¿Qué es la mecánica de suelos?

En nuestro país es muy común ver construcciones fracturadas, deformadas o hundidas que reflejan la falta de conocimiento del comportamiento del suelo en el momento que se realizaron. Actualmente es imprescindible un análisis correcto del terreno en donde se realizará una obra civil, sobre todo, para evitar pérdidas humanas y económicas; sin importar el tamaño de la construcción. Siendo un país con gran variedad de suelos que difieren en su comportamiento según sus características, se deben realizar los estudios exclusivos en la zona de estudio y con personal capacitado.
Un estudio de mecánica de suelos determina la composición del suelo y sus características en términos de ingeniería. Sirve para conocer la capacidad resistente del suelo, sus posibles deformaciones, comportamiento mecánico, etc.

Los reglamentos y normas de construcción especifican la calidad y características que deben tener los materiales, para conocerlos es necesario realizar sondeos, extracción de muestras, ensayes de laboratorio y con los resultados finalizar en un informe de mecánica de suelos.
Los estudios geotécnicos se apoyan en conocimientos geológicos para realizar un análisis el material presente en el subsuelo a fin de determinar sus propiedades y sobre todo para proponer la cimentación adecuada de diversas estructuras, tales como edificios, estabilización de taludes, túneles y carreteras.

Es considerable el ahorro que se obtiene en una construcción al conocer los factores obtenidos mediante el análisis del terreno en el que se va construir, en comparación al costo del reforzamiento o reparación en una estructura, o en el peor de los casos a la pérdida total de la obra. También tiene ventajas en términos de seguridad y comportamiento final de la obra que se pretende construir.

La mecánica de suelos se realiza en tres fases:

1. Trabajos de campo: Los trabajos de campo principalmente involucran los reconocimientos geotécnicos así bien las técnicas de muestreo de materiales inalterados y alterados, en caso de solicitarse también se cuenta con el trabajo de pruebas en campo.

Como parte de fundamental del estudio de mecánica de suelos es de vital importancia la iteración del geotecnista especializado en campo para poder tener aplicación definida que involucrara el trabajo final para el informe geotécnico.

2. Trabajos de laboratorio: Los trabajos de laboratorio son los ensayes que involucran las características y propiedades índice y mecánicas de los materiales en estudio bajo métodos y normatividades vigentes. Con los trabajos de laboratorio podemos obtener resultados importantes de ensayes en suelos y rocas tales como:

• Pruebas índices (clasificación, contenidos de agua, límites de consistencia, granulometrías densidad de sólidos, pesos volumétricos, VRS).
• Pruebas mecánicas (compresión simple, triaxiales, consolidación unidimensional, saturación bajo carga, permeabilidades,).

El estudio suelos requiere parámetros de diseño acordes al material de suelo que posee el lugar en estudio, con la finalidad de poder llevar estos resultados de laboratorio al diseño geotécnico en DICO S.A. de C.V contamos con personal capacitado y calificado para el área de laboratorio de geotecnia.

3. Trabajos de gabinete: Es una de las partes fundamentales para el estudio de mecánica de suelos donde se llevan a cabo la interpretación de los resultados de campo y de laboratorio siendo así tomados en cuenta para el análisis geotécnico y para el diseño de la propuesta de cimentación.

Los trabajos en gabinete nos aportan un soporte matemático y técnico, así como una conclusión del análisis numérico que involucra cálculos de capacidad de carga, asentamientos y en casos particulares estabilidad de taludes.

Algunos aspectos finales que arrojan los trabajos en gabinete son propuestas de mejoramiento de suelos, propuestas de cimentaciones superficiales, profundas o mixtas, procedimientos de excavación y procedimientos de construcción de cimentaciones.

¿Qué hacemos en el laboratorio de mecánica de suelos?

Una vez que se obtienen los materiales (suelo o material rocoso), mediante el muestreo realizado en la zona de estudio, es necesario realizar ensayes para conocer las propiedades y características de los materiales.

Las pruebas se realizan en un laboratorio de mecánica de suelos, el cual debe contar con equipo necesario para realizar los debidos ensayes. Además de personal especializado, ingenieros, personal técnico y de gestión de calidad para garantizar un correcto estudio de mecánica de suelos.

Es importante que las pruebas de laboratorio a las que se someten las muestras obtenidas en campo ya sean suelos o material rocoso se llevan a cabo bajo las normas vigentes, para asegurar que su calidad y resistencia sean las requeridas en cada proyecto de ingeniería. Las pruebas pueden ser índice o mecánicas, según el tipo de información que se desee obtener.

PRUEBAS ÍNDICE. Proporcionan información del tipo de suelo con el que estamos trabajando así como su comportamiento hidráulico y su composición granular. Algunas pruebas son:

PARA SUELOS

1. Granulometría: consiste en determinar la composición de tamaños de la muestra de suelos, mediante el paso del material por una serie de mallas con aberturas determinadas, pasando primero por las de mayor diámetro, hasta llegar a las más cerradas.

2. Límites de consistencia
-Límite líquido: es el contenido de agua que marca el límite entre los estados semilíquido y plástico de los suelos.
-Límite plástico: es el contenido de agua que marca el límite, entre los estados plástico y semisólido de los suelos.

3. Contenido Natural de agua: se realiza con la finalidad de determinar el contenido de agua presente en una muestra de suelo, re realiza tradicionalmente por medio de secado al horno.

4. Peso Volumétrico: es la relación entre el peso del suelo y el volumen que ocupa.

5. Contracción lineal: es la reducción del volumen del suelo, desde la correspondiente al límite líquido, hasta la del límite de contracción.

6. VRS: es la resistencia al esfuerzo cortante que presentan los suelos. Con esta prueba de laboratorio se analiza la calidad de los materiales en cuanto a resistencia.

PARA MATERIAL ROCOSO

1. Medición del índice de calidad de las rocas: es un parámetro estándar definido como el porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm, sin tener en cuenta las fracturas ocasionadas por el proceso de perforación con respecto a la longitud total del sondeo.

2. Contenido natural de agua: se refiere a la relación que existe entre el peso del agua contenida en una roca y el peso en su fase sólida.

3. Porosidad: se realiza para medir el porcentaje de absorción de agua que presenta la muestra rocosa.

4. Peso volumétrico: para obtener la relación entre el peso de la muestra rocosa y su volumen.

PRUEBAS MECÁNICAS

Brindan información respecto al comportamiento del suelo, es decir características como compactación, asentamientos y esfuerzos de carga. Algunas pruebas son:

PARA SUELOS
1. Consolidación: Para conocer el grado de asentamiento, la compresibilidad y la máxima presión que ha soportado la muestra de suelo.

2. Expansión: con esta prueba se determina el aumento de volumen de una muestra de suelo al humedecerse.

3. Permeabilidad: se realiza para determinar el coeficiente de permeabilidad, que consiste en la propiedad de un suelo de permitir el paso del agua a través de sus vacíos.

PARA MATERIAL ROCOSO
1. Compresión simple: en el ensaye la muestra de roca se somete a una carga y se mide el cambio en su forma y volumen.

2. Abrasión: se realiza con la finalidad determinar el porcentaje de desgaste en la muestra de material rocoso. En el laboratorio de mecánica de suelos se siguen procedimientos establecidos, desde la obtención de las muestras, el traslado y la ejecución

de los ensayes se debe tener especial cuidado; las pruebas se realizan en áreas determinadas para su ejecución con equipo desde el más sencillo como: capsulas, charolas, cucharones, espátulas, mazos, palas, lonas, bolsas, que deben cumplir con las especificaciones; así como equipos que deben ser calibrados y/o verificados como vernier, balanza, hornos, prensas, entre otros. Seguir cada paso de los procedimientos que además están basados en normas vigentes permite la obtención resultados confiables.

El laboratorio de mecánica de suelos juega un papel muy importante dentro del análisis que se le realizan a los materiales obtenidos en la zona de estudio, debido a que la información obtenida de los ensayes se emplea directamente en la proyección y desarrollo de cualquier proyecto de ingeniería.

VENTAJAS
• Se obtienen las propiedades de los materiales de interés.
• Se tiene la confianza de que los ensayes se realizan bajo normatividad.

Un estudio geotécnico es un conjunto de actividades que nos permiten conocer las características geotécnicas de un determinado terreno, para considéralos en el desarrollo de una edificación.
En geotecnia se aplican también conocimientos de geología para conocer el origen de los materiales que finalmente son la base o soporte de las construcciones de ingeniería civil.

En un estudio geotécnico se considera la siguiente metodología: Una exploración y muestreo que nos permita definir de manera preliminar las condiciones y características del suelo, así como la extracción de muestras, ya sean alteradas, inalteradas o ambas. Posteriormente en laboratorio de mecánica de suelos se llevan a cabo los ensayes de las muestras recolectadas en campo obteniendo además de sus características principales, el comportamiento del suelo ante las cargas de la estructura que soportara y el factor de seguridad que debe considerase en el proyecto. Así mismo se debe incluir en un estudio geotécnico el procedimiento constructivo con base en el análisis realizado que garantice la confiabilidad de la construcción. En los estudios geotécnicos se realizan diferentes análisis como los descritos a continuación:

ANÁLISIS DE CAPACIDAD DE CARGA

Se refiere a la carga máxima que puede soportar el terreno sin provocar fallas en la cimentación, asentamientos o daños a la estructura. Este dato nos permite proponer la cimentación adecuada. Se debe considerar que las propiedades de los suelos son diferentes de un lugar a otro por lo que de la misma manera la capacidad de carga es diferente en cada lugar. En nuestro país se calcula con base al reglamento de construcción de la Cd. De México y de las normas técnicas complementarias de CFE, se deben considerar los valores del factor de seguridad permisibles en las cimentaciones.
Los suelos pueden presentar fallas por capacidad de carga debido a la rotura por corte del suelo que se encuentra bajo la cimentación, es decir que el esfuerzo cortante que actúa alcanza un valor límite máximo. Se debe considerar un factor de seguridad es decir, garantizar que el suelo y la cimentación soporten mayores cargas que las que en realidad soportaran. Entre las fallas podemos encontrar tres tipos:
• Falla por corte general: es una falla repentina del suelo, principalmente se presenta en arenas densas y arcillas rígidas, es decir, en suelos incompresible.
• Falla por punzonamiento: generalmente se presenta en suelos muy compresibles.
• Falla por corte local: se presenta en suelos arenosos y arcillosos con compactación media.

ANÁLISIS DE ASENTAMIENTOS

Un asentamiento es el descenso del terreno que se encuentra debajo de una cimentación en una construcción. Se ocasiona debido a las cargas que se transmiten y que provocan que los suelos se compriman. Un asentamiento puede llegar a ser tan grande que afecte una construcción.
Para que el asentamiento se reduzca es necesario que una construcción se realice sobre un suelo con la resistencia necesaria así como distribuir la carga sobre un área suficiente que minimice la presión generada. Los daños que puede ocasionar un asentamiento dependen de cada estructura, es decir, no tiene el mismo daño una estructura de concreto que una de mampostería o una de acero.

ESTABILIDAD DE TALUDES

Un estudio geotécnico en la estabilidad de taludes nos sirve para determinar los parámetros geotécnicos para el dimensionado de estructuras de contención y los coeficientes de seguridad de taludes temporales o definitivos en la obra y establecer medidas de prevención y control para reducir los niveles de amenaza y riesgo. Un estudio geotécnico o geológico en taludes es de gran importancia para el diseño de taludes estables en función de las condiciones requeridas.

CIMENTACIONES

La función de una cimentación consiste en dar soporte adecuado a la estructura. Se realizan con base al cálculo de la capacidad de carga, el asentamiento que presenta el terreno y del tipo de estructura que se desea construir. Una cimentación debe soportar la carga e incluso deformarse pero hasta cierto límite, para no provocar daños a la estructura. o en taludes es de gran importancia para el diseño de taludes estables en función de las condiciones requeridas.

Existen dos tipos de cimentaciones:
• Someras: como su nombre lo dice se realizan a poca profundidad, se utilizan para construcciones relativamente livianas y son menos costosas. Algunos ejemplos son: zapatas aisladas, zapatas combinadas o corridas, losas de cimentación.
• Profundas: se realizan cuando se requiere tener suficiente superficie de contacto y mayor capacidad de carga para soportar una estructura. Algunos ejemplos son: pilotes, pilas, muros pantalla y micropilotes.

VENTAJAS
• Reducir el riesgo de hundimientos, fracturas y deformaciones en las obras de construcción.
• Evitar pérdidas materiales, económicas e incluso humanas.

Un sondeo de suelo es una exploración en la que se emplean técnicas para el reconocimiento geotécnico del sitio de estudio, puede realizarse de manera manual o mecánica, con la finalidad de extraer muestras ya sean alteradas o inalteradas. Se realizan a una profundidad que depende del tipo y altura de estructura que se desea construir y del tipo de suelo presente en el terreno.

En el desarrollo de cualquier proyecto se deben conocer las condiciones del suelo sobre el que se va a construir. No importa si es un proyecto pequeño como una casa o un gran edificio con varios pisos. Un correcto análisis nos indica algunos datos a considerar en el tipo de cimentación que se debe realizar en una construcción.

SONDEOS SUPERFICIALES

Pozos a cielo abierto. Son excavaciones comúnmente rectangulares de aproximadamente 1 m por lado y profundidades de hasta de 6 m. En un PCA podemos observar detalladamente la estratigrafía y clasificación geológica y geotécnica de cada estrato.
Se pueden extraer muestras alteradas e inalteradas, además de que por su tamaño se pueden realizar algunas pruebas in situ como la de peso volumétrico en campo. Las muestras inalteradas son labradas directamente, generalmente de forma cúbica, de aproximadamente 40cm por lado y deben cubrirse con una membrana impermeable para protegerlas y evitar la pérdida de humedad.



SONDEOS PROFUNDOS

Este tipo de exploración nos permite conocer las capas y espesores que conforman el suelo a mayor distancia respecto al nivel del terreno. Nos permiten alcanzar mayor profundidad, conocer la ubicación el nivel freático, y determinar donde se encuentran los estratos resistentes de suelo o roca. Usualmente se estudian profundidades mayores de 10 m, esto depende del tipo de obra que se quiere estudiar.

PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

Se emplea para conocer la resistencia de un terreno, su capacidad de deformarse, y la extracción de muestras alteradas. El método consiste en hacer penetrar a golpes, con un martinete, registrando el número de golpes necesarios para lograr una penetración de 60 cm. Midiendo así la resistencia a la penetración que presenta el terreno de estudio. La extracción de muestras alteradas se realiza mediante un tubo cortado longitudinalmente que al ser extraído se puede abrir y facilitar así la observación y recuperación de la muestra obtenida.

SONDEO MIXTO

Es utilizado para la extracción de muestras inalteradas en suelos blandos, es decir para tomar una porción del suelo con la mínima alteración de sus condiciones naturales posibles. Se realiza mediante un tubo Shelby, que es un tubo metálico con dimensiones de 7.5 a 10 cm de diámetro, de 30 a 60 cm. de longitud, debe tener una resistencia adecuada y posee un extremo afilado.

Se introduce al suelo por medio de presión o percusión de manera que se aplique de forma uniforme y constante la fuerza necesaria de empuje hasta alcanzar un punto de rechazo o hasta que se encuentre lleno. Se unen barras de perforación que se ensamblan al tubo Shelby para alcanzar mayor profundidad.
Posteriormente se envía la muestra al laboratorio de mecánica de suelos donde se le realizan los ensayes que proporcionan información como: tipo de suelo, permeabilidad, compresibilidad, análisis de consistencia, capacidad relativa entre otros. Es importante utilizar tubos Shelby limpios y libres de oxidación para mayor confiabilidad en el resultado de los ensayes en el laboratorio.

Los sondeos de suelos se realizan con la finalidad de conocer las características del suelo, proporcionan inicialmente información general y ayudan a saber si es necesario realizar algunos métodos más precisos como lo son estudios de penetración. Una parte importante es la extracción de muestras que mediante los métodos de sondeos superficiales y profundos se pueden realizar.

VENTAJAS
• Se obtienen propiedades y características de los materiales a mayor detalle y profundidad.
• Se pueden obtener muestras con mínima alteración, es decir en sus condiciones naturales para mayor precisión en los ensayes de laboratorio.

DICO S.A. DE C.V. ha realizado estudios y proyectos geotécnicos, así como asistencias técnicas fundamentalmente de cimentaciones. Nuestros trabajos geotécnicos radican principalmente en:
• Edificación residencial.
• Edificación industrial.
• Edificación comercial.
• Urbanización.
• Diversas obras.

Algunas de nuestros proyectos y diseños geotécnicos realizados son:
• Estudio geotécnico tramo Villahermosa-Comalcalco, en el Estado de Tabasco, subcontrato DICO SCT 2014
• Asesoría técnica en Mecánica de Suelos, en Ecatepec, Estado de México, DICO 2015.
• Estudio geotécnico Bodega Aurrera Express Cristo Rey, en el Estado de Puebla, Círculo ARQ 2015.
• Estudio geotécnico Bodega Aurrera Express San José del Barro, en San Luis Potosí, Círculo ARQ 2015.
• Estudio geotécnico Bodega Aurrera Express Nextlalpan, en el Estado de México, Círculo ARQ 2015.
• Estudio geotécnico tramo Guaymas-Hermosillo, en el Estado de Sonora, subcontrato DICO SCT 2015
• Estudio de Mecánica de suelos y propuesta de cimentación, en Tepeji del Río Hidalgo, Arq. Duarte, 2016.
• Estudio geotécnico Bodega Aurrera Express Ixmiquilpan, Hidalgo, Círculo ARQ 2016.
• Estudio geotécnico Bodega Aurrera Express Tulancingo, Hidalgo, Círculo ARQ 2016.
• Estudio de mecánica de suelos para un “edificio de departamentos” ubicado en calle oriente 69-a, col. Asturias, Del. Cuauhtémoc, ciudad de México 2016.
• Estudio de mecánica de suelos para un “edificio de la cruz roja” ubicado en paseo de las Lilas 122 Col. Lomas de Bezares, Del Cuajimalpa de Morelos, ciudad de México 2017.
• Estudio de mecánica de suelos para una “antena de telecomunicaciones” ubicada en camino de las antenas cubitos, Pachuca de Soto Hidalgo 2017.
• Estudio de mecánica de suelos para un “edificio de departamentos” ubicado en calle Bélgica Col Portales sur, Del Benito Juárez, ciudad de México 2017.
• Estudio de mecánica de suelos para una “antena de telecomunicaciones” ubicado en Av. Benito Juárez esquina arroyo frio, Del Iztapalapa, ciudad de México 2017.