
Consiste en hacer pasar una muestra representativa del suelo a través de una torre
de tamices de aberturas sucesivamente descendentes, agitándola vertical y horizontalmente
para separar las partículas en sus diferentes rangos o fracciones de tamaños. Figura Nº 3.6.
Un tamiz es un recipiente cuyo fondo tiene una abertura cuadrada, calibrada y
conocida. Con el proceso de agitado, las partículas más grandes quedan retenidas en los
primeros tamices y las más pequeñas pasan a los siguientes, pero se retendrán en alguno de
los tamices colocados más abajo. Solo las más pequeñas atravesarán todos los tamices y
llegarán a una bandeja inferior, que no tiene abertura.
La cantidad retenida en cada tamiz se pesa y el porcentaje que representan respecto al
peso de la muestra total se suma a los porcentajes retenidos en los tamices anteriores. El
complemento a 100% será el porcentaje de partículas que pasan el tamiz en análisis, conforme
se verá en el numeral 3.5.
Fig 3.6 Método de Tamizado Fuente: Autor
Todas las especificaciones respecto a los tamices se pueden consultar en las
diferentes normas existentes, por ejemplo, la ASTM E 11. De conformidad con la misma, el
tamiz de mayor abertura es el de 4”; los tamices con abertura mayor a ¼” = Nº 3, se denominan
según su abertura en pulgadas y los que tienen abertura inferior se les llaman con un número
que indica la cantidad de aberturas que existen por pulgada de longitud de la malla. En general,
dicha denominación tiene una relación inversa con su respectiva abertura. Así, la abertura del
tamiz Nº 100 será el doble respecto a la abertura del tamiz Nº 200.
De acuerdo con el tamaño de la mayoría de las partículas constitutivas de una muestra
de suelo, se puede establecer la torre de tamices más conveniente. La torre de tamices deberá
tener solo las mallas suficientes para definir adecuadamente la distribución de tamaños, y la
abertura de cada malla debe ser aproximadamente la mitad de la anterior. Cinco a ocho mallas
son, en general, suficientes. En suelos gruesos es usual elaborar una serie que incluya los
tamices: 3”, 2”, 1½”, ¾”, 3
/8” y Nº 4. En suelos finos es común utilizar la serie Nº 4, Nº 10, Nº 40
y Nº 200. En un suelo que contenga partículas gruesas y finas, la serie más aconsejada será la
unión de las dos anteriores. Si el suelo se pretende utilizar como material de construcción se
escoge la serie más conveniente para determinar las características de tamaño que sean
necesarias para evaluar su calidad. Para un agregado fino, por ejemplo, se usa la serie Nº 4, Nº
8, Nº 16, Nº 30, Nº 50, Nº 100 y Nº 200. En la Tabla 3.4 se indica las características de los
tamices más utilizados en diferentes países. En el nuestro generalmente se utilizan los de
EE.UU.
33

EE.UU. Gran Bretaña Francia Alemania
ASTM E-11-70 I. B. N. – BS-410 AFNOR X - 11 - 501 DIN 4188
Tamaño o
Nº
Abertura Nº Abertura Nº Abertura Designación Abertura
mm. mm. mm. µm. mm.
4'' 101,6
3'' 76,1
2 ½'' 64,0
2'' 50,8
1 ¾'' 45,3
1 ½'' 38,1
1 ¼'' 32,0
1'' 25,4 25,0
3/4'' 19,0 20,0
18,0
5/8'' 16,0 16,0
1/2'' 12,7 12,5
3/8'' 9,51 10,0
5/16'' 8,00 8,0
1/4'' Nº 3 6,35 6,3
Nº
4 4,76 38 5,000 5,0
5 4,00 37 4,000 4,0
6 3,36 5 3,353
7 2,83 6 2,812 36 3,150 3,15
8 2,38 7 2,411 35 2,500 2,50
10 2,00 8 2,057 34 2,000 2,00
12 1,68 10 1,676 33 1,600 1,60
14 1,41 12 1,405 32 1,250 1,25
16 1,19 14 1,204
18 1,00 16 1,003 31 1,000 1,00
20 0,841 18 0,853
25 0,707 22 0,699 30 0,800 800 0,800
30 0,595 25 0,599 29 0,630 630 0,630
35 0,500 30 0,500 28 0,500 500 0,500
40 0,420 36 0,422 27 0,400 400 0,400
45 0,354 44 0,353 26 0,315 315 0,315
50 0,297 52 0,295
60 0,250 60 0,251 25 0,250 250 0,250
70 0,210 72 0,211 24 0,200 200 0,200
80 0,177 85 0,780 23 0,160 160 0,160
100 0,149 100 0,152
120 0,125 120 0,124 22 0,125 125 0,125
140 0,105 150 0,104 21 0,100 100 0,100
170 0,088 170 0,089 90 0,090
20 0,080 80 0,080
200 0,074 200 0,076 71 0,071
230 0,063 240 0,066 19 0,063 63 0,630
56 0,056
270 0,053 300 0,053 18 0,050 50 0,050
325 0,044 17 0,040 45 0,045
400 0,037 40 0,040
Debe anotarse finalmente, que el tamizado proporciona la dimensión intermedia o
ancho de la partícula.
3.4.2 Método de Sedimentación
Se lo utiliza para suelos finos o para la fracción fina de un suelo grueso. Existen dos
procedimientos principales para realizarlo: utilizando la pipeta, o el hidrómetro. En adelante
nos referiremos solo al método que utiliza el hidrómetro.
El método se basa en el hecho de que la velocidad de sedimentación de las partículas
en un líquido es función de su tamaño. En efecto, la ley de Stokes, publicada en 1850,
proporciona una relación aplicable a una esfera que cae en un fluido homogéneo de extensión
infinita. Aplicando esa ley se obtiene el diámetro equivalente de la partícula o sea el diámetro
34
Tabla 3.4 Serie de tamices más utilizados Fuente: Bowles, 1982

de una esfera que tiene igual peso específico que la partícula y que desciende con igual
velocidad. Esto constituye una severa limitación, pues la forma de las partículas de un suelo
fino, normalmente difiere mucho de una esfera.
La expresión de la ley de Stokes es:
Ec. 3.2
De donde:
Ec. 3.3
En la que:
ν = Velocidad de sedimentación de la esfera, en cm/s.
γs = Peso específico de la esfera, en g/cm³.
γf = Peso específico del fluido, variable con la temperatura, en g/cm³.
η = Viscosidad del fluido, variable con la temperatura, en g.s/cm².
D = Diámetro de la esfera, en cm.
La ley de Stokes es aplicable a partículas de suelo que se sedimenten en agua y que
tengan tamaños variables entre aproximadamente 0.2 mm y 0.2 micras (0.0002 mm). Tamaños
mayores provocan turbulencias que alteran apreciablemente la ley de sedimentación, y
tamaños menores se afectan por el movimiento browniano y no sedimentan. La ley permite
determinar el diámetro equivalente máximo de las partículas que, al sedimentarse, se
encuentran a la altura del centro del bulbo del hidrómetro en un instante dado.
Debe notarse que, como el análisis por tamizado llega hasta el tamaño de 0.074 mm
(tamiz Nº 200) que se encuentra en el rango de validez de la ley de Stokes, se pueden obtener
datos ininterrumpidos de tamaños y sus correspondientes porcentajes aplicando los dos
métodos. Ver Figura 3.9.
El ensayo consiste en dispersar una cierta cantidad de suelo (aproximadamente 50 g
por litro, para que las partículas no se interfieran al sedimentarse) en el agua colocada en una
probeta de vidrio (la probeta estándar de 1000 cm³), de manera que se forme una suspensión,
ayudada por un agente defloculante (usualmente hexametafosfato de sodio). A continuación se
mide el peso específico de la suspensión a diferentes intervalos de tiempo, mediante el
dispositivo llamado hidrómetro (Figura 3.7), que está calibrado para medir directamente dicho
peso específico en g/cm³, considerando un peso unitario de los sólidos de 2.65 g/cm³ y a una
temperatura de 20º C. En cada medida el hidrómetro debe ser sumergido y removido suave y
lentamente para ocasionar la menor turbulencia posible.
En la práctica está muy extendido el uso del hidrómetro 152H de la ASTM y todo lo que
se desarrolla a continuación se lo hace bajo esa premisa.
Suponiendo que la ley de Stokes es válida, las partículas sedimentarán en la zona
superior de la suspensión, en donde se introduce el hidrómetro, a una velocidad de:
En donde:
L = profundidad de la zona de sedimentación o distancia que la partícula ha descendido
en el tiempo t (profundidad efectiva)
t = tiempo transcurrido
35
2/1
fs
v18
D 





γ−γ
η
=
2
*
18
)(
Dv
fs
η
γγ −
=
t
L
v =

Fig 3.7 Método de sedimentación Fuente: Bowles, 1982
La distancia de descenso L se encuentra directamente de la lectura del hidrómetro que
debe ser corregida por el menisco (Cm). También se necesita realizar correcciones por la
presencia del defloculante (Cd) y por las variaciones de la temperatura respecto a la calibración
(Ct). Se debe considerar, además, el elevamiento de la superficie del agua, debido a la
introducción del hidrómetro en la suspensión suelo – agua.
Con referencia a la Figura 3.7, la altura del levantamiento del agua, h, en la probeta de
ensayo tendrá una magnitud igual a:
Ec. 3.4
En donde:
Vb = volumen del bulbo del hidrómetro y de la parte sumergida de su cuello
A = área del cilindro de ensayo
Como la suspensión es turbia y requiere, las lecturas Ra del hidrómetro se hacen
desde la parte superior del menisco.
Ra + Cm + L1 = L’ = R + L1
L1 = L’ – R, y
L + (Vb/A ) = L1+ (L2/2)+ (Vb/2A), o sea:
Ec. 3.5
Reemplazando:
Ec. 3.6
36
A
V
h b
=






−+=
A
V
LLL b
22
1
21
R
A
V
LLL b
−





−+=
22
1
' 2

Todos los valores de la Ecuación 3.6, excepto R, son constantes para un hidrómetro
dado y pueden ser establecidas previamente. Para facilitar el cálculo existen tablas que
proporcionan los valores de L en función de R = Ra + Cm, para el hidrómetro 152H. Entonces
el diámetro equivalente será:
Ec. 3.7
El hidrómetro lee directamente la cantidad de partículas en suspensión. En
consecuencia, el porcentaje que pasa será establecido por la proporción:
Ec. 3.8
En donde:
a = Corrección por peso unitario de las partículas sólidas (si no es igual a 2.65 g/cm³)
Rc = Lectura del hidrómetro corregida para calcular el porcentaje (Rc = Ra – C0+Ct)}
WS= Peso del suelo utilizado originalmente para hacer la suspensión suelo - agua, en g
C0 se llama corrección cero. Una lectura menor que cero (el hidrómetro se hunde por
debajo del cero marcado en su cuello), es una corrección negativa. Una lectura mayor a cero
es una corrección positiva. La corrección cero se hace utilizando una segunda probeta llena
con agua clara, a la temperatura del ensayo, e incluye el efecto del menisco ya que la lectura
cero se hace en la parte superior del menisco y no hasta la superficie del agua.
La información obtenida del análisis granulométrico por hidrómetro usualmente se
presenta en un gráfico semilogarítmico, representando en las abscisas a escala logarítmica el
diámetro de las partículas en mm y en ordenadas, en escala aritmética, el porcentaje que pasa.
Finalmente se insiste en la precaución con la que deben manejarse estos resultados,
considerando la dificultad de asociar un diámetro equivalente, con la forma laminar de las
partículas de la mayoría de suelos finos.
Un análisis hidrométrico tendría completa validez en el producto fino de una trituradora
de materiales (conocido localmente como polvo de piedra), dado que en este caso las
partículas finas tendrán preponderantemente forma equidimensional.
3.5 INFLUENCIA DEL TAMAÑO EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO
La importancia de conocer las dimensiones de la partícula deriva del hecho que en el
caso del suelo grueso, el comportamiento mecánico del material puede ser correlacionado con
tal información.
En el suelo fino las propiedades mecánicas dependen de su estructura, plasticidad e
historia geológica, debido a la decisiva influencia de la elevada superficie específica generada
por su forma laminar.
Adicionalmente la superficie específica también aumenta a consecuencia de la
disminución del tamaño de las partículas. En efecto, la superficie específica tiene una relación
inversa con el tamaño de la partícula, conforme se demuestra en la Tabla 3.5. Se confirma con
esto la gran influencia de las fuerzas gravitacionales en los suelos gruesos y de las fuerzas de
superficie, en los suelos finos.
Tamaño de la
Partícula
Número de partículas Superficie Volumen
Superficie
Específica
Lado Nº cm2
cm3
cm2
/cm3
1 cm 1 6 1 6
1 mm 103
60 1 60
1 µ 1012
60 000 1 60 000
Tabla 3.5 Influencia del tamaño de las partículas Fuente: Autor
En la Tabla 3.5 se considera una muestra cúbica de suelo, que tiene 1 cm por lado y
para mantener constante la forma de las partículas se asume que éstas son igualmente
37
( )
2
1
18






−= WS
t
L
D γγ
η
100*
*
(%)
SW
Rca
pasaquePorcentaje =

ihastadesdeparcialestenidosiacumuladoretenidoPorc 1Re(%). Σ=
100*(%)
sW
iretenidoPeso
iparcialretenidoPorcentaje =
cúbicas. Se determina entonces el número de partículas que pueden caber en el cubo antes
mencionado, y a partir de ello, la superficie, volumen y superficie específica del conjunto de
partículas. Se observa que en un cm³ de arcilla (tamaño de partícula semejante a 1 µ) existe
10.000 veces más superficie que en una grava fina (tamaño de partícula semejante a 1 cm).
En la Tabla 3.6 se proporcionan valores referenciales de superficie específica en
algunos suelos, esta vez relacionada con el peso del material.
Descripción Φ (mm) Se (m2
/ g)
Arena fina con partículas redondeadas 1.0 0.03
Limo con partículas equidimensionales 0.074 1.0
Arcilla caolinítica 10 – 20
Arcilla ilítica 100
Arcilla motmorillonítica ( expansiva ) 1000
Tabla 3.6 Valores referenciales de superficie específica Fuente: Autor
3.6 GRANULOMETRÍA
Es el análisis de la distribución de tamaños de las partículas de un suelo. Conforme se
indicó en el Numeral 3.4, consiste en lo siguiente:
1. Tomar una muestra representativa del suelo y determinar su peso de sólidos
(Ws). Recuérdese que la granulometría es una propiedad de las partículas, las
cuales constituyen la fase sólida del suelo y por tanto el peso inicial debe ser el de
sólidos.
2. Reducir los terrones de la muestra a partículas individuales. Para ello existen
dos métodos: por vía húmeda o por vía seca. En los suelos gruesos es suficiente
secar la muestra, disgregarla y proceder a realizar los pasos que se indican a
continuación (vía seca). En suelos que tienen una importante cantidad de
partículas finas resulta difícil disgregar los grumos en partículas individuales. En tal
caso, se mezcla el suelo con agua para formar una lechada que luego se lava a
través del tamiz Nº 200 hasta lograr la completa eliminación de las partículas
menores que dicho tamiz. (vía húmeda). La porción retenida se recolecta y se
seca en el horno. (Si es necesario, el suelo fino se analizará con el método de
sedimentación, caso en el cual se procederá de acuerdo con lo indicado en 3.4.2)
3. En la muestra seca, separar los granos por tamaños utilizando el método del
tamizado. Se cierne la muestra por una torre de tamices previamente adoptada
(Ver 3.4.1) y se pesa la cantidad retenida en cada tamiz.
4. Calcular el porcentaje retenido parcial dividiendo el peso retenido en cada tamiz
para el peso de sólidos inicial.
Ec.
3.9
5. Calcular el porcentaje retenido acumulado sumando los porcentajes retenidos
parciales, desde el primero hasta aquel en el cual se realiza el cálculo.
Ec. 3.10
6. Calcular el porcentaje que pasa restando de 100 el porcentaje retenido acumulado.
Ec. 3.11
En el ejemplo que se expone en la Tabla 3.7 se ha tomado una muestra de suelo cuyo
peso inicial de sólidos es 500 g. La abertura de cada tamiz se determina de acuerdo con lo
indicado en el numeral 3.4.
38
iacumuladotenidoipasaPorcentaje Re100(%) −=

Para entender el significado físico de cada uno de estos valores, analicemos los
resultados obtenidos en el tamiz Nº 30, que se resaltan en negrilla en la Tabla 3.7.
Tamiz
Nº
Abertura
mm
Peso
Retenido
g
Retenido
Parcial
%
Retenido
Acumulado
%
Pasa
%
3/8 9.52 0 0 0 100
4 4.76 50 10 10 90
8 2.38 50 10 20 80
16 1.19 70 14 34 66
30 0.595 100 20 54 46
50 0.297 100 20 74 26
100 0.149 75 15 89 11
200 0.074 50 10 99 1
Bandeja --- 5 1 100 0
Tabla 3.7 Cálculo de la granulometría de un suelo Fuente: Autor
El porcentaje retenido parcial en ese tamiz indica que un 20% de la muestra (una
quinta parte de la misma) tiene tamaños menores que 1.19 mm (abertura del tamiz anterior)
pero mayores que 0.595 mm. O sea que el 20% de la muestra pasa el tamiz Nº 16 y se
retiene en el tamiz Nº 30.
El porcentaje retenido acumulado indica que si solo se hubiese utilizado el tamiz Nº
30, el 54% de la muestra (algo más de la mitad) tiene tamaños mayores que 0.595 mm, o sea
que el 54% de la muestra se retiene en ese tamiz.
El porcentaje pasa indica que si solo se hubiese utilizado el tamiz Nº 30, el 46% de la
muestra (algo menos de la mitad) tiene tamaños menores que 0.595 mm, o sea que el 46% de
la muestra pasa ese tamiz.
Por otro lado, si al cálculo realizado se aplica la Tabla 3.1, se observa que el suelo
analizado está constituido por 10% de partículas del tamaño de la grava (porcentaje retenido
acumulado en el tamiz Nº 4), 1% de finos (porcentaje que pasa tamiz Nº 200) y 89% de arena
(porcentaje que pasa tamiz Nº 4 menos porcentaje que pasa tamiz Nº 200). En conclusión se
trata de un suelo arenoso.
En el análisis granulométrico interesa siempre conocer si el suelo es bien o mal
gradado. Será bien gradado, si posee una amplia gama de tamaños y en cada una de ellas
tiene cantidades significativas.
Será mal graduado si posee una reducida gama de tamaños (uniforme), o si posee
una amplia gama de tamaños pero muchos de ellos en cantidades insignificantes (material de
gradación discontinua).
En la tabla de cálculo de la granulometría, los criterios antes expuestos no resultan
totalmente evidentes, razón por la cual es necesario dibujar una Curva Granulométrica.
3.6.1 Curva Granulométrica
Es la representación gráfica del análisis granulométrico. Consiste en trazar un gráfico
que relaciona el porcentaje que pasa con el tamaño de la partícula, para lo cual se utiliza un
sistema de ejes coordenados en el cual se representa el porcentaje que pasa en las ordenadas
(en %) y la abertura del tamiz en las abscisas (en mm, por ejemplo).
Dado que la gama de tamaños normalmente es muy amplia, y a fin de dar a todos los
tamaños un espacio igualmente representativo, es conveniente utilizar escala logarítmica en las
abscisas, para lo cual se necesita un papel semilogarítmico. Téngase presente por ejemplo que
la diferencia de comportamiento de dos suelos con partículas de 2.61 o 2.62 mm, sería muy
pequeña y en cambio esa diferencia sería notoria entre dos suelos con partículas de 0.01 y
0.02 mm, aún cuando la diferencia numérica en ambos casos es de 0.01 mm.
39

Con el número de tamices que usualmente se destina para el análisis granulométrico,
es suficiente unir los puntos obtenidos con segmentos de recta. Conforme aumente el número
de tamices, la línea quebrada tenderá a transformarse en una curva.
La forma de la curva granulométrica indica en forma cualitativa la distribución de
tamaños de las partículas, como puede verse en la Figura 3.8.
Fig 3.8 Curvas Granulométricas Fuente: Márquez, 1982
Si la curva es extendida horizontalmente, a la manera de una letra S alargada y por
tanto cubre un intervalo amplio de tamaños representa un suelo bien gradado.
Por el contrario un suelo puede ser mal gradado por dos causas: primero porque todos
los tamaños de las partículas del suelo se encuentran en un rango muy reducido, con lo cual la
curva es casi vertical, es decir no cumple con la condición de extensión. Segundo, por tener
carencia o cantidades poco significativas de muchos tamaños, lo que se manifiesta en una
curva que puede ser extensa, pero presenta jorobas o partes casi horizontales, es decir no
cumple con la condición de forma. Este es el suelo llamado de gradación discontinua.
En otras palabras un suelo uniforme es mal gradado, pero un suelo mal gradado puede
no ser uniforme.
Para cuantificar los conceptos antes emitidos, en la curva granulométrica Hazen
propuso la definición de dos coeficientes: el de uniformidad y el de curvatura.
3.6.2 Coeficiente de Uniformidad (CU)
Se define como:
Ec. 3.12
En realidad debería llamarse Coeficiente de Desuniformidad pues, conforme se verá a
continuación, su valor numérico aumenta cuando el suelo es menos uniforme.
3.6.3 Coeficiente de Curvatura (cC)
Se define como:
Ec. 3.13
En las definiciones anteriores:
Di = Tamaño tal que el i % pasa (Determinado en la curva granulométrica)
40
10
60
D
D
=UC
1060
2
30
* DD
D
cC =

De manera que:
D60 = Tamaño tal que el 60 % pasa
D30 = Tamaño tal que el 30 % pasa
D10 = Tamaño tal que el 10 % pasa. Llamado también diámetro efectivo (De).
Todos estos tamaños se determinan gráficamente en la curva granulométrica,
extrapolando si es posible, conforme se detalla en la Figura 3.9.
Fig 3.9 Determinación de D60, D30 y D10 Fuente: Das, 2001
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ver 5.4) establece que una arena bien
gradada debe cumplir simultáneamente con las siguientes condiciones:
CU> 6 (extensión), y
1≤cC≤3 (forma)
En el caso de la grava, para que sea bien gradada, se establece que:
CU> 4 (extensión), y
1≤cC≤3 (forma)
El incumplimiento de una de las dos condiciones o de ambas, significa que el suelo es
mal gradado.
En la naturaleza los mínimos valores de Cu encontrados son del orden de 2. Para
obtener valores menores se debe preparar el material mediante sucesivos procesos de
tamizado. Este es el caso de materiales utilizados en filtros de obras hidráulicas o sanitarias.
Tanto cC como CU son valores de importancia en suelos gruesos, arenas y gravas, y
siempre que el contenido de finos sea menor o igual que el 10%. En caso contrario pierden su
validez.
Cabe aclarar que para llegar a un conocimiento cabal de los rangos de tamaños de un
depósito, la gradación debe analizarse con varias curvas granulométricas de un mismo suelo,
obtenidas en diferentes muestras.
3.7 INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRÍA EN EL COMPORTAMIENTO
MECÁNICO
La buena o mala gradación de las partículas de un suelo grueso incide directamente en
dos de sus propiedades mecánicas: la resistencia al corte y la permeabilidad. En la Figura 3.10
se representa en forma esquemática un suelo grueso bien gradado y otro mal gradado.
41

Fig 3.10 Suelo grueso bien y mal gradado Fuente: Autor
El suelo bien gradado
tiene una estructura más
cerrada, con menor tamaño
de poros y en menor
cantidad, debido a que los
poros que dejan las
partículas más grandes son
ocupados por las partículas
más pequeñas y así
sucesivamente. La masa
tiene por tanto mayor
cantidad de contactos
intergranulares lo cual
resulta en una mayor
resistencia al corte, en
comparación con el material
mal gradado. El suelo mal
gradado, en cambio, tiene
una estructura más abierta, con mayor tamaño de poros y en mayor cantidad, ya que los poros
dejados por las partículas más grandes no pueden ser ocupados por otras partículas más
pequeñas, que no existen, por lo menos en cantidad significativa. La masa por tanto dejará
pasar el agua con más facilidad, lo cual significa que el suelo mal gradado es más permeable
que el bien gradado.
Si, por ejemplo, se necesita un agregado fino (arena) para la construcción de una obra
sanitaria, el material que resulta óptimo para preparar el hormigón no será bueno para construir
los filtros (elementos drenantes) de esa obra. De la misma manera un material de óptima
calidad para filtros (muy permeable) no será el mejor material que pueda utilizarse en la
fabricación del hormigón. Recuérdese que la definición de suelo incluye la arena y la grava,
materiales que se usan como agregados en la manufactura del hormigón y de filtros.
3.8 EJERCICIOS DE APLICACIÓN
En el ejercicio resuelto en el numeral 3.6 determinar D60, D30 y D10 y, a partir de los
mismos, calcular CU y cC. Con los resultados obtenidos y desde el punto de vista de la
granulometría, establecer un juicio respecto a la utilización de ese material en una obra
de Ingeniería Civil.
En la Figura 3.11 se ha dibujado la curva granulométrica del material en estudio. Para
determinar D60 en el eje vertical se establece la ordenada correspondiente al 60% pasa y por la
misma se traza una horizontal hasta intersecar la curva granulométrica. Por el punto de
intercepción se traza una perpendicular, la misma que corta el eje horizontal en una abscisa
que corresponde al tamaño para el cual pasa el 60% de la muestra (D60). Igual procedimiento
se sigue para determinar D30 y D10. Los valores que se obtienen son:
D60 = 0.95 mm
D30 = 0.33 mm
D10 = 0.11 mm
Por lo tanto:
CU = 0.95/0.11 = 8,64
y cC = (0.33)2
/(0.95*0.11) = 1.04
En el numeral 3.6 se estableció que el suelo analizado está formado por las siguientes
fracciones:
Grava = 10% (retenido acumulado en el tamiz Nº 4)
Finos = 1% (pasa el tamiz Nº 200)
Arena = 89% (pasa tamiz Nº 4 menos pasa tamiz Nº 200)
En conclusión se trata de una arena bien gradada porque cumple con los dos
parámetros de análisis. Se preferirá utilizarla en la elaboración del hormigón porque su buena
42

Tabla 3.8 Minerales Típicos en Suelos Gruesos Fuente: Autor
gradación influirá en una mejor resistencia de ese material. No será en cambio muy permeable,
razón por la cual no es conveniente para los filtros.
Como ejercicio adicional se sugiere determinar los mismos parámetros para las curvas
representadas en la Figura 3.9.
3.9 MINERALES CONSTITUTIVOS DE LOS SUELOS
Un mineral es una sustancia inorgánica y natural que posee una estructura interna
propia a consecuencia del arreglo de sus átomos e iones. Tiene propiedades físicas y una
composición química que varían dentro de límites definidos o, en su defecto, son fijas. La
estructura atómico-molecular es el factor más importante que condiciona el comportamiento de
los minerales.
3.9.1 En Suelos Gruesos
En estos suelos los minerales predominantes son: silicatos, feldespatos (de potasio,
sodio o calcio, principalmente), micas, olivinos, serpentina; óxidos, entre los cuales tenemos
cuarzo, limonita, magnetita y corindón; carbonatos, como calcita y dolomita; sulfatos, como
anhidrita y yeso (Tabla 3.8).
SUELOS GRUESOS
SILICATOS
FELDESPATOS
MICA
OLIVINO
SERPENTINA
ÓXIDOS
CUARZO
LIMONITA
MAGNETITA
CORINDÓN
CARBONATOS
CALCITA
DOLOMITA
SULFATOS
ANHIDRITA
YESO
43
Fig 3.11 Curva granulométrica del material analizado Fuente: Autor

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