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1. UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRÍAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
FACULTAD DE INGENIERÍA
!CÁLCULO PRECISIÓN Y SIMETRÍA!
ADELANTE INGENIERÍA
Docente : M.Sc. Ing. Germán Lizarazu Pantoja

2. TEMA No. 2
PROPIEDADES
FÍSICAS Y
QUÍMICAS DE LOS
SUELOS

3. 2.1 .- GENERALIDADES.
 La mecánica de suelos estudia a los materiales naturales desde
el punto de vista de su comportamiento, y más probablemente
lo que interesa al Ingeniero Civil son las propiedades físicas de
los suelos antes que sus propiedades químicas a diferencia de
otras disciplinas como la agronomía, donde se estudia y se da
mas énfasis a la composición química de los suelos.
 De esta manera, al Ingeniería de Suelos estudia el tamaño de los
granos, la consistencia, expansión, contracción, densidad,
capacidad de soporte, resistencia al corte, deslizamiento, etc. de
todos los suelos existentes en la naturaleza.
 Dentro del aspecto químico solo interesan las características
mineralógicas de las partículas más pequeñas, como ser la
arcilla.

4.  Las principales propiedades de los granos del suelo son la forma y el tamaño,
y su facilidad de dejar pasar el agua a través de los mismos.
 En los suelos arcillosos, la cohesión y capacidad de almacenamiento son las
propiedades más importantes.
 El estudio de las propiedades de los granos y de los agregados del suelo,
además de los requerimientos mínimos para una descripción adecuada de
los suelos, deben formar parte de todo informe relacionado con todo
proyecto que tenga que ver con el terreno.
 Los espacios existentes entre partículas, se denominan espacios
porosos. Normalmente estos espacios están llenos de agua o
aire (con o sin materiales disolventes).
 De esta manera, se dice que el suelo es un “Sistema
Multifacético” que consiste de la fase mineral, llamado
esqueleto mineral, y de la fase fluida, llamado poro fluido.
2.2 .- FUNCIÓN DE LA FASE POROSA:
INTERACCIÓN QUÍMICA

5.  Si introducimos materia química a la superficie de contacto, la
naturaleza del poro fluido influenciara la magnitud de la
resistencia al corte existente entre partículas.
 Por lo que, en el caso de partículas muy finas, el poro fluido
puede introducirse completamente entre las partículas, tal
como se ve en el grafico, No. 16.
 Fig. 16

6.  Los espacios de estas partículas aumentaran o disminuirán a
medida que la fuerza compresiva aumente o disminuya, por lo
tanto aparece en la masa de suelo una nueva deformación total.
Así, tenemos una segunda consecuencia de la naturaleza
particulada del suelo, que dice: “El suelo necesariamente es
multifacético, donde los constituyentes de la fase porosa
influenciaran la naturaleza de la superficie mineral y por lo
tanto, afectaran el proceso de transmisión de fuerzas en los
contactos entre partículas”. Esta interacción entre faces se
denomina “Interacción Química”
Si consideramos un recipiente de suelo granular donde los
espacios porosos están llenos de agua, es decir el suelo esta
saturado, tal como se ve en la Fig. 17 .
2.3 .- FUNCIÓN DE LA FASE POROSA:
INTERACCIÓN FÍSICA

7.  Fig. 17

8.  Inicialmente, asumiremos que la presión del agua es
hidrostática; es decir, que la presión del agua en los poros en
cualquier punto es igual al peso unitario del agua por la
profundidad a la cual se considera el poro. En estas condiciones
no existirá flujo de agua (a).
 Luego si elevamos el nivel del tanque, existirá una sobrepresión
en la base del recipiente que hará que el agua fluya de abajo
hacia arriba ocasionando un desborde del mismo (b).
 La cantidad de agua que fluya, estará relacionada con el exceso
de presión ocasionando esta propiedad denominada
“Permeabilidad”. Mientras más permeable el suelo, más agua
fluirá por sus poros.
 Si se incrementa aun más la presión en el fondo del recipiente,
se alcanzara una presión tal que la arena comienza a hervir (c).
En estas condiciones se dice que se ha creado una condición de
suelo movedizo. Obviamente, existe una interacción física entre
el esqueleto mineral y el poro fluido.

9.  Por otra parte, el suelo va a ocupar un volumen mayor y por lo
tanto, la resistencia al corte en el suelo ha disminuido.
 Estos cambios ocurren o se deben a la presión existente en el
fondo del recipiente llamado “Presión Total”, que una vez que
haya vencido a la presión en los poros o “Presión Porosa” hará
que el suelo comience a hervir.
 La diferencia de la presión total y la presión porosa, se conoce
con el nombre de “Presión Efectiva”.
 Por lo que podemos decir que la tercera consecuencia de la
naturaleza particulada del suelo es: “El agua que puede fluir a
través del suelo, alterando la magnitud de la fuerza en los
puntos de contacto entre partículas o influenciando la
compresión y la resistencia al corte del suelo”.

10.  Debido a que el suelo es un sistema multifacético, la carga
aplicada a una masa de suelo en un recipiente, es soportada en
parte por el esqueleto mineral y en parte por el poro fluido, por
lo que se dice que ambos elementos se reparten las cargas
exteriores.
 La Fig. 18, muestra el proceso de reparto de cargas. Primero
tenemos un recipiente (a) con suelo granular sobre la que
colocamos un pisto poroso con el nivel de agua en su parte
superior. El pistón permite que se aplique la carga y al mismo
tiempo que el agua pueda fluir a través del mismo.
 En (b), se pude apreciar la analogía hidromecánica, en la que
las propiedades del suelo se han cambiado: La resistencia a la
compresión del suelo esta representada por un resorte; la
resistencia al flujo del agua a través del suelo esta representada
por una válvula en un pistón impermeable, además el recipiente
esta lleno de agua.
2.4 .- CONTRIBUCIÓN AL REPARTO DE CARGAS

11.  Fig. 18

12.  Ahora, suponiendo que se aplica una carga al pistón de la
analogía hidromecánica y además mantenemos la válvula
cerrada. La carga en el pistón es resistida por el agua y el resorte
en relación a la densidad de cada uno, pero se sabe que el agua
es relativamente incompresible, por lo que la carga será
prácticamente soportada por el liquido elemento tal como se ve
en (c) e inmediatamente existirá en el agua una presión igual a
la carga aplicada.
 Luego, sí abrimos la válvula, la presión existente en el agua,
hará que el líquido salga por la misma (d).
 A medida que escapa el agua, el resorte comienza a disminuir
de altura y al mismo tiempo a soportar parte de la carga en el
pistón.
 En esta situación, la presión del agua comienza a disminuir y
disminuye hasta tal punto, en que el resorte soporta toda la
carga. Eventualmente, el agua alcanza su condición inicial
hidrostática y no existirá mas flujo de agua (e).

13.  Solamente que, debido a que el proceso de
transferencia de carga del agua al resorte se realiza
gradualmente, una pequeña cantidad de agua fluirá
por la válvula durante un intervalo de tiempo: Este
cambio gradual, se ilustra en la (f) de la Fig. .
 Todo el proceso explicado en líneas arriba, ocurre en
ejemplos físicos y en problemas de suelos, aunque
inicialmente, el poro fluido no siempre soporta la
carga.
Este proceso gradual de escape de agua, se
denomina “Consolidación” y el tiempo que se
necesita, se llama “Tiempo de Retardación
Hidrodinámico.”

14.  Por lo tanto, podemos decir que la cuarta consecuencia de la
naturaleza particulada del suelo es: “Cuando la carga aplicada
al suelo cambia súbitamente, este cambio es soportado por el
poro fluido y el esqueleto mineral.” Debido a que las
propiedades del suelo cambian con el tiempo, el cambio en la
presión de los poros hará que el agua se mueva a través del
suelo.
 Esta última consecuencia fue descubierta por Karl Terzaghi en
1920. este descubrimiento dio comienzo a la moderna
Ingeniería de los Suelos, siendo una de los primeros aportes de
Terzaghi, quien es considerado el padre de la Mecánica de
Suelos.
 El efecto más importante del “Tiempo de Retardación
Hidromecánico” es procurar un retraso en los asentamientos de
estructuras; es decir, que el asentamiento continúe por muchos
años después que la construcción ha sido completada.