EMS02-Propiedades de los Suelos[1].pdfcd

suelos

1. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Ing. Nicomedes Alexis Vergara
Segundo Semestre, 2025

2. Ing. Alexis Vergara
Nota Aclaratoria.
Esta es una presentación de índole
académica, por lo tanto, algunas
diapositivas contienen la cantidad de
texto necesario para que el alumno
pueda estudiar.
Considere que una presentación
profesional debe contener poco texto y
muchas imágenes y gráficos.
Los textos e imágenes contenidas en esta
presentación son de uso exclusivo para fines
académicos.
Propiedades Ingenieriles del Suelo

3. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Mecánica de Sólidos.

4. Mecánica de Fluidos.

5. Mecánica de Suelos.

6. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
“Tan pronto como pasamos del acero y el hormigón al suelo, la omnipotencia de
la teoría deja de existir. En primer lugar, el suelo en su estado natural nunca es
uniforme. En segundo lugar, sus propiedades son demasiado complicadas para
ser rigurosas en el tratamiento teórico. Finalmente, incluso una solución
matemática aproximada de algunos de los problemas más comunes es
extremadamente difícil”. (Terzaghi 1936).
Mecánica de Suelos.

7. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Auyan-Tepuy en Parque Nacional Canaima, Venezuela.
Comportamiento del Suelo.
Areniscas – Cuarcitas – Pizarras

8. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Comportamiento del Suelo.
La figura muestra la sección de un
recipiente lleno de suelo seco junto con un
pistón con el cual se puede aplicar al suelo
una carga vertical. Aumentando la escala
de esta sección hasta poder ver las
partículas individuales, podemos imaginar
la forma en que la fuerza aplicada se
transmite a través del suelo: se desarrollan
fuerzas de contacto entre partículas
adyacentes.
Por conveniencia, estas fuerzas de contacto se pueden descomponer en fuerzas normales
N y tangenciales T a la superficie de contacto. Por supuesto, las partículas individuales se
deforman como resultado de estas fuerzas de contacto. El tipo más habitual de
deformación es de naturaleza elástica o plástica en las inmediaciones del punto de
contacto. Es importante indicar que la fractura y aplastamiento de las partículas puede ser
importante en ciertos casos de análisis de respuestas.

9. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Comportamiento del Suelo.
Las deformaciones de las partículas producen un
aumento del área de contacto entre ellas, como
muestra la figura (a), permitiendo así la aproximación
de los centros de las partículas. Si existen partículas
laminares, se flexionarán como se indica en la figura (b),
permitiendo así movimientos relativos entre partículas
adyacentes. Además, una vez que la fuerza tangencial
en un punto de contacto supere la resistencia
tangencial en dicho punto, se producirá un
deslizamiento relativo entre las partículas, figura (c). La
deformación general de una masa de suelo será, en
parte, el resultado de las deformaciones individuales,
pero principalmente se debe al deslizamiento entre
partículas junto con la reorganización de las mismas.
El esqueleto mineral del suelo es bastante deformable
(debido al deslizamiento interno) aun cuando las
partículas individuales sean muy rígidas.

10. Ing. Alexis Vergara
En general, un aumento de la presión sobre un elemento de suelo produce las siguientes
consecuencias:
•Incremento de la resistencia al esfuerzo cortante,
•Disminución de la compresibilidad, y
•Reducción de la permeabilidad.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Los efectos contrarios se producen si las presiones disminuyen, aunque los cambios
originados por una reducción de presiones suelen ser menores que los producidos por un
incremento de presiones de igual magnitud.
Durante la formación de un suelo sedimentario la presión total a una determinada cota
(al mismo nivel) continúa aumentando al incrementarse la altura de suelo sobre el punto
considerado (profundidad).
Comportamiento del Suelo.

11. Ing. Alexis Vergara
Entonces, las propiedades de un suelo sedimentario a un determinado nivel están
cambiando continuamente al formarse el depósito. La eliminación de las capas
superiores, por ejemplo, por erosión, produce una reducción de las presiones.
Un elemento de suelo que está en equilibrio bajo la máxima presión que ha
experimentado en toda su historia se denomina normalmente consolidado, mientras que
un suelo en equilibrio bajo una presión inferior a la que se consolidó se denomina
sobreconsolidado o preconsolidado. Este último es un suelo “descargado”, pues ha
tenido cargas mayores en el pasado. El desempeño de ambos es totalmente distinto.
Existen procesos constructivos que generan aumentos de presiones mientras que otros
producen reducciones de presiones. Por ejemplo, la construcción de un terraplén causará
un incremento de presiones verticales, cuando se alcance el equilibrio bajo la carga del
terraplén, el suelo en la base tendrá una resistencia mayor a la inicial.
Un ejemplo de descarga sucedió durante la excavación realizada en la construcción del
Canal de Panamá, se produjeron descargas considerables sobre el terreno y sus
proximidades. Estas descargas generaron una disminución de la resistencia de las lutitas
inmediatas al Canal, contribuyendo a los deslizamientos que se produjeron a lo largo del
mismo.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Comportamiento del Suelo.

12. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Comportamiento del Suelo.

13. Propiedades de los Suelos.

14. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades del Suelo.
Propiedades Ingenieriles de los
suelos.
Estas propiedades son:
•la resistencia,
•la compresibilidad y
•la permeabilidad.
Propiedades índices de los
suelos.
Estas propiedades son:
•la densidad,
•tamaño,
•relación de vacíos,
•porosidad,
•contenido de agua (humedad),
•gravedad específica,
•límites de plasticidad y
•otros parámetros descriptivos.

15. Ing. Alexis Vergara
Resistencia.
Los parámetros de resistencia de un suelo son:
•Módulo Elástico (E), relación esfuerzo – deformación (σ/ε), como para todo
material de construcción. Obtenido mediante ensayos, por ejemplo, el de
compresión no confinada.
•Relación de Poisson (ν), relación entre la deformación volumétrica y la
deformación axial (para efectos prácticos: lateral/vertical).
•Módulo Cortante (G), relación esfuerzo cortante – deformación cortante
(σ
s/ε
s):
•Ángulo de fricción interna (φ) y Cohesión (c). Obtenidos a través de ensayos
de campo o de laboratorio (corte directo o triaxial).
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Ingenieriles de los Suelos.2(1)
E
G

=
+

16. Ing. Alexis Vergara
Se sabe que los materiales utilizados en ingeniería tienen diferentes propiedades
mecánicas, las cuales están relacionadas con las fuerzas externas que se ejercen sobre
ellos. Bajo ciertas condiciones, el suelo puede ser considerado un material de
construcción (terraplenes, presas, etc.).
Las propiedades mecánicas de los materiales en ingeniería son: Elasticidad, plasticidad,
maleabilidad, ductilidad, dureza, tenacidad y fragilidad.
Elasticidad: Cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al
suspender el esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, hule.
Plasticidad: Cualidad opuesta a la elasticidad. Indica la capacidad que tiene un material
de mantener la forma que adquiere al estar sometido a un esfuerzo que lo deformó. Por
ejemplo, materiales plásticos.
Maleabilidad: se refiere a la capacidad de un material para ser conformado en láminas
delgadas sin romperse. Ejemplo: aluminio.
Ductilidad: los materiales dúctiles son aquellos que pueden ser estirados y conformados
en hilos finos o alambre. Por ejemplo, el cobre.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Elasticidad – Resumen de términos.

17. Ing. Alexis Vergara
Se sabe que los materiales utilizados en ingeniería tienen diferentes propiedades
mecánicas, las cuales están relacionadas con las fuerzas externas que se ejercen sobre
ellos. Bajo ciertas condiciones, el suelo puede ser considerado un material de
construcción (terraplenes, presas, etc.).
Las propiedades mecánicas de los materiales en ingeniería son: Elasticidad, plasticidad,
maleabilidad, ductilidad, dureza, tenacidad y fragilidad.
Dureza: Resistencia que opone un cuerpo a ser perforado por otro. Esta propiedad se
relaciona con la resistencia al desgaste contra los agentes abrasivos. Ejemplo: diamantes.
Tenacidad: Resistencia a la rotura de un material cuando está sometido a esfuerzos
lentos de deformación. Ejemplo: acero.
Fragilidad: Es el opuesto de la tenacidad, es la facilidad con la que se rompe un material
sin que se produzca deformación elástica. Por ejemplo, el vidrio.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Elasticidad – Resumen de términos.

18. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
•Se dice que un material es dúctil cuando alcanza una gran deformación a un nivel de
esfuerzo aproximadamente constante, antes de llegar a la falla. Ejemplo: los
metales.
•Se dice que un material es frágil cuando experimenta deformaciones pequeñas
antes de llegar a la falla. Ejemplos de materiales frágiles son el vidrio y el concreto.
•Se entiende por deformación plástica aquella que depende del tiempo y que
además es irrecuperable.
•Una carga que es aplicada en forma súbita se llama carga de impacto. El efecto que
producen las cargas de impacto difiere apreciablemente de las causas por cargas
elásticas porque, cuando se aplica una carga instantáneamente, tanto la magnitud
del esfuerzo producido como la deformación y la propia resistencia del material se
ven afectados. La influencia más importante de las cargas de impacto en las
propiedades mecánicas es la reducción de la ductilidad en la superficie que recibe el
impacto.
Módulo de Elasticidad – Resumen de términos.
Fuente: Deméneghi A., Magaña R., Sanginés H,. (2000) Apuntes de Mecánica del Medio Continuo, Universidad
Autónoma de México, Departamento de Geotecnia.

19. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Elasticidad.
Robert Hooke
(1635 – 1703)
Robert Hookefue uncientíficoinglés,​ considerado
uno de los científicos experimentales más
importantes de lahistoria de la ciencia, polemista
incansable con un genio creativo de primer orden.
Sus intereses abarcaron campos tan dispares como
labiología, lamedicina, lahorología(cronometría),
lafísicaplanetaria, lamecánica de sólidos
deformables, lamicroscopía, lanáuticay
laarquitectura.
Participó en la creación de la primera sociedad
científica de la historia, laRoyal Societyde Londres.
Sus polémicas conNewtonacerca de la paternidad
de laley de la gravitación universalhan pasado a
formar parte de la historia de la ciencia: parece ser
que Hooke era muy prolífico en ideas originales que
luego rara vez desarrollaba.Fk=−
Resortes

20. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Elasticidad.
Thomas Young
(1773 – 1829)
Thomas Youngfue uncientíficoinglés célebre por
suexperimento de la doble rendijaque mostraba la
naturaleza ondulatoria de laluzy por haber ayudado
a descifrar losjeroglíficosegipciosa partir de
lapiedra Rosetta.
Young también realizó estudios de materiales
proponiendo una medida de la rigidez de diferentes
materiales conocida en la actualidad como elMódulo
de Young (E).E=
Mecánica de sólidos
deformables elásticos
Caso unidimensional

21. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
La pendiente de la curva varía con el esfuerzo y debe ser acotada con un valor tangente
o uno secante. Para el análisis de suelos, si se utilizan esfuerzos efectivos entonces se
utiliza el apóstrofe, Δσ’.
La relación entre el esfuerzo axial (intensidad de
carga) y la deformación lineal se conoce como
rigidez del material y la pendiente de la curva
esfuerzo-deformación es el Módulo de Elasticidad o
Módulo de Young.E



=
 d
E
d


=
Resulta muy importante comprender que el comportamiento esfuerzo-deformación de
un suelo no es elástico lineal (el Módulo no es constante). Por lo que es más apropiado
denominar al Módulo secante del suelo, pues el suelo se comporta elásticamente sólo
en el campo con pequeñas tensiones.
Módulo de Elasticidad.

22. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Un material frágil (concreto, aceros con alto contenido de carbón, hierro colado, rocas
duras, etc.) presenta un comportamiento de falla repentina bajo tensión. Se
caracterizan por generar una curva de esfuerzo-deformación del tipo lineal seguida de
una ruptura repentina.
Elasticidad.F
A
= L
L


=
Módulo de Elasticidad.E= E


=

23. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Un material frágil (concreto, aceros con alto contenido de carbón, hierro colado, rocas
duras, etc.) presenta un comportamiento de falla repentina bajo tensión. Se
caracterizan por generar una curva de esfuerzo-deformación del tipo lineal seguida de
una ruptura repentina.
Un material dúctil (acero estructural, aluminio, otras aleaciones) tiene un
comportamiento diferente sometido a tensión, como se muestra en la siguiente
figura.
Elasticidad.F
A
= L
L


=
Módulo de Elasticidad.

24. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Los materiales elásticos (dúctiles) son conservativos, por lo tanto, todo el trabajo
realizado por tensiones externas durante la deformación es almacenado y puede ser
recuperado en una eventual descarga.
Cuando el material estudiado además de ser conservativo es isótropo (posee iguales
propiedades mecánicas en todas direcciones), los efectos volumétricos y de corte se
encuentran desacoplados.
Módulo de Elasticidad.
Elasticidad.F
A
= L
L


=
CedenciaEndurecimiento por deformaciónEstricción

25. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Pasado el punto de fluencia del material (A) ocurren deformaciones plásticas y
elásticas simultáneamente. El material deja de tener carácter conservativo y la
componente plástica de deformación es irrecuperable durante una descarga. Pasado
el punto de fluencia, si se siguen aplicando deformaciones, el material alcanzará su
estado último, donde no se producen más variaciones de tensiones, y todas las
deformaciones se convierten en irrecuperables, fenómeno conocido como flujo
plástico.
Módulo de Elasticidad.
Plasticidad.F
A
= L
L


=
CedenciaEndurecimiento por deformaciónEstricción

26. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
La combinación de las tensiones que producen la falla del material da como resultado
una superficie denominada envolvente de falla. La relación existente entre la
dirección del vector de deformación plástica y dicha superficie se conoce como regla
de flujo. Definiendo entonces la superficie de potencial plástico como aquella
superficie normal a todos los vectores de deformación plástica. Estas relaciones han
sido estudiadas por muchos investigadores siendo uno de los principales el francés
Augustin Cauchy (el cual se tratará posteriormente).
Módulo de Elasticidad.
Plasticidad.F
A
= L
L


=

27. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Elasticidad.
Elasticidad Perfecta. Plasticidad Perfecta.
Modelo Elasto-Plástico Perfecto.

28. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
¿Es válida la teoría elástica para los suelos?
La ley de Hooke es válida para cuerpos homogéneos e isotrópicos. Algunos suelos, tales
como las arenas, arcillas arenosas y arcillas, consisten en partículas de diferentes
materiales rodeados de aire o agua capilar con sales y gases. La rigidez de partículas
aisladas es mucho mayor que las del suelo como un todo, por lo tanto, se consideran a
“las partículas” como absolutamente rígidas.
Por otro lado, las dimensiones de las partículas de una
masa de suelo pueden variar desde algunas micras
(arcillas) hasta 5 mm (gravillas). Supongamos que se
tiene un pequeño cubo de suelo de algunos
milímetros de lado.
Queda claro que, si el cubo es de arcilla, se puede considerar homogéneo; pero si es
un material granular, podría considerarse no homogéneo. Sin embargo, si el cubo de
material granular aumenta de tamaño (a varios centímetros) entonces resulta evidente
que podría considerarse homogéneo.
Módulo de Elasticidad.

29. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Cuando sólo se consideran las deformaciones del suelo, la relación esfuerzo-
deformación resulta mucho más complicada que la predicción de la Ley de Hooke. Sin
embargo, las consideraciones estrictas llevan a resolver ecuaciones diferenciales no
lineales con un considerable grado de dificultad que se intenta solventar con métodos
de elementos finitos.
De esta manera se acepta la teoría de elasticidad con sus limitaciones, pero teniendo
presente la adecuada selección de los coeficientes elásticos. Por ejemplo, para
deformaciones por consolidación bajo carga constante (fundaciones) es preferible
utilizar el módulo de compresibilidad (K) en lugar del módulo de Young (E) como se
estudia en cursos de Cimentaciones.
Módulo de Elasticidad.
¿Es válida la teoría elástica para los suelos?

30. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
En materiales incompresibles como algunos suelos,
el Módulo de Rigidez Volumétrica aumenta con el
esfuerzo aplicado.
La relación entre el esfuerzo axial (intensidad de
carga) y la deformación volumétrica se conoce como
Módulo de Rigidez Volumétrica (Compresibilidad):v
p
K


=

Si un elemento infinitesimal de suelo (cúbico) es
sometido a un esfuerzo isotrópico sucederá un
cambio de volumen. Si se define el cambio
volumétrico como ΔV, entonces la deformación
volumétrica será:v
o
V
V


=
Módulo de Compresibilidad.

31. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
La deformación cortante es representada por el
ángulo γ. En realidad, es Tan γ, pero para ángulos
pequeños Tan γ = γ (en radianes).
La pendiente de la tangente a la curva es el Módulo
Cortante.
El estado de deformaciones inducido por el esfuerzo
cortante τes similar al producido por los esfuerzos
principales σ
1 y σ
2.
La relación entre el esfuerzo cortante (intensidad de
carga) τ y la deformación angular γ, se conoce como
Módulo de Rigidez o Módulo Cortante.G



=

Módulo de Rigidez Cortante.

32. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
La relación entre el esfuerzo cortante (intensidad de
carga) τ y la deformación angular γ, se conoce como
Módulo de Rigidez o Módulo Cortante.
Puede demostrarse (D. Barkan) que para materiales
isotrópicamente elásticos son válidas las siguientes
relaciones entre los módulos:()21
E
G

=
+ ( )312
E
K

=
−
Donde ν es el coeficiente de Poisson.G



=

Módulo de Rigidez Cortante.
En otros cursos se analiza la importancia de los ensayos geofísicos y la determinación de
la velocidad de onda cortante para la obtención de parámetros geotécnicos. Por ejemplo,
se puede obtener el Módulo Cortante de un suelo mediante este tipo de ensayos. 2
SS
G
V GV 

→= =

33. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
En realidad, la elasticidad isotrópica está caracterizada por estos dos parámetros o
módulos (G y K). Schofield y Wroth (1968) insistían que, siendo en general los
problemas tenso-deformacionales que se presentan en la Geotecnia de tipo
tridimensional, deberían tomarse esos dos parámetros básicos como fundamentales; es
decir, el módulo de rigidez transversal o cortante (G) y el módulo de compresibilidad,
K, con lo cual, al fundamentarse en parámetros de significado intrínseco (deformación
volumétrica y distorsional), se simplificarían los tratamientos matemáticos.
Sin embargo, pese a todas estas razones, tenemos que adaptarnos al tratamiento
tradicional mediante los parámetros básicos del Módulo de Young E y el coeficiente de
Poisson v, que sólo hacen referencia a la elasticidad unidimensional, ya que la inmensa
mayoría de las tabulaciones y fórmulas existentes se refieren a estos dos parámetros.
Los mayores inconvenientes a este tratamiento se encuentran al estudiar medios
heterogéneos.
Módulo de Rigidez Cortante.

34. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.
G
0
G
1
G
2
G
3
.
.
.
.
1c
1
1
1G



=
 F
A
= h


=

35. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.
G
0
G
1
G
2
G
3
.
.
.
.
1c
1
1
1
Curva de degradación del Módulo Cortante.

36. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.
Degradación
Degradación
menor
Comportamiento
recuperable
Rigidez
constante
Prácticamente
lineal NO lineal
Deformaciones pequeñas
Deformaciones
medianas
Deformaciones
grandes
Deformaciones
residuales

37. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.
Los módulos de corte máxima varían con respecto al tipo de suelo. Para
arcillas, G
max va aproximadamente hasta los 100 [Mpa], las arenas van entre
los 100 y 400 [Mpa] y los módulos mayores se asocian a las gravas.

38. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.

39. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Módulo de Rigidez Cortante.

40. Ing. Alexis Vergara
Simeón Denis Poisson fue un físico y matemático francés al
que se le conoce por sus diferentes trabajos en el campo de
la electricidad y por sus publicaciones acerca de la
geometría diferencial y la teoría de probabilidades.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Relación de Poisson.
En la mecánica de cuerpos elásticos postuló y demostró que, si a un material isótropo se le
comprime, esto genera deformaciones en las otras direcciones. Se concluye que al
deformarse un material en una dirección producirá deformaciones sobre los demás ejes, lo
que a su vez producirá esfuerzos en todos los ejes.

41. Ing. Alexis Vergara
Simeón Denis Poisson fue un físico y matemático francés al
que se le conoce por sus diferentes trabajos en el campo de
la electricidad y por sus publicaciones acerca de la
geometría diferencial y la teoría de probabilidades.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Según este postulado, la ecuación de Hooke puede generalizarse como:( )
1
x x y z
E
= −+
 ( )
1
y y x z
E
= −+
 ( )
1
z z x y
E
= −+

Relación de Poisson.

42. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Relación de Poisson.
La deformación volumétrica se expresa como:v x y z
=++ ( ) ( )
1
2
v x y z x y z
E
 = ++−++
 ( )
1
3
m x y z
= ++
El esfuerzo promedio es: 
3
12
m
v
E



= −
Si se considera un elemento diferencial que sufre una cierta deformación, pero que su
volumen no cambia, entonces ε
v = 0. Se obtiene entonces que v = ½. Por lo tanto, en
materiales que se deforman pero que no cambian de volumen (materiales
incompresibles), la relación de Poisson vale 0.5.
El módulo de compresibilidad K, se define como:m
v
K


=
De manera que se obtiene, la ecuación ya presentada:( )312
E
K

=
−
Note que para ε
v = 0, v = ½.

43. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Relación de Poisson.
Si a un elemento diferencial se aplican esfuerzos de
compresión isotrópicos, es decir σ
x = σ
y = σ
z , y se asume que
v > 0.5; se obtendría que ε
v > 0, lo cual no puede ocurrir
porque estaría presentando un aumento de volumen cuando
se está sometiendo al elemento a esfuerzos de compresión.
Por lo tanto, en general “v” debe ser menor o igual que 0.5. ( )312
E
K

=
−

44. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Relación de Poisson.
Ejemplo: Un cubo de arena de 200 mm se somete a una
carga de deformación plana (ε
y = 0) con σ
x = 150 kPa
(compresión), σ
z = 800 kPa (compresión) y τ
xz = 0. Las
tensiones aplicadas han causado 6.4 mm compresión y
expansión de 0.6 mm en las direcciones “z” y “x”
respectivamente. Determinar: (a) E
s y v para la arena, (b) la
tensión normal en la dirección “x” para recuperar la
expansión de 0.6 mm y la compresión total en la dirección
“z”.( ) ( )
1
0 150800 150800950
yy
E
  = − + →= +=
 ( )
1
y y x z
E
= −+

Reemplazando en las ecuaciones de ε
x y ε
z se obtienen dos ecuaciones con dos incógnitas
y se resuelve el sistema.( ) ( )
1 0.61
150950800
200
x x y z
EE
 = −+→= − + 
 ( ) ( )
1 6.41
800150950
200
z z x y
EE
  = −+→= − + 

E
s = 22.6 MPa
v = 0.216
σ
y = 205.2 kPa

45. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Relación de Poisson.
Ejemplo: Un cubo de arena de 200 mm se somete a una
carga de deformación plana (ε
y = 0) con σ
x = 150 kPa
(compresión), σ
z = 800 kPa (compresión) y τ
xz = 0. Las
tensiones aplicadas han causado 6.4 mm compresión y
expansión de 0.6 mm en las direcciones “z” y “x”
respectivamente. Determinar: (a) E
s y v para la arena, (b) la
tensión normal en la dirección “x” para recuperar la
expansión de 0.6 mm y la compresión total en la dirección
“z”.
b) Por condiciones planas se tiene que ε
x = ε
y = 0 y σ
x = σ
y ( )
1
x x y z
E
= −+
 ( )0 0.216800
xx
=− + ( )
1
0 800
xx
E
= −+
 221
xy
kPa== ( )
1
z z x y
E
= −+
 ( )
1
8000.2161509500.216
22,600
z
= − +
 0.0312
z
= 0.03122006.24mm= =

46. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Un ejemplo de aplicación del Módulo de Elasticidad y la relación de Poisson es para el
cálculo del asentamiento inmediato de fundaciones superficiales:
Relación de Poisson.

47. Ing. Alexis Vergara
Ya se estableció que en la estricta realidad los suelos no son elásticos, de manera que el
Módulo Elástico (E) y la Relación de Poisson (ν), se estiman mediante relaciones de
proporcionalidad del suelo que se estudian a través de la teoría de elasticidad,
generando así resultados muy cercanos a los contrastados en la práctica pero que en
estudios especializados no aplican 100%
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Valores típicos del Módulo de Elasticidad:
El Módulo de Elasticidad (E) es obtenido del ensayo de compresión simple (o ensayos
triaxiales alternativamente).
Propiedades Ingenieriles de los Suelos.

48. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Una buena capa base, ronda entre 200 a 300 MPa. (30,000 a 43,500 Psi)
Una sub-base tendrá un módulo entre 100 y 200 Mpa (14,500 a 29,000 Psi)
La subrasante tiene un rango más amplio, desde 10 a 100 Mpa (1,450 a 14,500 Psi).
Propiedades Ingenieriles de los Suelos.

49. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Resumiendo: en Geotecnia suele trabajarse con cuatro parámetros elásticos:
•Módulo elástico (Young), E
•Relación de Poisson, v
•Módulo de compresibilidad (volumétrico) K
•Módulo de rigidez transversal (corte) G.
Estos dos últimos dividen las deformaciones elásticas o recuperables en una parte
volumétrica (cambio de volumen manteniendo la forma) y en una parte distorsional
(cambio de forma manteniendo el volumen), respectivamente.
Por otro lado, es bien sabido que la elasticidad no permite modelar todos los
comportamientos de la relación tensión-deformación de los materiales, pues a menudo al
aplicar una tensión sobre un material aparecen en él deformaciones no recuperables o
plásticas. La aparición de estas deformaciones plásticas ocurre en el momento en que se
supera el límite elástico del material (punto de fluencia), y a partir del cual se observa un
rápido descenso en la rigidez del material. Hay que enfatizar el hecho que sobre una
superficie de fluencia se está en régimen elasto-plástico, o lo que es lo mismo, unas
deformaciones son recuperables y otras son permanentes.
Propiedades Ingenieriles de los Suelos.

50. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Ingenieriles de los Suelos.
Compresibilidad.
Los parámetros de compresibilidad de un suelo son:
Índice de Compresión (C
c)
Índice de Re-compresión (C
r)
Coeficiente de consolidación (c
v)
Estos parámetros se analizan en detalles en el estudio de la consolidación de
suelos, que escapa del alcance de este curso.
Permeabilidad.
Conductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidad (k).
Se analiza en detalle en el estudio de las propiedades hidráulicas de suelos.

51. Ing. Alexis Vergara
Densidad.
La fase sólida de los suelos está constituida por partículas dispuestas de una
manera determinada, formando un cierto tipo de estructura porosa dentro de
la masa. El análisis de las partículas del suelo demuestra que su densidad varía
poco (para arenas: 2.65 g/cm
3
y para arcillas varía entre 2.5 y 2.9 g/cm
3
),
excluyendo los suelos raros como los orgánicos y otros que contienen
diatomeas (algas unicelulares). Entonces, la variación de la densidad de las
partículas contenidas en los suelos no es muy significativa, ni en las
propiedades físicas ni en las mecánicas, para determinar el comportamiento
del suelo.
No tienen mucha importancia el valor de la densidad sino en cuanto determina
el peso unitario de ese suelo en consideración (Peso/Volumen) y permite
mediante él, calcular la tensión (esfuerzo) que soporta una masa de suelo a una
determinada profundidad.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.g=

52. Ing. Alexis Vergara
Tamaño.
Todos los suelos tienen partículas de tamaño variable, es decir que, dentro de la fase
sólida de los suelos, hay partículas de distinto tamaño.
Esto conduce de inmediato al análisis de la composición granulométrica, es decir, qué
clasificación de tamaño de granos existe dentro de una masa de suelo para ver si ese
análisis tiene alguna significación en las propiedades del suelo.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.

53. Ing. Alexis Vergara
Tamaño.
Todos los suelos tienen partículas de tamaño variable, es decir que, dentro de la fase
sólida de los suelos, hay partículas de distinto tamaño.
Esto conduce de inmediato al análisis de la composición granulométrica, es decir, qué
clasificación de tamaño de granos existe dentro de una masa de suelo para ver si ese
análisis tiene alguna significación en las propiedades del suelo.
Propiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.
Como se verá con más detalle en el tema de “Análisis Granulométrico”, de acuerdo al
tamaño de las partículas que componen el suelo, éste puede clasificarse en:
Bolones (boulders): Elementos con tamaños superiores a los 300 mm (12”)
Cantos o Guijarros: Tamaño entre 75 mm y 300 mm (3” hasta 12”)
MATERIAL GRANULAR (Grava y Arena).
Grava: Tamaño entre 2 mm y 75 mm (1/12” hasta 3”). Permiten el paso del agua, por lo
que se utilizan frecuentemente en drenajes. También permiten el paso de material fino.

54. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.
Arena: Tamaño entre 0.075 mm y 2 mm (75 – 2000 μm). Permiten el paso del agua en
menor proporción que las gravas. Sólo permiten el paso de material muy fino.
MATERIAL FINO (Limo y Arcilla).
Limo: Tamaño entre 0.002 mm y 0.075 mm (2 – 75 μm). Es poco resistente, tiene poca
humedad y es poco compresible. Hay limos plásticos (MH) y no plásticos (ML).
Arcilla: Tamaño menor de 0.002 mm (2 μm). Es un material muy cohesivo, su plasticidad
depende del contenido de agua (humedad) y son muy compresibles. Prácticamente son
impermeables.
MATERIAL ORGÁNICO
Es el conjunto de partes degradadas de vegetación y
deben evitarse en proyectos de construcción.

55. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.
Relación de Vacíos.
Razón entre el volumen de vacíos/ volumen de sólidos. Normalmente expresada en
forma decimal. Generalmente varía de 0.35 (suelos densos) a 2.00 (suelos sueltos).v
s
V
e
V
=
Porosidad.
Razón entre el volumen de vacíos/ volumen total. Normalmente expresada en forma
decimal. v
T
V
V
=
Contenido de Agua (Humedad).
Razón entre el peso del agua/ peso de los sólidos. Normalmente expresada en forma
decimal. w
s
W
W
=

56. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Propiedades Físicas de los Suelos.
Gravedad Específica.
Razón entre el peso específico de sólidos/ peso específico del agua.s
s
w
G


=
Plasticidad.
Capacidad del suelo de deformarse sin romperse, será estudiada en detalles en la
“Clasificación de Suelos” en tópicos donde la plasticidad del suelo se basa en el
contenido de agua (humedad).

57. Ing. Alexis VergaraPropiedades Ingenieriles del Suelo
Ing. Nicomedes Alexis Vergara
Segundo Semestre, 2025