Este glosario reúne los términos esenciales de la mecánica de suelos, desde ensayos de campo y laboratorio hasta propiedades índice y modelos de resistencia. Cada definición incluye referencias a normativas internacionales (ASTM) y chilenas (NCh), así como aplicaciones prácticas y correlaciones habituales. Está dirigido a ingenieros geotécnicos, estudiantes de ingeniería civil y profesionales afines que buscan una referencia rápida y precisa para la caracterización y diseño de cimentaciones, taludes y obras de tierra.
Ensayos in-situ
- SPT - Standard Penetration Test
- Ensayo de penetración estándar (ASTM D1586) que mide la resistencia a la penetración de un muestreador partido bajo impacto de un martillo de 63.5 kg cayendo 76 cm. Se registra el número de golpes N para cada 15 cm de penetración. El valor N se utiliza para estimar la densidad relativa, resistencia al corte, capacidad de carga y asentamientos en suelos granulares. Correlaciones comunes: N vs. ángulo de fricción (Peck, Meyerhof), módulo de elasticidad. En Chile, se rige por NCh 1508.
- CPT - Cone Penetration Test
- Ensayo de penetración de cono (ASTM D5778) que consiste en hincar un cono instrumentado a velocidad constante (2 cm/s) y medir resistencia por punta (qc), fricción lateral (fs) y presión de poro (u). Permite clasificar suelos mediante gráficos de Robertson, estimar parámetros de resistencia y deformación, y detectar estratigrafía. Se usa para diseño de cimentaciones profundas y evaluación de licuación. No requiere extracción de muestras.
- DPSH - Dynamic Penetration Super Heavy
- Ensayo de penetración dinámica superpesada (norma UNE 103-801) similar al SPT pero con energía de hinca mayor (martillo de 63.5 kg, caída 75 cm, puntaza de 90°). Se registra el número de golpes N20 para penetrar 20 cm. Correlaciona con el SPT mediante factores de conversión (N20 ≈ 1.2 NSPT). Útil para prospecciones rápidas en suelos granulares y rocas blandas.
- Vs30 - Velocidad de onda de corte media en 30 m
- Velocidad promedio de propagación de ondas de corte en los primeros 30 m de profundidad (Vs30 = 30 / Σ(hi/Vsi)). Se determina mediante métodos geofísicos (MASW, ReMi, cross-hole) y se usa para clasificar el perfil de suelo según NCh 433 (zonas sísmicas) y para evaluar el potencial de licuación. Valores típicos: <180 m/s (suelos blandos), 180-360 (suelos medios), 360-760 (suelos densos), >760 (roca).
- qadm - Capacidad de carga admisible
- Presión máxima que puede transmitir una cimentación al suelo sin exceder la capacidad de carga última (qult) dividida por un factor de seguridad (FS), y sin generar asentamientos excesivos. Se calcula mediante fórmulas de Terzaghi, Meyerhof o Hansen, considerando la resistencia al corte del suelo (c, φ) y la geometría de la cimentación. En Chile, se verifica según NCh 1508 para cimentaciones superficiales.
- qult - Capacidad de carga última
- Presión máxima que el suelo puede soportar antes de fallar por corte. Se determina mediante modelos de capacidad de carga (Terzaghi, Vesic) a partir de parámetros de resistencia (cohesión c, ángulo de fricción φ) y peso unitario γ. Para cimentaciones superficiales, qult = c Nc + γ Df Nq + 0.5 γ B Nγ, donde Nc, Nq, Nγ son factores de capacidad de carga dependientes de φ. Se usa para dimensionar zapatas y losas.
Propiedades índice y clasificación
- Límite Líquido (LL)
- Contenido de humedad (%) en el que un suelo cohesivo pasa del estado semilíquido al plástico. Se determina mediante la cuchara de Casagrande (ASTM D4318) o el penetrómetro de cono. Se usa para clasificar suelos según la Carta de Plasticidad (USCS) y para estimar la compressibilidad. Valores típicos: arcillas de baja plasticidad (LL<50%), alta plasticidad (LL>50%).
- Límite Plástico (LP)
- Contenido de humedad (%) en el que un suelo cohesivo pasa del estado plástico al semisólido. Se determina enrollando el suelo en cilindros de 3 mm de diámetro hasta que se agrieta (ASTM D4318). Junto con el LL, permite calcular el índice de plasticidad (IP = LL - LP). Suelos con LP alto indican mayor contenido de arcilla.
- Índice de Plasticidad (IP)
- Diferencia entre el límite líquido y el límite plástico (IP = LL - LP). Representa el rango de humedad en que el suelo se comporta plásticamente. Se utiliza en la clasificación USCS (suelos finos: ML, CL, CH, etc.) y para correlacionar con parámetros de resistencia y compressibilidad. IP < 7: baja plasticidad; 7-17: media; >17: alta.
- Índice de Liquidez (IL)
- Relación entre la humedad natural (w) y los límites de Atterberg: IL = (w - LP) / (LL - LP). Indica la consistencia relativa del suelo: IL < 0 (semisólido), 0-1 (plástico), >1 (líquido). Se usa para evaluar la sensitividad de arcillas y el comportamiento reológico. Arcillas con IL cercano a 1 son muy compresibles.
- Granulometría
- Distribución del tamaño de partículas de un suelo, determinada por tamizado (ASTM D422) para partículas >0.075 mm y por hidrómetro para finos. Se representa en una curva granulométrica (porcentaje que pasa vs. diámetro). Parámetros: D10, D30, D60, coeficiente de uniformidad Cu = D60/D10, coeficiente de curvatura Cc = D30²/(D10*D60). Clasifica suelos en bien graduados (Cu>6, Cc=1-3) o mal graduados.
- Clasificación USCS
- Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ASTM D2487) que agrupa suelos en función de su granulometría y plasticidad. Símbolos: G (grava), S (arena), M (limo), C (arcilla), O (orgánico), con subgrupos (GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, SC, ML, CL, MH, CH, OL, OH, PT). Se usa para estimar propiedades ingenieriles y seleccionar métodos de compactación.
- Clasificación AASHTO
- Sistema de clasificación de suelos para pavimentos (AASHTO M145) que agrupa suelos en 7 grupos (A-1 a A-7) según granulometría y plasticidad. Incluye el índice de grupo (IG) para evaluar la calidad como subrasante. Suelos A-1 a A-3 son granulares; A-4 a A-7 son finos. Se usa en diseño de carreteras.
Límites de Atterberg y plasticidad
- Límite de Contracción (LC)
- Contenido de humedad (%) por debajo del cual el suelo no reduce su volumen al secarse (ASTM D427). Se determina mediante el método del mercurio o parafina. Relacionado con la retracción lineal y la formación de grietas. Útil para suelos expansivos.
- Carta de Plasticidad de Casagrande
- Gráfico de límite líquido (LL) vs. índice de plasticidad (IP) con líneas de clasificación (Línea A: IP = 0.73(LL-20); Línea U: IP = 0.9(LL-8)). Permite clasificar suelos finos en la USCS: arcillas (C) sobre la Línea A, limos (M) bajo ella. Suelos orgánicos (O) tienen IP bajo. Desarrollada por Arthur Casagrande.
- Método de Casagrande (cuchara)
- Procedimiento para determinar el límite líquido (ASTM D4318) usando una cuchara de bronce que golpea una base de caucho duro. Se coloca una pasta de suelo en la cuchara, se hace una ranura y se cuenta el número de golpes para cerrar la ranura en 12.7 mm. Se repite a diferentes humedades para obtener la curva de fluidez.
- Penetrómetro de cono (límite líquido)
- Método alternativo al de Casagrande para determinar el límite líquido (ASTM D4318). Un cono de 80 g con ángulo de 30° penetra en la muestra; la humedad correspondiente a 20 mm de penetración es el LL. Más reproducible que la cuchara, especialmente en suelos con partículas gruesas.
Compactación y mejoramiento
- Ensayo Proctor Estándar
- Ensayo de compactación (ASTM D698) que determina la relación entre el contenido de humedad y el peso unitario seco de un suelo compactado con energía específica (600 kN-m/m³). Se compacta en 3 capas con 25 golpes de un martillo de 2.5 kg cayendo 30.5 cm. La curva Proctor muestra la humedad óptima (wopt) y el peso unitario seco máximo (γdmax).
- Ensayo Proctor Modificado
- Ensayo de compactación (ASTM D1557) con mayor energía (2700 kN-m/m³) que el Proctor estándar. Se compacta en 5 capas con 25 golpes de un martillo de 4.54 kg cayendo 45.7 cm. Representa condiciones de campo con mayor energía (rodillos pesados). Se usa para bases y subbases de pavimentos.
- Humedad óptima (wopt)
- Contenido de humedad al cual se alcanza el máximo peso unitario seco en un ensayo Proctor. Corresponde al punto de máxima densidad. Compactar con humedad menor o mayor reduce la densidad. Se usa como referencia para control de compactación en terreno (con tolerancia de ±2%).
- Peso unitario seco máximo (γdmax)
- Máximo peso unitario seco alcanzable para un suelo dado bajo una energía de compactación específica (Proctor estándar o modificado). Depende de la granulometría y plasticidad. Se usa para calcular el grado de compactación (R = γd_campo / γdmax * 100%).
- CBR - California Bearing Ratio
- Ensayo de penetración (ASTM D1883) que mide la resistencia al punzonamiento de un suelo compactado. Se aplica una carga sobre un pistón de 49.6 mm a velocidad 1.27 mm/min y se registra la presión para penetraciones de 2.54 y 5.08 mm. El CBR es la relación (%) entre la presión del suelo y la de una roca triturada estándar. Se usa para diseño de pavimentos (espesores de capa).
Resistencia al corte y ensayos
- Criterio de Mohr-Coulomb
- Modelo de falla lineal que establece que la resistencia al corte (τ) de un suelo es función de la cohesión (c) y el ángulo de fricción (φ): τ = c + σ' tan φ, donde σ' es el esfuerzo normal efectivo. Se aplica a suelos granulares (c=0) y cohesivos (c>0). Parámetros se obtienen de ensayos triaxiales o de corte directo.
- Ensayo de Corte Directo
- Ensayo de laboratorio (ASTM D3080) donde una muestra de suelo se coloca en una caja dividida horizontalmente y se aplica una fuerza normal constante mientras se desplaza la mitad de la caja a velocidad controlada. Se mide la fuerza cortante y el desplazamiento. Permite obtener c y φ para condiciones drenadas (CD) o no drenadas (CU). Es rápido pero no controla el drenaje.
- Ensayo Triaxial
- Ensayo de compresión (ASTM D4767) en el que una muestra cilíndrica se somete a una presión de confinamiento (σ3) y una carga axial (σ1) hasta la falla. Tipos: CD (drenado consolidado), CU (consolidado no drenado), UU (no consolidado no drenado). Permite medir parámetros de resistencia efectivos (c', φ') y totales (cu, φu). Es el ensayo más completo para caracterizar suelos.
- Ensayo de Compresión No Confinada (UCS)
- Ensayo rápido (ASTM D2166) donde una muestra cilíndrica de suelo cohesivo se carga axialmente sin confinamiento lateral. Se obtiene la resistencia a la compresión no confinada (qu). Para arcillas saturadas, la cohesión no drenada (cu) es aproximadamente qu/2. Se usa para clasificar consistencia de arcillas y estimar capacidad de carga.
- Cohesión (c)
- Componente de la resistencia al corte independiente del esfuerzo normal, debida a fuerzas electroquímicas entre partículas de arcilla. Se expresa en kPa. En suelos granulares, c=0. Se determina mediante ensayos triaxiales o de corte directo. La cohesión efectiva (c') se usa en análisis de estabilidad con presiones de poro.
- Ángulo de fricción interna (φ)
- Parámetro de resistencia al corte que representa la fricción entre partículas del suelo. Se expresa en grados. Depende de la densidad, forma de partículas y distribución granulométrica. Para arenas, φ varía entre 28° (suelto) y 42° (denso). Se obtiene de ensayos triaxiales o correlaciones con SPT (φ = 27.5 + 0.25N).
Compresibilidad y consolidación
- Consolidación unidimensional (1D)
- Proceso de reducción de volumen de un suelo saturado por expulsión de agua bajo carga vertical, con deformación lateral restringida. Modelado por la teoría de Terzaghi (1925). Se caracteriza por el coeficiente de consolidación (Cv) y el índice de compresión (Cc). Se ensaya en el edómetro (ASTM D2435).
- Edómetro
- Equipo de laboratorio para ensayos de consolidación (ASTM D2435). Consiste en un anillo rígido que contiene la muestra, con piedras porosas en ambos extremos. Se aplican incrementos de carga vertical y se mide la deformación en el tiempo. Permite obtener Cc, Cv, presión de preconsolidación (σ'p) y coeficiente de permeabilidad (k).
- Índice de compresión (Cc)
- Pendiente de la curva de compresión virgen en el gráfico e vs. log σ'v (relación de vacíos vs. esfuerzo vertical efectivo). Representa la compressibilidad del suelo. Para arcillas, Cc ≈ 0.009(LL-10). Se usa para calcular asentamientos por consolidación primaria: ΔH = H0 * Cc/(1+e0) * log(σ'v0+Δσ'v)/σ'v0.
- Índice de recompresión (Cr)
- Pendiente de la curva de descarga-recarga en el gráfico e vs. log σ'v. Representa la compressibilidad del suelo en el rango de sobreconsolidación. Generalmente Cr ≈ 0.1 a 0.2 Cc. Se usa para estimar asentamientos en suelos preconsolidados.
- Presión de preconsolidación (σ'p)
- Máximo esfuerzo vertical efectivo que ha soportado el suelo en su historia geológica. Se determina mediante el método de Casagrande en la curva edométrica. Suelos con σ'p > σ'v0 son sobreconsolidados (OCR > 1); si σ'p = σ'v0, normalmente consolidados. OCR = σ'p / σ'v0.
- Relación de vacíos inicial (e0)
- Relación entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos en el suelo en su estado natural. Se calcula a partir del peso unitario seco (γd) y la gravedad específica (Gs): e0 = (Gs γw / γd) - 1. Es un parámetro clave en cálculos de asentamientos y consolidación.
- Coeficiente de consolidación (Cv)
- Parámetro que describe la velocidad de consolidación bajo carga. Se determina a partir de la curva de asentamiento vs. tiempo en el edómetro, mediante métodos de Taylor (√t) o Casagrande (log t). Se expresa en cm²/s. Suelos con Cv alto consolidan rápidamente (arenas), mientras que arcillas tienen Cv bajo (10⁻³ a 10⁻⁵ cm²/s).
Permeabilidad y flujo
- Permeabilidad (k)
- Propiedad del suelo que permite el flujo de agua a través de sus poros. Se expresa en cm/s o m/día. Se determina mediante ensayos de laboratorio (permeámetro de carga constante para suelos granulares, carga variable para finos) o in-situ (Lefranc, slug test). La ley de Darcy: v = k i, donde v es velocidad de descarga e i gradiente hidráulico.
- Coeficiente de permeabilidad (k)
- Constante de proporcionalidad en la ley de Darcy. Depende de la granulometría, relación de vacíos y viscosidad del fluido. Valores típicos: gravas >10⁻² cm/s, arenas 10⁻² a 10⁻⁴ cm/s, limos 10⁻⁴ a 10⁻⁶ cm/s, arcillas <10⁻⁶ cm/s. Se usa para cálculos de flujo, drenaje y consolidación.
- Gradiente hidráulico (i)
- Pérdida de carga por unidad de longitud en la dirección del flujo. i = Δh / L, donde Δh es la diferencia de carga total y L la longitud de flujo. En suelos, gradientes altos pueden causar tubificación o sifonamiento. El gradiente crítico (ic) para arenas es aproximadamente 1.
- Carga hidráulica
- Suma de la carga de presión (u/γw), carga de elevación (z) y carga de velocidad (v²/2g). En suelos, la carga de velocidad es despreciable. La carga total (h) determina la dirección del flujo. Se mide con piezómetros.
- Red de flujo
- Representación gráfica de las líneas de flujo y equipotenciales en un medio poroso. Se usa para calcular el caudal de filtración, presiones de poro y gradientes hidráulicos en presas, tablestacas y excavaciones. Se construye mediante métodos gráficos (Forchheimer) o numéricos.