Mecânica de Suelos - 1991

Vista previa del material en texto

Mecánica 
de Suelos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1991 
Luis Marín Nieto 
Profesor de Mecánica 
de Suelos de la Escuela 
de Ingeniería Civil, 
Facultad de Ciencias 
Matemáticas y Físicas, 
Universidad de Guayaquil 
 
 
- 2 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecánica de Suelos 
 
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio o sistema sin previo 
consentimiento del autor. Derechos Reservados. Queda hecho el depósito que manda la ley. Quinta Edición 
corregida y aumentada. 
 
 
Portada 
José Enríquez 
José Loor 
 
Ilustraciones 
Fernando Núñez 
Sandra Villao 
 
Diagramación: 
Catalina Ochoa 
 
Diseño Gráfico 
Leonardo Tapia 
Lev. de Texto 
Lcda. Celeste Ruiz 
 
Arte Final 
César Ocampo 
Edison Parrales 
 
 
 
Editado por 
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL 
VICERRECTORADO ACADEMICO 
Ab. Alba Chávez de Alvarado 
VICERRECTORA 
 
 
 
 
ISBN - 9978-59-001-3 
 
RESPONSABLE DE LA EDICION 
Lcda. María Coloma Montenegro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Copyright © 1991. Luis Marín Nieto 
 Reimpresión 2008 
Levantamiento de texto 
Roxanna Ronquillo A. 
José Luis Parrales. 
 
 
 
- 3 - 
 
 
 
 
 
PROLOGO A LA QUINTA EDICION 
Desde la Primera Edición del Libro de MECANICA DE SUELOS a fines de 1969, la 
Ingeniería Civil ha sufrido un impulso gracias a nuevos materiales, equipos de construcción 
e investigación aplicada, así como por la simplificación de complejos problemas teóricos 
que se van resolviendo con las nuevas generaciones de ordenadores electrónicos. Los 
requerimientos de divisas para el pago de la deuda externa ha extendido las áreas de 
explotación de los recursos naturales, lo que ha demandado transferencia tecnológica 
localizada a ciertas áreas. Como consecuencia de aquello, se ha agravado el impacto sobre 
los ecosistemas, complicando las condiciones de vida de la población. En este mundo de 
avances y frustraciones para el progreso nacional, la enseñanza de la Mecánica de Suelos, 
la Geología Aplicada y los diversos campos de la Ingeniería Civil como Hidráulica, 
Cimentaciones, Estructura, Ingeniería Vial y Sanitaria, deben contribuir al ordenamiento y 
mejor utilización de los recursos en beneficio del hombre y su entorno natural. Por esa 
razón hemos mejorado el material de MECANICA DE SUELOS, reiterando la advertencia 
original de que la obra solamente pretende ser una ayuda para el alumno y el profesional, 
debiendo consultarse otras obras especializadas para los problemas complejos e 
interdisciplinarios. 
En este contexto, se han introducido algunas clasificaciones geomecánicas de varios autores 
aplicables a las rocas, de mucha utilidad para el diseño y construcción de túneles y obras 
hidráulicas, criterios para la mejor comprensión de la estabilidad de taludes, así como 
mayores definiciones en la caracterización de suelos especiales, como los llamara Terzaghi, 
que cubren nuestro país y el resto de los territorios tropicales y subtropicales del mundo. Se 
incluyen nuevos criterios para diseños de cimentaciones, sobre terrenos expansivos, así 
como mayor información sobre la caracterización de aquellos. 
No quisiera terminar sin agradecer, en primer lugar a la Universidad de Guayaquil y a mi 
Facultad que hicieron posible esta V Edición, en forma particular al Vice-Rectorado 
Académico y su Coordinación de Publicaciones, y, en especial, a mis alumnos quienes me 
motivaron para la revisión y ampliación del material que contiene la V Edición. 
 
Guayaquil, Enero de 1991. 
El Autor 
 
 
- 4 - 
 
 
- 5 - 
 
 
INDICE 
 
 
CAPITULO I 
INTRODUCCION 
1.- La Mecánica de Suelos en la Ingeniería Civil. 2.- Generalidades sobre la Geología del Occidente 
Ecuatoriano. 2.1.- Breve Glosario Geomecánico: 2.1.1.- Tipos de Rocas de acuerdo a sus propiedades 
Físicas y Mecánicas: Coeficiente de Protodjakonov; 2.1.2. Índice de calidad de las Rocas (R.Q.D); 
2.1.3.- Clasificación de Barton; 2.1.4. Clasificación de Terzaghi; 2.1.5.- Parámetros Geofísicos. 3.- 
Geología del Área Metropolitana de Guayaquil. 
 
 
Pág. 
7 
CAPITULO II 
 PROPIEDADES DE LOS SUELOS 
1.- Origen de los suelos. 2.- Granulometría y Plasticidad. 3.- Características Especiales de los Suelos: 
Sensibilidad, Expansión, Suelos Colapsivos, Dispersión, Suelos Lateríticos, Suelos Tubificables, 
Licuación, Erosividad. 
 
 
 
25 
 
CAPITULO III 
RELACIONES VOLUMETRICAS Y GRAVIMETRICAS 
1.- Peso Específico. 2.- Porosidad, Relación de Vacíos y Saturación. 3.- Diferentes expresiones. 
 
 
43 
CAPITULO IV 
CLASIFICACION DE LOS SUELOS 
1.- Diferentes Sistemas de Clasificación. 2.- Importancia de los Sistemas de Clasificación. 
3.- Clasificación AASHO Modificado (AASHTO). 4.- Sistema Unificado de Clasificación de Suelos de 
Casagrande (SUCS). 5.- Uso de los Sistemas de Clasificación en diversos problemas de Ingeniería. 
 
 
 
49 
CAPITULO V 
ESFUERZOS DEBIDOS A LA MASA DEL SUELO 
1.- Interacción entre las fases del Suelo. 2.- Esfuerzos Geostáticos: Esfuerzo Total, Vertical y Horizontal. 
3.- Concepto de la Presión Hidrostática ó de Poros y del Esfuerzo Efectivo. 4.-Representación y 
aplicación del concepto de Esfuerzos en la solución de problemas de Ingeniería. 5.- Cálculo y dibujo del 
Diagrama de Esfuerzo Horizontal y Vertical Efectivos y Totales. 
 
 
 
57 
CAPITULO VI 
PROPIEDADES HIDRAULICAS DE LOS SUELOS 
1.- Capilaridad. 2.- Ley de Darcy. 3.- Aplicación de la Ecuación de Conservación de la Energía en los 
Suelos: Carga Total, Carga de Elevación, Carga de Presión. 4.- Determinación de los Esfuerzos Efectivos 
en el Suelo con el agua en movimiento. 5.- Fuerza de Filtración y Gradiente Crítico. 6.- Permeabilidad en 
el Campo. 
 
 
 
67 
CAPITULO VII 
FLUJO DE AGUA EN LOS SUELOS 
1.- Ecuación General. 2.- Redes de Flujo Bidimensionales, con condiciones de Fronteras Simples. 3.- 
Redes de Flujo Bidimensionales en un medio no Homogéneo. 4.- Aplicación a Estructuras Hidráulicas. 
5.- Tubificación. 6.- Flujo en las Presas Homogéneas. 7.- Filtros y Drenes. 
 
81 
 
 
 
- 6 - 
 
 
 
CAPITULO VIII 
ESFUERZOS PRODUCIDOS EN EL TERRENO POR LAS CARGAS APLICADAS 
1.- Esfuerzos en la Solera de la Cimentación. 2.- Zapata sujeta a Momentos en dos direcciones. 
3.- Cargas transmitidas a los Pilotes. 4.- Esfuerzos Inducidos en la Masa del Suelo: 4.1.- Introducción; 
4.2.- Teoría de Boussinesq; 4.3.- Esfuerzos debidos a una superficie cargada; 4.4.- Diversas soluciones. 
 
 
95 
CAPITULO IX 
ESTADO DE ESFUERZOS 
1.- Generalidades. 2.- Solución de Mohr del Estado de Esfuerzos. 3.- Teoría del Polo y Esfuerzos 
Conjugados. 
 
 
105 
CAPITULO X 
COMPRESIBILIDAD 
1.- Introducción. 2.- Relaciones Esfuerzo - Deformación. 3.- Teoría de la Consolidación. 4.- Análisis de 
los Asentamientos de acuerdo a la Teoría Elástica. 5.- Cálculo de Asentamientos de acuerdo a la Teoría 
Elástica. 6.- Suelos Normalmente Consolidados y Preconsolidados. 
 
 
113 
CAPITULO XI 
ESFUERZO CORTANTE EN LOS SUELOS 
1.- Introducción. 2.- Resistencia al Corte en Arenas. 3.- Resistencia al Corte Directo en Arcillas. 
4.- Ensayos Triaxiales. 5.- Algunos Parámetros de Resistencia al Corte. 
 
 
129 
CAPITULO XII 
EMPUJES DE TIERRA 
1.- Estado de Reposo, Activos y Pasivos. 2.- Estabilidad de Pendientes. 3.- Estados de Equilibrio de 
Rankine. 4.- Empujes de Tierra en Muros Rugosos. 5.- Entibamientos y Tablestacas. 
 
 
135 
CAPITULO XIII 
ESTABILIDAD DE TALUDES 
1.- Introducción: Fundamentos, Modelos Geodinámicos, Descripción de los Modelos de Movimientos de 
Taludes: A.- Flujo; B.- Deslizamientos; C.- Escurrimientos; D.- Derrumbes. 2.- Método de Fellenius. 
3.- Diversas Aplicaciones: Método del Bloque Deslizante; Número de Estabilidad. 
 
 
149 
CAPITULO XIV 
CAPACIDAD DE CARGA DE LOS SUELOS 
1.- Introducción. 2.- Falla Local y General. 3.- Asentamientos Permisibles. 4.- Capacidad de carga en 
Suelos Cohesivos yFriccionantes. 5.- Capacidad de Carga de Pilotes. 
 
 
159 
CAPITULO XV 
 FUNDACIONES 
1.- Introducción. 2.- Elección del Tipo de Fundación. 3.- Fundaciones Superficiales. 4.- Fundaciones 
Profundas. 5.- Fundaciones Compensadas. 6.- Fundaciones Especiales: Socavación de puentes; 
Fundaciones sobre terrenos expansivos. 
 
 
175 
CAPITULO XVI 
TERRAPLENES 
1.- Introducción. 2.- Tipos de Compactación de Suelos y Rocas, Terraplenes de Presas y Caminos. 
3.- Préstamo, Métodos de Exploración. 
 
189 
 
 
- 7 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO I 
 
INTRODUCCION 
 
1.- LA MECANICA DE SUELOS EN LA INGENIERIA CIVIL 
 
La Mecánica de Suelos analiza las características de los diferentes tipos de suelos en función 
de otros factores como carga y tiempo y suministra al ingeniero los medios para evaluar su 
comportamiento que aseguren la estabilidad de las estructuras. En todos los problemas de la 
ingeniería práctica, el suelo es un factor que siempre ha tenido que ser tomado en cuenta, sea 
como soporte de fundaciones, sea como material de construcción o, en todo caso, como medio o 
liga entre el agua y las estructuras. Pero no solamente el conocimiento de la Mecánica de Suelos 
es suficiente para poder obtener los datos que resuelvan los problemas, la Mecánica de Suelos 
por si sola no sirve de gran ayuda al ingeniero. 
 
Si aceptamos los conceptos intuitivos de peso, movimiento, etc. podemos a continuación 
comprender la forma tan asidua en que la Mecánica de Suelos sirve en los problemas de la 
Ingeniería Civil. 
 
Todas las estructuras y obras que el hombre construya, deben ser cimentadas sobre suelo o 
roca o a través de unos de ellos; así, los edificios, las carreteras, los muros, las presas, los 
túneles, etc., son construidos en contacto con los suelos o las rocas. 
 
Entre los diferentes tipos de fundaciones tenemos aquellas llamadas superficiales y 
profundas. 
 
 
- 8 - 
 
 
 
 Cuando el suelo donde se va a cimentar es resistente, generalmente construimos el edificio 
sobre él. En el caso de la Fig. 1 a., el suelo resistente se encontró a poca profundidad, donde el 
costo de la excavación es muy pequeño en relación al del edificio. Este es el caso de las 
cimentaciones superficiales. 
 
En la Fig. 1b, el suelo resistente se encontró a mucha profundidad, por lo que siendo el costo 
de las excavaciones muy alto en relación al del edificio, se tomó como solución más económica 
transmitir el peso del edificio a la capa de suelo firme mediante pilotes. 
 
En ambos casos, el problema que queda pendiente es saber cuánto se hundirá o se asentará el 
edificio, de tal forma que no produzca agrietamientos de las paredes, inclinaciones peligrosas del 
edificio que, no solamente obligarán a ser reparados, sino que alcancen una gravedad tal que el 
costo sea muy alto, sea para repararlo o para volverlo a su posición original. 
 
 Por otro lado, en el caso de la cimentación superficial es importante saber a qué profundidad 
debemos excavar para alcanzar el suelo resistente y en el otro caso, de qué longitud 
serán los pilotes para que la estructura sea soportada en la capa resistente. Otros 
problemas que el ingeniero deberá resolver serán por ejemplo: ¿qué cantidad de agua 
deberá ser bombeada de las paredes de las excavaciones o, si este trabajo no ocasionará 
derrumbes de las paredes de la excavación?. Así mismo en ambos casos, de cimentaciones, 
el ingeniero tendrá que saber si la construcción del edificio no causará problemas a 
los edificios vecinos. En el caso de las cimentaciones profundas también debe decidir 
 
 
- 9 - 
previamente sobre el diámetro, longitud y material de los pilotes, así como la manera que ellos 
deban ser introducidos o colocados en su sitio. 
 
Pero no todos los suelos resistentes son confiables. Ocurre, sobre todo, en la Costa 
Ecuatoriana y en algunas zonas de la Sierra y Oriente, que existen suelos resistentes y cuando se 
humedecen se expanden, generando durante la expansión, fuerzas muy grandes que pueden 
levantar, sea los edificios con fundaciones superficiales o con fundaciones profundas. Estos 
levantamientos no son iguales sino desiguales, los que ocasionan asimismo agrietamientos de las 
paredes, pisos o tumbados, que pueden llegar a ser de tal gravedad que el edificio tenga que ser 
necesariamente abandonado. 
 
La Mecánica de Suelos en este caso permite no sólo descubrir estos suelos peligrosos, sino 
evaluar las fuerzas con que ellos se expanden, de tal manera que el ingeniero pueda tomar 
decisiones respecto a su cimentación. 
 
Pero el suelo no siempre es el soporte de la estructura sino que también sirve para construir 
terraplenes de carreteras, presas, dique, etc. Los suelos como material de construcción pueden 
ser permeables o impermeables, es decir, que dejan filtrar el agua con facilidad o con mucha 
dificultad. Pueden ser también los suelos, una vez trabajados, de poca resistencia o de gran 
resistencia. Si por ejemplo vamos a construir una presa (Fig. 2a) para almacenar agua, debemos 
saber qué materiales vamos a colocar en ella y en qué sitio vamos a ubicar para que el agua de 
ese embalse no se nos escape o que por el exceso de filtración se destruya la presa. También 
debemos saber si la resistencia de esos suelos es tal que no se derrumbe la presa, o, en el caso de 
la carretera, por exceso de tráfico o de la humedad circundante, no se produzcan hundimientos de 
la superficie que destruyan el pavimento. 
 
 
 
- 10 - 
 
Pero en el caso de las presas también es importante saber como vamos a colocar el material y 
hasta que punto lo vamos a apisonar mecánicamente para lograr una mejor resistencia. Otra 
pregunta que debemos hacemos es la cantidad de filtración que deberá presentarse luego de 
construida la obra, o si esa filtración no va a ser perjudicial para la estabilidad de la misma. 
 
En las construcciones civiles también debemos cortar cerros para el paso de carreteras o 
canales. Ocurre a menudo que estos cortes o taludes sufren deterioro con el tiempo o 
simplemente fallan, sobre todo, en conexión con la época de lluvias. La Mecánica de Suelos 
permite al ingeniero establecer los ángulos de los taludes que los estabilicen relativamente, sin 
que ocasionen problemas o que tengan un costo de mantenimiento relativamente bajo. 
 
Los muros son otro tipo de obras que el ingeniero construye para contener rellenos, 
generalmente en malecones o en zonas topográficamente accidentadas. La Mecánica de Suelos 
nos permite evaluar la fuerza con que esos rellenos empujan a los muros, de acuerdo a su calidad 
y a su dimensión, de tal manera que el ingeniero pueda diseñar el espesor de estos muros, así 
como la calidad de sus materiales. En los malecones de ríos o de puertos sin embargo, la 
construcción de muros de hormigón es más complicada, por lo que corrientemente se hincan 
planchas metálicas alargadas, llamadas tablestacas, a cierta profundidad, (fig.2 b), hasta 
alcanzar una longitud tal que permita su estabilidad debido al empuje de los materiales que están 
del lado de la tierra; sin embargo, estas tablestacas normalmente requieren ser ancladas para no 
permitir movimientos peligrosos cuando los rellenos del lado de la tierra han sido construidos. 
El ingeniero mediante la Mecánica de Suelos, puede determinar la longitud confiable de estas 
tablestacas, su tipo, así como las dimensiones y calidad de los anclajes. 
 
Hay muchos problemas más que el ingeniero solamente pueda resolverlos con el 
conocimiento claro de la Mecánica de Suelos. Sin embargo, el conocimiento de la Mecánica de 
Suelos no es suficiente. Es necesario conocer los métodos de exploración, la Geología Aplicada 
y sobre todo tener antecedentes de como se comportaron los suelos en contacto con otras 
estructuras y estudiar las diferentes alternativas o soluciones para que la obra, siendo estable,resulte económica y construíble, de acuerdo a los recursos con que se disponen en la zona. 
 
 
 
2.- GENERALIDADES SOBRE LA GEOLOGIA DEL OCCIDENTE ECUATORIANO. 
 
Originalmente se supone que la Costa Occidental de Sudamérica, correspondía al borde 
occidental del Planalto Brasileño. Posteriormente se fueron plegando, por efecto de compresión, 
dichas rocas, dando lugar sucesivamente a la cordillera de los Andes, la cual, en el Ecuador, de 
Este a Oeste, se suceden las edades más antiguas. Este fenómeno ha sido explicado 
modernamente por la teoría de las placas, según la cual los continentes son cuerpos que se 
mueven sobre la masa viscosa de la Tierra. Así la llamada Cordillera Oriental está constituida 
por pizarras paleozoicas, fundamentalmente, y la Cordillera Occidental, por rocas básicas 
Cretácicas. 
 
En la Costa del Ecuador aparece el Cretácico localizado en el núcleo sur de la Cordillera 
Chongón-Colonche, aunque algunos autores suponen más antigüedad a algunos afloramientos 
tales como los Cerros de Taura, Samborondón, etc. De todos modos las formaciones montañosas 
de la Costa Ecuatoriana corresponde fundamentalmente al Terciario. 
 
 
- 11 - 
Debe suponerse entonces que al final del Cretácico, lo que es hoy, la Costa del Ecuador 
estaba constituido por un mar con islas correspondientes a las rocas Cretácicas. La costa de este 
mar correspondía a la cordillera Occidental de los Andes. 
 
Posteriormente, emergieron del mar los sedimentos Terciarios, los cuales por sucesivos 
plegamientos y levantamientos formaron una meseta peninsular paralela a la Cordillera de los 
Andes, y que luego por procesos orgánicos dio lugar a las Cordilleras de la Costa Ecuatoriana. 
Entre éstas y los Andes quedó un gran mar interior hacia el final del Terciario. 
 
Hace pocos miles de años este mar interior se fue rellenando por sedimentos originados tanto 
de desgaste de los Andes como de la erosión de las rocas Terciarias de la Costa. 
 
Este mar interior, ocupa hoy principalmente una gran extensión de la denominada Cuenca del 
Guayas, cuyo aliviadero antiguo corresponde a los plegamientos hundidos de Guayaquil y 
Durán, a partir del cual hacia el Sur, en el Golfo de Guayaquil, se produce un proceso similar 
tendiente a rellenar el Golfo con sedimento, ganando de esta forma tierras al mar. 
 
Al final del Terciario parece haber ocurrido un proceso volcánico que dio lugar a la aparición 
de rocas extrusivas como se observa en los afloramientos de Jama, Montecristi, etc. 
Consecuentemente son comunes algunas formaciones compuestas de conglomerados de gravas 
de origen ígneo y otras rocas básicas, asociadas con areniscas y rocas arcillosas (lutitas) del 
Terciario. 
 
 
En la edad reciente, es decir el Cuaternario, se fueron erosionando y rellenando los valles 
iniciándose el proceso que da lugar a las formaciones Recientes de la Costa. 
 
Las rocas Cretácicas y Paleozoicas generalmente andesitas, pizarras, rocas porfiricas y 
diabásicas fueron cubiertas en el Cuaternario por una toba loésica volcánica, llamada Cangahua 
y compuesta de arenas silicosas ligeramente cementadas, compactas y asociadas a depósitos de 
cenizas y otras tobas, en el Valle Interandino. 
 
 
Particular importancia tiene una formación llamada Tablazo en la Costa, la cual está 
constituida por un tipo de conglomerado de conchas y arenas cementadas con sales de calcio. 
Este horizonte, el cual se presenta a varios niveles en algunos lugares, nos da una idea del mar 
reciente, cuyo fondo, por levantamiento, constituye actualmente la formación del Tablazo. Estas 
rocas tienen mucha importancia debido a la porosidad que le permite almacenar una gran 
cantidad de agua lluvia por Filtración. El Tablazo se lo observa en la Península de Santa Elena, 
particularmente en la Puntilla los cerros al Norte de Santa Elena, la Costa de Chanduy, Manta, 
etc. 
 
Al principio del Cuaternario la Costa del Ecuador, estaba constituida por una especie 
de meseta con dos vertientes, una hacia el Daule y otra hacía el Pacífico. Debido a la 
agresividad de los agentes atmosféricos y la poca resistencia de los sedimentos del 
Terciario, se fueron formando los Valles que siguen una dirección aproximadamente 
hacia el Este y hacia el Oeste. En algunos lugares al exponerse los sedimentos menos 
resistentes a l a acción del agua, fundamentalmente, originó deslizamientos de gran extensión, 
los cuales aún se pueden observar, teniendo muchos de ellos centenas de metros 
de diámetro, caso del Valle de Paján, etc. Estos grandes deslizamientos y la 
 
 
- 12 - 
continua erosión provocada por fuertes precipitaciones fueron a su vez cambiando la 
constitución de los valles costeños, y consecuentemente ganando tierras al mar. 
 
El proceso de erosión de la meseta de la costa y el desgaste de las rocas Cretácicas de la 
Cordillera Occidental, asimismo fue rellenado el mar Reciente ocupado hoy por el área al Sur de 
las lomas de Balzar. A medida que se fue rellenando esta gran depresión se fue estableciendo el 
sistema hidrográfico comprendido entre los ríos Daule y Babahoyo, así como la faja costera al 
oriente del río Guayas y que limita al sur con el río Santa Rosa, en la provincia de El Oro. 
 
Este proceso de sedimentación reciente ha dado lugar a potentes estratos de materiales de 
diferente graduación predominando en cada caso, según su localización geográfica, los 
sedimentos permeables y los sedimentos impermeables. En algunos lugares la graduación de 
estos materiales se alterna según la historia hidrológica de la zona de la Cuenca. 
 
Así se observan sedimentos recientes constituidos por gravas arenas y arcillas, solos o 
mezclados hasta profundidades mayores de 50m. Otras veces los sedimentos finos y muy finos 
se alternan dando lugar a formaciones laminares de pocos milímetros de espesor. El proceso de 
sedimentación avanza lenta pero inexorablemente hacia el Golfo de Guayaquil y hacia las 
pequeñas bahías como la de Caráquez, etc. 
 
La serie de levantamientos y plegamientos de la faja costanera del Ecuador durante la época 
reciente ha dado lugar a una geología compleja, la cual se agrava en muchos lugares por el 
proceso de erosión y movimientos de deslizamientos de las montañas. 
 
 
Empero debemos de aclarar que las características de nuestras rocas de Terciario son 
predominantemente las de una roca blanda, fácilmente intemperizable, de poca resistencia a la 
erosión y al desgaste. La matriz predominante de estos sedimentos está constituida por arcillas y 
arenas muy finas, lo que da una característica de semi-impermeable e impermeable, de lo cual se 
desprende su escasa capacidad de almacenamiento de agua freática, por lo menos a 
profundidades económicas. 
 
 
A excepción hecha de la formación Tablazo, sus secuencias derivadas de algunas areniscas, 
los depósitos de agua subterránea se localizan fundamentalmente en el fondo de valles rellenados 
en épocas recientes. 
 
 
Las características físico-químicas de algunas rocas del Terciario en correspondencia con su 
proceso geológico, ha hecho, que muchos depósitos de aguas freáticas, estén fuertemente 
contaminadas de sales, particularmente de calcio y sodio, lo que da un sabor fuertemente salina 
del agua. Esta característica se observa en el corto estiaje de algunos ríos de la costa, donde se 
concentran las sales disueltas por infiltración, dando lugar a pequeños riachuelos de agua salobre 
localizados particularmente en Manabí. 
 
Los sedimentos arcillosos del terciario se presentan con alta resistencia a la compresión, sin 
embargo, se comportan muy débiles una vez saturados debido a fuerzas Internas que por efectos 
del cambio de humedad tiende a destruir toda su resistencia al esfuerzo cortante. La fuerza 
interna típica de estas arcillas es la expansión. 
 
 
 
- 13 - 
Las areniscas y las rocas Cretácicas en cambio son más resistentey son rocas inertes con poco 
o ningún cambio de sus resistencia por los cambios en el contenido de humedad. La excepción 
hecha de estas rocas son las areniscas blancas y algunas margas que afloran en ciertos lugares. 
De toda forma afloramientos superficiales de rocas areniscas se observan principalmente en los 
cerros de la península de Santa Elena y en algunos valles de las montañas de Balzar y del 
Suroeste de Manabí; en general, las areniscas afloran en forma de pequeñas vetas muy plegadas 
o en asocio con arcillas en formaciones derivadas. 
 
Esta es la razón por lo que en general en la costa del Ecuador se nota una ausencia de 
materiales de poco desgaste para construcción y explotables en forma económica. De acuerdo 
con esto puede sostenerse que gran parte del desarrollo urbano de Guayaquil se debe a la 
distancia óptima de excelentes canteras de rocas Cretácicas y Terciarias, que con la 
denominación genérica de cascajos se han rellenado los manglares y pantanos ocupados hoy por 
la ciudad. En contraposición de esto podemos citar el caso de que la ausencia aparente de arenas 
resistentes en Manabí ha obligado a llevarla en algunas ocasiones desde Yaguachi en una 
distancia superior a 150 Km. 
 
Grandes depósitos de gravas y cantos rodados se encuentran, en cambio, en los ríos Daule y 
Peripa al norte del pueblo de Pichincha. Así mismo los ríos que nacen en la Cordillera de los 
Andes son fuentes tradicionales de agregados. 
 
 
 
 
 
2.1. BREVE GLOSARIO GEOMECANICO. 
 
Considerando de interés para la práctica de Ingeniería, a continuación se muestra algunas 
propiedades geomecánicas de las rocas y métodos para determinar otros parámetros. 
Fig. 3 
 
 
- 14 - 
2.1.1. TIPOS DE ROCAS DE ACUERDO A SUS PROPIEDADES FISICAS Y 
MECANICAS. 
 
En la siguiente tabla, debida a Hobst y Zajic (Anchoring in Rock, Elsevier, 1957) se establecen 
los principales parámetros geomecánicos para las rocas duras y blandas que puede servir de 
referencia, en la que se incluye el coeficiente de Protodjakonov (1907). 
TABLA I 
ROCAS DURAS Y BLANDAS 
Valores de M.M. 
Protodjakonov CLASE TIPO q E 
fp φ p 
ROCAS DURAS 
a) Metamórficas e ígneas 
sanas. 1 
b) Sedimentaria sana y 
potente. 
más de 
600 
 5.000 a 
50.000 
20 al 10 90 a 82 
a) Metamórfica e ígnea 
parcialmente 
meteorizada. 
b) Sedimentaria potente 
parcialmente 
meteorizada. 
2 
c) Sedimentaria sana y 
lajeada. 
más de 
150 
1.000 a 
20.000 
8 a 6 80 a 75 
a) Metamórfica 
parcialmente 
meteorizada. 
b) Sedimentaria potente 
meteorizada. 
c) Sedimentaria 
parcialmente 
meteorizado lajeada. 
3 
d) Sedimentaria sana poco 
potente 
más de 
100 
500 a 5.000 5 a 4 70 
a) Sedimentaria, 
Meteorizada, lajeada. 
4 b) Parcialmente 
meteorizada poco 
potente. 
más de 
100 
300 a 1.000 2 65 
ROCAS BLANDAS 
5 Solidificada Sana. 20 a 100 500 a 1000 3 a 2 60 a55 
6 
Parcialmente Meteorizada 
medio Solidificada. 10 a 20 300 a 500 3 a 2 60 a 55 
7 
Meteorizada poco 
Solidificada. 
3 a 10 200 a 300 3 a 2 60 a 55 
q = Resistencia a la compresión simple Kg/cm2 
E = Módulo de Young Kg/cm2 
fP = σ/100 � Coeficiente de Protodjakonov adimensional. Se obtiene de la resistencia cúbica σ de la roca 
(Kg./cm2). Se reduce por el grado de fisuración y meteorización. 
φ P= Angulo de fricción interna de la roca. 
 
 
- 15 - 
2.1.2. INDICE DE CALIDAD DE LAS ROCAS R.Q.D. (ROCK QUALITY 
DESIGNATION) 
 
Entre otros índices para determinar la calidad de la roca, existe el R.Q.D. que se basa en la 
recuperación modificada del testigo de roca obtenido durante la perforación en un tramo dado. 
La recuperación como se sabe es la longitud total del testigo obtenido durante una perforación: 
Por ejemplo si se ha perforado un tramo de 1,5 m y se ha recuperado 75 cm, la recuperación sería 
el 50%. El R.Q.D. modifica el criterio de la recuperación de tal manera que considera 
únicamente aquellos fragmentos mayores o iguales a 10 cm de longitud para sumarlos, por lo 
que el R.Q.D. siempre da un porcentaje menor que el de recuperación. Si durante el proceso de 
recuperación se observa que un fragmento se ha roto, no por la debilidad de la roca o 
diaclasamiento, los trozos partidos se juntan y se consideran una sola pieza siempre que sea por 
lo menos 10 cm. de longitud. 
 
Este índice R.Q.D. generalmente se aplica con éxito en las rocas ígneas, calizas potentes, 
areniscas, etc., requiriéndose un cierto criterio en el caso de rocas metamórficas o estratificadas. 
El R.Q.D. es muy utilizado por consultores e Ingenieros contratistas, aunque es muy conservador 
y depende de una buena perforación en diámetros no menores a 50 mm. 
 
El método del R.Q.D. se debe al profesor D.U. Deere y en la tabla 2 se correlaciona la calidad 
de la roca con el R.Q.D. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.3. CLASIFICACION DE BARTON (1974) 
 
Al igual que la clasificación de las rocas de Protodjakonov, que se utiliza en los países 
europeos para la ingeniería de túneles, hay otras con similar aplicación como la de Barton, 
Terzaghi (1946). Bieniawski (1976) 
 
Barton y otros investigadores establecen una clasificación geomecánicas de las rocas. a partir 
de un índice de calidad "Q", que obtienen de 6 parámetros procedentes de la observación del 
macizo rocoso, para los que establecen la correspondiente valoración. 
 
Igual que en otras clasificaciones, y procedente de la experiencia y observación de túneles 
construidos, se establecen unos criterios empíricos para el dimensionado del sostenimiento, en 
función de Q y de las dimensiones del túnel. 
 
 
TABLA 2 
 
R.Q.D. % CALIDAD 
 
0 - 25 Muy mala 
25 - 50 Mala 
50 - 75 Regular 
75 - 90 Buena 
90 - 100 Excelente 
 
 
 
- 16 - 
2.1.3. 1. DETERMINACION DEL INDICE DE BARTON: 
 
El índice Q viene dado por la expresión 
 
 Q
SRF
J
J
J
J
DR w
a
r
n
••=
Q
 (1) 
donde: 
 R Q D: es el índice definido en el numeral 2.1.2. 
 Jn: índice de diaclasado que contempla la cuantía de la fracturación. 
 
 Jr : índice de rugosidad que contempla la rugosidad, presencia de relleno 
 y continuidad de las juntas. 
 Ja : índice de alteración que contempla la alteración en las juntas. 
 
 Jw : coeficiente reductor por la presencia de agua. 
 
 S R F: (stress reduction factor) es un coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado 
tensional en el macizo rocoso. 
Los tres grupos formados con estos parámetros son: 
 :
Jn
RQD
 representa el tamaño de los bloques. 
 :
Ja
Jr
 representa la resistencia al corte entre los bloques. 
 :
SRF
Jw
 representa la influencia del estado tensional. 
El rango de variación de los parámetros es el siguiente: 
 
 RQD: entre 0.00 y 100 
Jn: entre 0.50 y 20 
 Jr: entre 0.50 y 4 
 Ja: entre 0.75 y 20 
Jw: entre 0.05 y 1 
 SRF: entre 0.50 y 20 
 
El rango de variación del índice Q está entre 0,00 1 y 1000. Este intervalo se ha dividido en 9, 
que dan lugar a la siguiente clasificación cualitativa: 
 
 entre 0,001 y 0,01 : Roca excepcionalmente mala 
 entre 0,01 y 0,1 : Roca extremadamente mala 
 entre 0,1 y 1,0 : Roca muy mala 
 entre 1,0 y 4,0 : Roca mala 
 entre 4,0 y 10 : Roca media 
 entre 10 y 40 : Roca buena 
 entre 40 y 100 : Roca muy buena 
 entre 100 y 400 : Roca Extremadamente buena 
 entre 400 y 1000 : Roca excepcionalmente buena 
 
 
- 17 - 
En la Tabla 3 se reflejan los criterios de valoración de estos parámetros. 
Tabla 3 
Estimación de Parámetros que intervienen en el índice Q (Simplificado de BARTON ET AL. 1974) 
 
 INDICE DE DIACLASADO Jn ( . ) VALOR INDICE RUGOSIDAD Jr VALOR 
Roca masiva 0,5 - 1,0 Diaclasas rellenas 1 
Una familia de diaclasas 2 Diaclasas limpias (.) 
Id. con otras diaclasasocasionales 3 - Discontinuas 4 
Dos familias de diaclasas 4 - Onduladas Rugosas 3 
Id. con otras diaclasas ocasionales 6 - Onduladas Lisas 2 
Tres familias de diaclasas 9 - Planas, rugosas 1,5 
Id. con otras diaclasas ocasionales 12 - Planas, Lisas 1,0 
Cuatro o mas familias roca muy fracturada 15 LISOS O ESPEJOS DE FALLA 
Roca triturada 20 - Ondulados 1,5 
 - Planos 0,5 
 ( . ) En boquillas 2 x Jn 
( . ) O cuyas caras entran en contacto bajo 
 la solicitación 
 
 
 
 
PARAMETRO SRF VALOR 
- ZONAS DEBILES: 
Multitud de zonas débiles o milonitos 10,0 
Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca descompuesta (cobertura ≤ 50 m) 5,0 
Id. con cobertura 50 m 2,5 
Abundantes zonas débiles en roca competente 7,5 
Zonas débiles aisladas en roca competente ( c ≤ 50 m) 5,0 
Id. con c. 50 m 2,5 
Terreno en bloques muy fracturado 5,0 
- ROCA COMPETENTE: 
Pequeña cobertura 2,5 
Cobertura media 1,0 
Gran cobertura 0,5–2,0 
- TERRENO FLUYENTE: 
Con bajas presiones 5–10 
Con altas presiones 10–20 
- TERRENO EXPANSIVO: 
Con presión de hinchamiento moderado 5–10 
Con presión de hinchamiento alta 10–15 
 
INDICE DE ALTERACION Ja VALOR 
COEFICIENTE REDUCTOR 
 POR LA PRESENCIA DE 
AGUA Jw 
VALOR 
PRESION 
DE AGUA 
Kg / cm2 
Diaclasas de paredes sanas 0,75-1 
Excavaciones secas o con < 5 l/min. 
localmente 
1 <1 
Ligera alteración 2,0 
Alteraciones arcillosas 4,0 
Afluencia media con lavado de 
algunas diaclasas 
 0,66 1-2,5 
Con detritus arenosos 4,0 Afluencia importante por diaclasas 
limpias 
 0,5 2,5-10 
Con detritus arcillosos 
preconsolidados 
6,0 
Id. con lavado de diaclasas 0,33 2,5-10 
Id. poco consolidados 8,0 
Id. expansivos 8-12 
Afluencia excepcional inicia, 
decreciente con el tiempo 
0,2-0,1 >10 
Milonitos de roca y arcilla 6-12 
Milonitos de arcilla limosa 5 
Milonitos arcillosos-gruesos 10-20 
Id. mantenida 0,1-0,05 >10 
 
 
- 18 - 
 
2.1.4. CLASIFICACION DE TERZAGHI. 
 
Una de las más antiguas clasificaciones de los terrenos aplicada a la ingeniería de túneles es 
la de Terzaghi (1946) elaborada para el cálculo y diseño de las estructuras de sostenimiento 
provisional o definitiva de los túneles. La clasificación de Terzaghi ha sido ampliamente 
conocida en América y es un buen referente en los análisis de estabilidad de los túneles, donde 
el factor fundamental es la carga de roca sobre el revestimiento del túnel, cuyo espesor varia de 
acuerdo a la calidad de terreno. 
 
Clasifica los terrenos en 9 grupos de acuerdo al grado de fracturación de la roca densidad del 
material suelto, espesor y calidad expansiva del suelo o la roca. 
 
Considera la disposición de la estratificación respecto al túnel, en la previsión de 
desprendimientos que se resume en 3 normas empíricas: 
 
- Con estratificación vertical el techo será estable en general, pero se pueden producir caídas de 
bloques en una altura de 0,25B (B es el ancho del túnel). 
 
- Con estratificación horizontal de gran potencia y con pocas juntas, la excavación será estable 
sin roturas. 
 
- Con estratificación horizontal de pequeña potencia y/o gran cantidad de juntas. en el techo se 
desarrollarán roturas, formándose un arco apuntando sobre el túnel, con anchura la de éste y 
altura la mitad de la dimensión anterior. Este proceso es progresivo y se detendrá si se coloca 
rápidamente un sostenimiento. 
 
En la tabla 4, se recoge la clasificación con la descripción de los 9 tipos de terreno propuestos 
por el autor así como la estimación de la carga en el techo (Hr) para cada uno de ellos, en metros 
de roca sobre clave. 
 
Hay que añadir, que estos valores son de aplicación para dimensionamiento de sostenimientos 
clásicos (cerchas y hormigón), que se consideran conservadores para rocas de buena calidad, que 
su campo de aplicación es para túneles de tamaño medio (del orden de 8 m. de anchura o menor) 
y que son de dudosa aplicación en terrenos expansivos o que fluyen plásticamente. 
 
La distribución de cargas para el dimensionado del sostenimiento se hace suponiendo: 
 
- Presión uniforme vertical sobre la bóveda de valor Pm = γ Hr 
- Presión uniforme sobre las paredes de valor Ph ≈ 0.3 Pm 
- Presión uniforme sobre la solera, si la hay, de valor Ps = 0,5 Pm 
 
γ = densidad de la roca 
Hr = se obtiene de la tabla 4 
 
Cuando puedan desprenderse localmente bloques, el sostenimiento (entibación) deberá 
dimensionarse para resistir las cargas puntuales correspondientes. 
 
 
- 19 - 
Tabla No. 4 
CARGAS PARA DIMENSIONAR EL SOSTENIMIENTO (TERZAGHI) - 1946 
 
Carga de roca Hr (m) (2) 
CLASE Terreno Tipo de Terreno 
Inicial Final 
Observaciones 
1 
 
ROCA Dura y sana - - Revestimiento solo si hay caída de bloques. 
2 ROCA Dura Estratificada o 
esquistosa 
- 0 a 0,5 B Depende de buzamiento. Caída de bloques 
probable. 
 
3 ROCA Masiva Moderadamente 
diaclasada 
- 0 a 0,25 B Caída de bloques probable. Empuje lateral si hay 
estratos inclinados. 
 
4 ROCA Moderadamente fracturada 
Bloques y lajas 
- 0,25 B a 0,35(B + H)(1) Necesita entibación rápida. Empuje lateral pequeño. 
 
5 ROCA Muy fracturada 0 a 0,6 (B+H) 
 
(0,35 a 1,1) (B + H) Entibación inmediata. Empuje lateral pequeño. 
6 ROCA Completamente fracturada 
pero sin meteorizar 
- 1,1 (B+H) Entibación continúa. Empuje lateral considerable 
 
6’ 
 
GRAVA O ARENA 
 
Densa 
 
(0,54 a 1,2) (B + H) 
 
(0,62 a 1,38)(B + H) 
 
Los valores más altos corresponden a grandes 
deformaciones que aflojan el terreno. 
 
6’’ 
 
GRAVA O ARENA 
 
Suelta 
 
(0,94 a 1,2) (B + H) 
 
(1,08 a 1,38)(B + H) Empuje lateral Ph = 0,3 γ (Hr + 0,5 H) 
 
7 SUELO COHESIVO Profundidad moderada (1,1 a 2,1)(B + H) 
8 SUELO COHESIVO Profundidad grande (2,1 a 4,5)(B + H) 
Fuerte empuje lateral. Entibación continua con 
cierre en la base. 
9 SUELO O ROCA 
EXPANSIVOS 
Expansivo Hasta 80 m. 
sea cual sea (B + H) 
 
Entibación continua y circular (y deformable en 
casos extremos). 
 
OBSERVACIONES: 1) B y H, ancho y alto del túnel 
2) Válido para profundidades mayores de 1,5 (B + H) 
3) En las clases 4, 5, 6, 6' Y 6" reducir la carga a la mitad, por encima nivel freático. 
- 20 - 
2.1.5. PARAMETROS GEOFISICOS 
 
De mucha utilidad para el Ingeniero Civil son los métodos geofísicos para la exploración 
del subsuelo, con los que se pueden determinar el contacto entre diferentes tipos de terrenos 
sin necesidad de recurrir a numerosas perforaciones mecánicas, que son generalmente 
complementarias para verificar la calidad de los estudios Geofísicos. Estos métodos también 
son muy útiles para determinar las discontinuidades y otras anomalías en las estructuras 
geológicas, particularmente las fallas. La geofísica es básica en la Ingeniería de minas y de 
petróleo. De todas maneras la interpretación de los estudios geofísicos debe ser realizada por 
ingenieros experimentados. 
 
A continuación se presenta las tablas 5 y 6 valores representativos de velocidades sísmicas 
de diversos terrenos que pueden ser correlacionados entre otros fines, para estimar la 
competencia de los suelos y rocas subyacentes. 
 
Tabla No. 5 
Velocidades Sísmicas Típicas de Diferentes Terrenos 
 Material 
Velocidad 
(m/seg) 
Limo seco, arena, grava suelta, cieno, roca 
suelta, argayos y tierra vegetal húmeda 
180 -750 
Morrena compacta; arcillas endurecidas; grava 
bajo el nivel freático, agrava arcillosa compacta, 
arena cementada, y mezclas de arcilla y arena. 
750 - 2300 
Roca meteorizada, fracturada o 
parcialmente descompuesta 
600 - 3000 
Lutitas, sanas 750 - 3300 
Areniscas, sana 1500 - 4200 
Caliza y creta, sanas 1800 - 6100 
Roca ígnea, sana 3600 - 6100 
Roca metamórfica, sana 3000 - 4800 
a La velocidad del sonido en el agua es aproximadamente de 1433 m/seg y los materiales 
completamente saturados deben tener velocidades iguales o mayores que ésta.Tabla No. 6 
Valores Representativos de Resistividad 
Material 
Resistividad 
(ohmios - cm) 
Arcilla y limo saturado 0-10,000 
Arcilla arenosa y arena limosa húmeda 10,000 - 25,000 
Arena arcillosa y arena saturada 25,000 - 50,000 
Arena 50,000 - 150,000 
Grava 150,000 - 500,000 
Roca me teorizada 100,000 - 200,000 
Roca sana 150,000 - 4'000,000 
FUENTE: Ingeniería de Cimentaciones, PECK, HANSON & THORNBURN, LIMUSA, México 
(1983). 
- 21 - 
3.- GEOLOGIA DEL AREA METROPOLITANA DE GUAYAQUIL. 
 
El área metropolitana de Guayaquil, está localizada sobre la margen derecha del río 
Guayas y del río Daule. Limita hacia el occidente por el estero perimetral del Salado, 
dividiendo prácticamente el área en dos grandes secciones por los cerros que van del Este, al 
Noroeste, llamados cerros de Santa Ana, El Carmen, etc. 
 
El área de Guayaquil, coincide con la abertura sur de la llamada Cuenca del Guayas, 
vértice del gran sistema hidrológico de los ríos Daule y Babahoyo, y cercano al contacto entre 
la formación terciaria de la costa y las Cretácicas de los Andes Ecuatorianos. La mayor parte 
de la ciudad ocupa los depósitos recientes acumulados por los procesos de erosión de la 
Cuenca Hidrográfica del Guayas. 
 
Al final del Terciario la zona de Guayaquil correspondía a dos canales marinos, reducidos 
actualmente a lo que es hoy el río Guayas y el Estero Salado, quedando una isla de separación 
entre ambos por lo que es hoy el cerro de Santa Ana. 
 
A medida que se fue rellenando la zona de Guayaquil fueron apareciendo una serie de 
bancos a poca profundidad constituido fundamentalmente por arcillas acarreadas y siguiendo 
una localización diversa y desplazándose hacia el oriente en la misma medida en que se 
rellenaba la zona aguas arriba de los cerros de Santa Ana y El Carmen que actuaban como 
diques de contención de sedimentos. 
 
Con el transcurso del tiempo solamente una parte de las avenidas del Daule desfogaban 
entre los cerros del Carmen y los cerros del Salado, a manera de vertedor, tomando diferentes 
direcciones por los esteros cuyos restos lo constituyen el Estero Salado, El Muerto, etc. 
 
Las condiciones hidráulicas que se formaban a medida que la sedimentación iba teniendo 
lugar distribuían los sedimentos según su diámetro en sucesivos depósitos bancos o bajos, 
paralelamente con el levantamiento continental de la Costa Ecuatoriana. 
 
Así estos bancos y bajos se constituían por sedimentos finos o muy finos dispuestos según 
las condiciones hidráulicas y los ciclos hidrológicos, siguiendo una estratigrafía irregular, 
tanto en sentido horizontal como en sentido vertical. 
 
En épocas muy recientes se completó el relleno de las zonas que abarca la Atarazana, entre 
los cerros de Urdesa y los cerros del cementerio, tendiendo a concentrarse los escurrimientos 
de la Cuenca del Guayas por el canal más oriental, es decir a ocupar lo que es hoy el río 
Guayas y el río Daule. 
 
El cierre y obstrucción de lo que es el canal occidental ocurriría entonces debido 
fundamentalmente a las características topográficas de él y además por la formación de 
bancos de sedimentos consolidados a aguas abajo y de poca profundidad. El aspecto de 
aquella época debió ser similar al que presenta la serie de canales y manglares que se 
observan al sur y suroeste de la ciudad. 
 
Quedando principalmente como desfogue de la Cuenca lo que es hoy el río Guayas 
y por efecto de los fenómenos de la fuerza centrífuga del gran Meandro de la Isla Santay, se 
formó una faja de vegas constituida por sedimentos arcillosos a lo largo de la margen 
derecha cubriendo y rellenando los sedimentos ligeramente sumergidos y predominantemente 
- 22 - 
orgánicos. El proceso de las avenidas elevó el borde derecho del Guayas; esta faja arcillosa 
fundamentalmente se fue secando por exposición a los agentes atmosféricos y al mismo 
tiempo oxidando sus minerales dando lugar a una arcilla de color amarillento, típica de la 
superficie de Guayaquil. 
 
La distribución de los sedimentos en el área de Guayaquil como habíamos dicho sigue una 
compleja ley con las condiciones hidráulicas e hidrológicas predominantes en épocas pasadas. 
Así se localizan potentes estratos arenosos hacia la Ciudad Universitaria, cuya zona sur ocupa 
el antiguo estrechamiento del Daule. Así mismo y a poca profundidad (6 a 10 m.) se 
localizan en Guayaquil estratos de arcilla fuertemente consolidada y a poca distancia de ella 
potentes depósitos de arcillas poco consolidadas, de consistencia blanda a muy blanda. 
Formando una plataforma de ligera inclinación Este-Oeste, existe un estrato arenoso debajo 
de arcillas limosas estratificadas con limos arenosos. A poca profundidad también se observa 
como una generalidad el más reciente lecho del estuario caracterizado por arcillas muy 
blandas con alto contenido de materia orgánica y restos de manglares siendo más notorio esto 
en antiguos esteros rellenados por el hombre (Fig. 4). 
 
Es interesante señalar que los sedimentos arcillosos son una mezcla en diferentes 
proporciones del desgaste erosivo de las rocas del Terciarlo Costeño y las rocas Andinas. Las 
características físicas de estas arcillas de Guayaquil, coinciden ampliamente con los 
sedimentos arcillosos del Terciarlo, fenómeno debido indudablemente a la gran actividad de 
estos últimos como se ha probado recientemente. 
 
En la Fig. (4A) se reproduce el plano de Guayaquil levantado por el Dr. Teodoro Wolf en 
1887, donde se puede apreciar los esteros que posteriormente fueron rellenados con material 
pétreo (cascajo), así como las zonas de Sabanas, Salitrales y Manglares, que es la secuencia 
del proceso de sedimentación del Estuario, brillantemente descrito por Wolf. 
 
La característica blanda de los terrenos semi-inundables de la antigua ciudad de Guayaquil, 
condicionaron los materiales de las estructuras de las viviendas y edificios, así como la 
necesidad de que la superficie de la ciudad deba estar sobre la cota máxima de inundación. 
 
Entonces las estructuras de madera incorruptible con cimentaciones de pilotes cortos y en 
forma de trípode (calce de Algarrobo) fue la solución adoptada por los constructores desde 
hace siglos. De igual forma, la cercanía de canteras de material rocoso, preferentemente de la 
Formación Cayo, permitió el relleno de los Esteros y de toda la ciudad para lograr un nivel 
sobre la cota de inundación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- 23 - 
 
 
 
- 24 - 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
 
 
Wolf, Theodoro GEOGRAFIA Y GEOLOGIA DEL ECUADOR, 
Brockhaus, Leipzig 1892 
 
Sheppard, George THE GEOLOGY OF SOUTHWESTERN ECUADOR, 
Murby, London 1937 
 
Sauer, Walter EL MAPA GEOLOGICO DEL ECUADOR, 
Editorial Universitaria, Quito 1957 
 
Rodríguez, Luis DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE LOS SUELOS 
A LO LARGO DE LA AVE. 9 DE OCTUBRE EN LA 
CIUDAD DE GUAYAQUIL, 
Universidad de Guayaquil, 1961 
 
Marín Luis PROBLEMAS EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCIONES DE 
PRESAS DE TIERRAS EN TERRENOS SEDIMENTARIOS, 
Universidad de Guayaquil, 1964 
 
Córdova, Francisco RECOPILACION DE ESTUDIOS DE SUELOS DE 
GUAYAQUIL, 
Universidad de Guayaquil, 1967 
 
Lambe, T.W. y Whitman SOIL MECHANICS, John Wiley & Son, Inc. 1969 
 
STAGG & ZIENKIEWICZ MECANICA DE ROCAS EN LA INGENIERIA 
PRACTICA, 
Blume, Madrid, 1970 
 
Marín, Luis Zonificación de los suelos de la ciudad de Guayaquil, 
SEMSIR, Guayaquil 1974 
 
HOBST & ZAJIC ANCHORING IN ROCK, Elsevier, Amsterdam, 1977 
 
Moreno Tallón, Elías LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS 
DE LAS ROCAS, APLICADAS A LAS OBRAS 
SUBTERRANEAS, Eptisa, España.1980 
 
 
 
 
 
 
 
 
- 25 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO II 
 
PROPIEDADES DE LOS SUELOS 
 
1.- ORIGEN DE LOS SUELOS 
 
Los suelos son producto de la descomposición de las rocas por procesos físico-químicos. 
Entre los fenómenos físicos podemos citar principalmente a la fatiga y el desgaste; los 
cambios de temperatura, la acción del agua corriente, el viento,etc. son fenómenos físicos que 
dan lugar a la descomposición de la roca por fatiga y desgaste. 
 
La descomposición de la roca también ocurre por fenómenos químicos de los minerales 
constituyentes. Las principales clases de esta descomposición, desilicatización, disolución 
directa en el agua, o la combinación de estos procesos. 
 
Las arenas, las gravas y ciertos limos inorgánicos son originados por fenómenos físicos, y 
algunos limos y, en general todos los suelos arcillosos, son originados generalmente por la 
meteorización química de los minerales de la roca. 
 
Los materiales producto de la descomposición de la roca, posteriormente son transportados, 
por el agua o por el viento a lugares distantes, formando a su vez depósitos nuevos, que 
cubren la corteza de las rocas originarias o anteriores. Estos suelos son catalogados como 
suelos transportados. Los suelos transportados según sea su móvil, el agua o el viento, se 
clasifican en depósitos fluviales y depósitos eolíticos. Como ejemplo de depósitos 
fluviales podemos citar los sedimentos recientes localizados en el área de la Costa 
- 26 - 
Ecuatoriana (arcillas, arenas, gravas, etc.). Como depósitos eólicos han sido clasificadas a las 
formaciones llamadas "Cangahua", una arena limosa algo cementada, de origen volcánico que 
rellena los valles y las laderas de la región Interandina. 
 
No todos los suelos son transportados a distancia de su roca originaria; suelos residuales 
son aquellos que permanecen sobre o asociados a la misma roca que les dio origen. En toda 
forma debe suponerse que los suelos residuales posteriormente deberán ser transportados a 
lugares distantes. Como ejemplo de suelos residuales podemos citar a los suelos lateríticos 
que se observan corrientemente sobre las rocas en las estribaciones bajas de los Andes, y los 
que son generalmente de un color ocre o café rojizo. 
 
Los depósitos lacustres, como turbas, arcillas orgánicas, son producto de la 
descomposición de los vegetales que cubren las orillas o los pantanos de lagunas, manglares o 
esteros. Los depósitos de turbas y suelos orgánicos generalmente están asociados con 
depósitos fluviales, y es típica la existencia de los suelos turbosos embutidos entre estratos 
arenosos. 
 
El proceso de sedimentación como se sabe está regulado por las características hidrológicas, 
topográficas y geológicas de la región; según esto podemos encontrar depósitos con diferentes 
características aún en distancias relativamente cortas. Asimismo podemos hablar de depósitos 
homogéneos, heterogéneos, estratificados y erráticos. 
 
Los depósitos homogéneos son aquellos que tienen un solo tipo de material sea arcilla o 
arena, variando ciertas características locales como humedad, graduación, pero que en general 
se trata de un mismo tipo de suelo. Los depósitos Heterogéneos, son aquellos formados por 
estratos de varios tipos de suelos. Aquellos depósitos heterogéneos que presentan una 
disposición rítmica de los diferentes suelos, se los ha llamado depósitos estratificados. Esta 
estratificación también puede presentarse a manera de una micro estratificación, es decir, 
una disposición armónica de estratos de pocos milímetros de espesor. Depósitos erráticos 
son aquellos que no presentan una ordenación simple, sino que varían tanto en sentido de 
profundidad como en sentido de longitud. Estos depósitos son los más típicos en la zona 
baja de la Cuenca del Guayas. 
 
 
2.- GRANULOMETRIA Y PLASTICIDAD 
 
Las características físicas, llamadas propiedades índices de los suelos, que pueden llevarnos 
a localizar y diferenciar las características de un suelo en relación a otro; y, al mismo tiempo, 
preveer su comportamiento mecánico, son: 
 
Granulometría 
Plasticidad 
Peso específico 
 
La humedad, es decir, el contenido del agua del suelo (w) expresado en % del peso seco, es 
una variable. la cual una vez determinada nos permite fijar con bastante aproximación su 
comportamiento mecánico en relación a la Ingeniería. 
 
 Un ingeniero perfectamente familiarizado con estos conceptos, es decir, propiedades 
físicas (constante) y Humedad (variable), puede afrontar los problemas que se le presentan a 
- 27 - 
diario, y en todo caso, a medida que el problema se complica, tener un lenguaje común de 
entendimiento con los especialistas que intervengan en la solución del problema complejo. 
 
Las características electro-químicas, de los suelos como son la expansión, tixotropía, 
sensibilidad, etc. son también constantes de las características de cada suelo, y que por su 
forma compleja de intervenir en el comportamiento de los suelos, deberán ser tratados por 
separado. De todos modos últimamente se ha demostrado que las propiedades expansivas del 
suelo, por ejemplo, pueden ser determinadas mediante las constantes físicas, como son 
granulometría, plasticidad, peso específico y el contenido de humedad. 
 
De todo lo anterior se desprende que en los suelos hay una parte inerte y otra activa. Los 
suelos como se sabe son mezclas de arena, limos y arcillas como una generalidad. Aunque las 
arenas y las gravas y algunos limos inorgánicos pueden presentarse individualmente en la 
naturaleza, sin embargo las arcillas y algunos limos están siempre mezclados principalmente 
con arenas; la arcilla y el limo constituye la parte activa de los suelos y las arenas y las 
gravas la parte inerte. Este concepto es bastante similar al de agregados y cemento en el 
hormigón. Las arenas y las gravas aportan fundamentalmente a la resistencia de los suelos 
con su resistencia a la fricción y la parte activa con su resistencia a la cohesión. 
 
De ahí que en la Mecánica de Suelos es importante saber que cantidad de parte inerte y 
activa hay. 
 
El tamaño de los granos nos permite servir como índice para diferenciar las dos partes 
constitutivas de los suelos. 
 
La separación de tamaños entre la parte gruesa y la parte fina de los suelos ha sido 
establecida convencionalmente en diámetros más o menos iguales. Así la ASTM establece 
el tamaño de 0,05 mm, mientras que la Clasificación unificada adoptada por el Cuerpo de 
Ingenieros de los Estados Unidos establece el diámetro de 0,074 mm (Tamiz No. 200) para 
diferenciar los gruesos de los finos. 
 
Los gruesos son pues, las arenas y las gravas o las mezclas de ellas. Los materiales gruesos 
según su historia de sedimentación puede tener una graduación uniforme o no, es decir, puede 
haber la preponderancia de un solo tamaño de grano, o la presencia de casi todos los tamaños, 
en cuyo caso los materiales gruesos pueden ser mal graduados o bien graduados. 
 
La manera como los autores han establecido valores para determinar la buena o mala 
graduación es mediante fórmula deducidas de curvas estadísticas representativas de las 
diferentes proporciones en que entran todos los tamaños en la mezcla de un material grueso. 
Así se conoce como coeficiente de uniformidad Cu la relación entre el diámetro D 60 que 
corresponde al 60 % de las partículas menores a él y el diámetro D 10 para el cual el 10% de 
las partículas son menores a ese diámetro. 
 
10
60
u
D
D
C =
 (1a) 
( )
1060
30
2
DD
cC
D
⋅
=
 (1b) 
 
 
- 28 - 
El coeficiente Cc llamado de curvatura es otro valor que generalmente se requiere para 
determinar numéricamente la buena o mala graduación de las arenas y gravas. 
 
De los gráficos de granulometría (Fig. 5) se obtienen estos diámetros y se cree que un 
coeficiente de uniformidad mayor de 4 garantiza una buena graduación de mezclas de gravas 
y arenas. 
 
Sin embargo, establecer la uniformidad o no uniformidad de los agregados mediante valores 
individuales conduce generalmente a errores, que según el caso pueden ser importantes. De 
ahí que la graduación de un depósito debe analizársele como un rango de varias curvas 
granulométricas de un mismo material obtenido de diferentes muestras. Esto se hace debido a 
que en la naturaleza lossedimentos se presentan para un mismo estrato, en forma de rangos 
de tamaños en lugar de seguir una curva teórica de graduación. 
 
 
 
 
Por otro lado, la forma de los granos es una característica que tiene que ver con el 
comportamiento mecánico del conjunto. Así las formas planas y alargadas de las arenas y 
gravas obligan a aumentar el factor de seguridad, porque se ha establecido que la forma más o 
menos esférica de las partículas hacen que el conjunto pueda tener una orientación regular, 
logrando así una buena trabazón entre los granos. 
 
La dureza de las partículas de los materiales gruesos también tiene que ver con la 
resistencia. En la Costa del Ecuador generalmente los granos de las arenas y las gravas tienen 
una baja resistencia al desgaste, y por saturación y por compresión combinada se destruyen 
fácilmente. Por eso la descripción de las arenas y de las gravas debe ir siempre acompañada 
de la forma y dureza de los granos, debido a que en muy pocos lugares de la Costa del 
Ecuador se han encontrado arenas de alta resistencia al desgaste. 
 
La parte fina de los suelos, es decir, el material menor o que pasa al tamiz No. 200 
(0,074mm) está constituido por arenas muy finas, limos, y arcillas. Para los efectos prácticos, 
algunas veces se considera que lo que pasa del tamiz No. 200 son los limos y las arcillas. 
- 29 - 
La característica típica de los materiales finos es la plasticidad, aunque la plasticidad no está 
en relación del diámetro de las partículas, pues se ha demostrado que el cuarzo pulverizado en 
tamaños menores al de los limos no presenta ninguna característica plástica. 
 
La plasticidad es más bien un fenómeno electro químico de los materiales finos, 
particularmente arcillosos. La partícula de arcilla está constituida por un núcleo sólido, 
alrededor del cual se encuentra una capa de agua llamada adsorbida en estado viscoso; esta 
agua está adherida eléctricamente al núcleo de arcillas, por lo que a bajas temperaturas no 
puede ser evaporada, es decir, su comportamiento no es al del agua normal, la que está 
presente rodeando a la capa de agua adsorbida. La capa adsorbida por sus características 
electroquímica puede atraer más agua mediante una acción en cadena lo cual significa un 
aumento de volumen. 
 
La plasticidad es pues originada por las características electro-químicas de la partícula de 
arcilla. Se ha establecido también que la cohesión y la expansión de las arcillas son producto 
de las propiedades electro-químicas de la capa adsorbida del agua. De aquí que se ha 
ensayado con éxito el cambio de las propiedades plásticas de los suelos arcillosos, mediante el 
cambio de las características electro-químicas de ellas. 
 
Para la Ingeniería estos aspectos deben tener la importancia para ilustrar sobre las 
complejidades que dan origen a las propiedades de los finos constitutivos del suelo. 
 
Los suelos según lo anterior, pueden ser de alta, media o baja plasticidad. A medida que los 
suelos aumentan su porcentaje de finos (menor que el tamiz No. 200) generalmente la 
plasticidad tiende a aumentar, sin embargo, como habíamos dicho anteriormente, la 
plasticidad no está precisamente en relación directa, con el porcentaje de finos. Así hay 
arenas con un contenido de finos (que pasa del tamiz No. 200) de un 15% por ejemplo y sin 
embargo, tener en conjunto más plasticidad que otra arena que tenga, por ejemplo, un 30% de 
finos. 
 
La plasticidad, como se sabe, es la capacidad de un suelo para tomar formas diversas. 
Convencionalmente se supone que los suelos a medida que disminuyen su contenido de 
humedad va pasando por diferentes estados. Si un suelo está en solución con el agua puede 
disminuir por evaporación el contenido del agua, hasta convertirse en un barro fluido que 
poco a poco puede adoptar una forma con ligera deformación: en este caso, se dice que el 
suelo ha pasado del Estado Líquido al Estado Plástico. Casagrande demostró que el Límite 
Líquido (wL) podría ser groseramente definido como el contenido de agua para el cual un 
suelo tiene una resistencia al esfuerzo cortante de aproximadamente 0,025 kg/cm2. Estudios 
subsiguientes realizados por L.E.J. Norman Indicaron valores algo más bajos, en orden de 
0,02 kg/cm2. 
 
Atterberg fue el primero que estableció un método para determinar convencionalmente el 
límite entre el Estado Líquido y el Estado Plástico. Posteriormente, A. Casagrande, introdujo 
un aparato sencillo mediante el cual se determina el Límite Líquido en un suelo. 
 
En Europa, por ejemplo, hay otros sistemas para determinar el Límite Líquido, como el 
Cono de Vasíliev (URSS): en toda forma el Límite Líquido por diferentes métodos 
generalmente da un mismo valor. 
 
A medida que un suelo en cuestión, en el Estado Plástico, disminuye su contenido de 
humedad, aumenta su resistencia, y consecuentemente presenta dificultades para ser amasado, 
por ejemplo, en cilindros de pequeño diámetro. Así el Límite Plástico (WP) se define como el 
- 30 - 
contenido de humedad para el cual cilindritos menores de 3mm de diámetro no pueden ser 
moldeados sin que se rompan. Esta convención sobre el Límite Plástico ha sido 
universalmente aceptada. 
 
Si el suelo sigue perdiendo humedad llegará un momento en que cualquiera que sea ésta no 
se contrae por efecto del secado. Entonces la humedad máxima para la cual el secado ya no 
produce cambios en volumen de un suelo, se ha llamado Límite de Contracción (WS). 
 
Índice de plasticidad (IP), es la diferencia entre el valor del Límite Líquido, y el valor del 
Límite Plástico. El Índice Plástico es una medida según el cual un suelo puede presentar, para 
cambios de humedad, un amplio rango de resistencia cohesiva. Así hay arcillas cuya 
humedad es cercana al Límite Líquido y que tienen tanta resistencia cohesiva como otra 
menos plástica y con una humedad también cercana al Límite Líquido. A medida que la 
humedad se acerca al valor del Limite Plástico, en todos los suelos arcillosos, la resistencia al 
cortante aumenta en forma rápida. Así cuando la humedad ya es menor que el Límite Plástico 
las resistencias son tan altas, que el suelo resiste en la misma forma que una roca blanda y es 
incompresible prácticamente. 
 
Por tal razón algunos autores utilizan el término llamado consistencia relativa. 
 
 
( )L
r
p
w -w
C = 2
I
 
 
 
Los valores de consistencia relativa también pueden correlacionarse con otros empleados en 
el campo; así una arcilla muy blanda será aquella en que la consistencia relativa esté cercana 
a cero o menor de cero; una arcilla blanda sería aquella cuya consistencia relativa seria menor 
de 0,5; una arcilla de consistencia media cuando la consistencia relativa está entre 0,5 y 0,8 y 
arcilla de consistencia dura a muy dura aquella cuya consistencia relativa es mayor de 1. 
 
En la práctica también se puede correlacionar la consistencia relativa con la resistencia a la 
compresión simple; así las arcillas muy blandas a blandas tienen resistencias menores de 0,7 
kg/cm2, las arcillas de consistencias media entre 1 y 2 kg/cm2, y las arcillas de consistencia 
dura a muy dura de 2 a 10 kg/cm2. En las arcillas de Guayaquil, sin embargo, para Cr 
cercano o cero, las resistencias son notoriamente mayores. 
 
Investigaciones de V. Moreno & L. Marín en arcillas saturadas blandas de Guayaquil 
encontraron que: 
 
 
2,549
SE =10,747 C 
Donde: 
2
2
S Módulo Elásticidad Secante T/m
Cohesión T/m
E
C
=
=
 
 
 
- 31 - 
A. Casagrande en 1945 propuso un límite entre los suelos arcillosos y los suelos limosos; 
gráficamente este límite se representa en la Carta de Plasticidad, según la cual los suelos 
arcillosos y los suelos limosos (y arcillas orgánicas) quedan arriba o abajo de una línea 
denominada “A” expresada en función de Límite Líquido y del Índice Plástico. Esta línea 
representa a la siguiente ecuación: 
 
 
I P = 0,73 (wL - 20) (3) 
 
 
La determinación empírica de la línea A se basó en losresultados de ensayos de plasticidad 
con miles de muestras de diferentes lugares del mundo. Posteriormente estudios realizados 
por Seed, Woodward y Lundgren, estudiando los resultados de mezclas de minerales 
arcillosos (Bentonita, Illita y Caolinita) con arena lavada, demostraron que la validez de la 
línea A era razonablemente práctica, aunque en rigor el límite era muy alto para suelos 
arcillosos de media a baja plasticidad. 
 
Estudios de L. Marín, sobre la plasticidad de arcillas de diferentes lugares de la Costa del 
Ecuador, han determinado el lugar geométrico en la Carta de Plasticidad según una ecuación 
similar a la de la línea "A". 
 
I P = 0,825 (wL - 17,4) (4) 
 
Esa ecuación representa a suelos arcillosos de raíz Bentonítica. Los suelos residuales 
arcillosos de raíz Illítica se ubican bajo la línea "A". 
 
 
 
 
- 32 - 
En la figura 5A se ubican en la Carta de Plasticidad, algunos de los suelos especiales del 
Ecuador como son la serie expansiva de las provincias del Guayas y Manabí, la volcánica 
meteorizada (tobas lateríticas de la cuenca del Guayas), la colapsible denominada Azúcar, que 
se encuentra en las terrazas de la vertiente del Pacífico de las provincias del Guayas y Manabí 
y, las Guarumales que es un suelo residual producto de la meteorización de los esquistos 
metamórficos del valle del río Paute en la provincia del Azuay. 
 
Comúnmente se presentan errores en los resultados de ensayos de plasticidad los cuales 
son originados por el grado de experiencia del operador, por los métodos simplificativos de 
ensayo, o por procedimientos fuera de especificación. Como índice comparativo de la 
veracidad del ensayo se hace una prueba llamada dureza al secado, la cual consiste en 
romper con los dedos un pedazo no mayor de 1 cm. de diámetro, luego de haber sido secado 
completamente. Si ofrece mucha resistencia para ser roto en fragmentos menores, se dice que 
la dureza al secado es alta, si mediante la presión de los dedos se fracciona, sin llegar a 
pulverizarse en conjunto, se dice que la dureza es media, y si se pulveriza por una ligera 
presión de los dedos, la dureza es baja. 
 
Como se sabe las arcillas y los suelos arcillosos son los únicos que aumentan su resistencia 
al esfuerzo cortante por disminución de humedad; esta es la razón por la que los ladrillos se 
fabrican de arcilla. Los limos en cambio, cuando están secos no presentan resistencia y 
tienden, a medida que disminuye la humedad, a transformarse en una masa de polvo. 
 
Así mismo la arcilla y los suelos arcillosos retienen la humedad, como se sabe, por efecto 
de atracción eléctrica, por lo que cuando un pedazo arcilloso saturado se agita en la mano, no 
cambia su aspecto de humedad superficial. Los limos en cambio, cuando están saturados y se 
los agita, expulsan el agua de sus poros. 
 
 
3.- CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LOS SUELOS 
 
En general, todos los suelos arcillosos cuando son remoldeados a humedad constante, 
recobran con el tiempo gran parte de su resistencia inalterada, luego de perder parte de ella 
por efecto del remoldeo. Esta característica se denomina TIXOTROPIA. 
 
 
SENSIBILIDAD 
 
Algunas arcillas, sin embargo, pierden una gran cantidad de resistencia por efecto de 
amasado. Como el uso de los limos volcánicos. Terzaghi definió la sensibilidad (o 
susceptibilidad) S de una arcilla por la relación de la resistencia a compresión simple del 
suelo inalterado (qu ) y la misma resistencia después de amasado ( qur ), a humedad constante. 
 
ur
u
q
q
S = (5) 
 
El mismo autor señala los grados de sensibilidad siguientes: 
 S= de 2 a 4 normal 
 de 4 a 6 sensitiva 
 mayor de 5 extra sensitiva 
- 33 - 
La pérdida de resistencia por efecto del amasado se atribuye generalmente en primer lugar a 
su estructura de esqueleto y a la plasticidad. De todos modos las arcillas susceptibles han 
reaccionado como tales cuando la humedad es igual o mayor al Límite Líquido y el Límite 
Líquido mayor de 100%. Sin embargo, así como existen arcillas de este tipo, Tschebotarioff 
cita el caso de arcillas que no se debilitan sino que más bien aumentan su resistencia con el 
amasado. 
 
La sensibilidad, parece ser un fenómeno cierto en cuanto a sufrir alteración por efecto de 
amasado, como en el caso observado en algunas hincas de pilotes, o fallas rápidas en 
excavaciones. La falta de publicaciones concretas al respecto, los errores involucrados en los 
ensayos de sensibilidad, así como el efecto ya conocido de pérdida de resistencia por 
amasado, al presente, no permiten precisar las posibilidades de fallas no previstas en arcillas 
llamadas sensitivas. 
 
EXPANSION 
 
Otra propiedad de los suelos es la expansión como propiedad en algunas arcillas. En 
general, todas las arcillas sufren cambios de volumen por efecto de cambios de humedad; esto 
se explica debido a la cualidad electro-química de la arcilla de atraer agua y aumentar por 
tanto el espesor de la capa adsorbida. 
 
Sin embargo, existen arcillas de ciertas características físico químicas, en las cuales el 
fenómeno de expansión sobrepasa lo normal. Estas arcillas pueden llegar a generar cambios 
de volúmenes de más de 20%. El cambio de volumen trae aparejada una fuerza de expansión 
que, como se ha registrado en la Costa del Ecuador, puede alcanzar valores tan altos como 30 
2T/m , o más. 
 
Cuando una arcilla expansiva genera libremente su fuerza de expansión lo hace siguiendo 
una curva parabólica en función del tiempo, al cabo de cierto valor la curva se hace asintótica 
para un porcentaje dado de cambio de volumen. Asimismo (Fig. 6b) la fuerza intrínseca de 
expansión decrece con los grados de libertad que tenga, desde un valor máximo (teóricamente 
confinado), hasta cero (condición libre superficial). Como se puede observar en el gráfico 6a 
para los primeros momentos de la expansión su resistencia al esfuerzo cortante, prácticamente 
es el mismo valor, pero a medida que pasa el tiempo la resistencia comienza a decrecer hasta 
que al final del proceso se hace prácticamente nula. 
 
 
- 34 - 
Se han registrado varios desastres ocasionados por el fenómeno de expansión, así como 
daños menores a estructuras relativamente livianas. Generalmente los desastres se han 
producido en taludes cortados en arcillas de este tipo, en estructuras cimentadas y sujetas a 
cambio de humedad, túneles, muros de compresión, edificios livianos, etc. 
 
Muchos autores han tratado de establecer el grado de expansión de las arcillas a partir de su 
clasificación. Sin embargo, mayor éxito ha tenido la identificación mineralógica y las 
correlaciones entre las propiedades índices y los resultados de ensayos de expansión. 
 
Entre las causas que desarrollan el fenómeno de expansión de un suelo arcilloso pueden 
citarse las siguientes: 
 
1.- Bajo contenido inicial de humedad natural. En zonas sin déficit de humedad anual, 
prácticamente es imposible que se presente el fenómeno de expansión. 
 
2.- Características mineralógicas. Por ejemplo, las arcillas montmorilloníticas son más 
expansivas que las de otro origen. 
 
3.- Confinamiento y/o sobre compactación de la capa arcillosa. 
 
Ensayos de rayos X con arcillas de la Formación Zapotal en la Costa del Ecuador, 
determinaron, Santiago de Chile (1968) que el mineral predominante era la Esméctica 
(montmorillonita) bastante pura y con trazas de illita y caolinita. 
 
Holtz, quien estudió las características expansivas de las arcillas Denver (Colorado U.S.A.), 
dice que la cantidad de cambio de volumen en un material arcilloso expansivo remoldeado o 
natural, depende de seis factores: 
 
 
1.- La cantidad o tipo de mineral arcilloso 
 
2.- Densidad inicial. 
 
3.- Cambios de humedad. 
 
4.- Condiciones de carga. 
 
5.- Estructura del suelo.6.- Tiempo. 
 
 
Investigaciones realizadas por el autor (1990) demostraron que el grado de expansión de un 
terreno arcilloso es inversamente proporcional a la relación 
p
L
I
w
, tal como se muestra en la 
figura 6A. 
 
 Como se podrá observar la expansividad intrínseca no es dependientemente sólo de su rango 
de plasticidad o de su rango granulométrico. Esta es la razón por que la determinación del 
grado de expansión no se logra fácilmente por los medios convencionales de clasificación. 
- 35 - 
 
 
 
Sowers, suministra un elemento para el diagnóstico que puede ser de gran utilidad. De 
acuerdo a los resultados obtenidos, preliminarmente, las arcillas estudiadas en la Provincia del 
Guayas se localizan en una zona tal como el que muestra la (Fig. 7) de acuerdo con la 
sugerencia de Sowers: 
100
I
R
p
Pww
w ⋅
−
= (6) 
Lo que nos lleva a suponer que es aceptable por el momento admitir que para valores wR 
> 10% la expansión es despreciable. Es necesario aclarar que el valor w, es % de humedad 
inicial, preferentemente en la época seca. 
 
 
- 36 - 
SUELOS COLAPSIVOS 
 
Otros suelos raros merecen ser citados, son los llamados suelos colapsivos, localizados 
generalmente en las zonas áridas del mundo y corresponden a sedimentos de poca plasticidad. 
En el Ecuador se han localizado los suelos colapsivos principalmente en la Provincia de 
Manabí, Guayas y en algunas terrazas del Valle Interandino con déficit de humedad anual. 
Estos suelos tienen la característica de falla a carga constante una vez que se saturan. Esta 
falla es brusca y ocurre en poco tiempo. El autor recomienda mediante sencillos análisis de 
laboratorio establecer el coeficiente de colapso el que rápidamente permite medir la 
peligrosidad de esos suelos. (Fig. 7A) 
 
( )%
e1
ee
K 100
1
21
C ⋅
+
−
= (7) 
 
En donde: 
 
 
e1 = razón de vacíos antes de la saturación 
 
e2 = razón de vacíos después de la saturación, a carga constante 
 
CK = coeficiente de colapso. 
 
Parece ser que ciertos suelos colapsivos se sedimentaron en corrientes de poca velocidad 
en un medio salino, que originó una floculación previa, y luego por efecto climático del 
secado progresivo, le dio al suelo una característica porosa. (Azúcar). Otros suelos colapsivos 
en los Andes corresponden a depósitos eólicos de origen volcánico. 
 
Valores del coeficiente de Colapso mayores al 2% para la carga de trabajo merecen un 
estudio especial. 
 
DISPERSION 
 
En 1960 en Australia se reconoció oficialmente la existencia de arcillas dispersivas, 
debido a fallas de tubificación en estructuras hidráulicas. Estas arcillas dispersivas son 
altamente erosivas por un proceso en los cuales las partículas arcillosas de una masa inmersa 
en agua son repelidas de ella y entran en suspensión con un gradiente prácticamente 
despreciable. Las arcillas dispersivas tienen generalmente sales de Sodio en solución en el 
agua de los poros. 
 
Existen muchos métodos para establecer el grado de dispersión de esas arcillas entre los 
que se puede citar el de la aguja (Pinhole) debido a J.L. Sherard, el ensayo granulométrico 
con el picnómetro del S.C.S. (Soil Conservation Service); el ensayo de dispersión rápido que 
consiste en colocar un terrón de la muestra de 1 a 2 gramos en agua destilada en un recipiente 
de 150 cm3, observando durante una hora la tendencia de la coloración del agua. En este 
método las arcillas altamente dispersivas, toda el agua, junto o en el fondo del recipiente, se 
vuelve del color del suelo y en algunos casos toda el agua del recipiente se colorea (Fig. 7B). 
 
- 37 - 
 
 
SUELOS LATERITICOS 
 
Entre los suelos residuales existen los denominados vulgarmente lateríticos (de ladrillo) que 
son suelos que se presentan con un color café rojizo amarillento. En el Ecuador la más grande 
extensión observada de estos Suelos Tropicales corresponden a tobas volcánicas meteorizadas 
que cubren la parte alta de la Cuenca del Guayas desde Palestina hasta Santo Domingo y 
Quinindé. Otros depósitos se observan en los flancos de la Cordillera de los Andes y merecen 
particular interés los llamados Suelos Guarumales (Río Paute), producto de la meteorización 
de los esquistos, encontrados en la vertiente Sur - Este de Los Andes. 
 
Los suelos lateríticos no siguen la distribución de la Carta de Plasticidad de Casagrande, 
generalmente caen bajo la línea A, y de acuerdo a su raíz mineralógica y a sus características 
físicas, se clasificarían como arcillas de mediana a alta plasticidad. Por otro lado, son de 
difícil compactación, como es el caso de los suelos Guarumales, los que tienen una relación 
de vacíos muy alta, en estado natural, que probablemente sea uno de las más elevadas del 
mundo. Sin embargo, en estado natural, su capacidad de carga es relativamente alta y, los 
taludes naturales son curiosamente más empinados que los correspondientes a otras arcillas de 
igual porosidad y contenido de humedad. 
 
SUELOS TUBIFICABLES 
 
Merece citar los sedimentos finos que presentan muy baja resistencia hidráulica, es decir que 
para pequeños gradientes fallan por tubificación. Estos suelos fueron observados en pequeñas 
obras hidráulicas que fallaron. 
- 38 - 
 
 
En las figuras 7C, y 7D se representan las características de los suelos de los estribos de pequeñas presas que fallaron 
por tubificación (L. Marín, Universidad de Guayaquil, 1964). 
Fig. 7D 
- 39 - 
 
 
LICUACION 
 
Existen arenas finas mal graduadas, de cierta característica granulométrica, bajo el nivel 
freático, que cuando son afectadas por impulsos dinámicos como los causados por sismos, 
fallan bruscamente, puesto que se produce una elevación de la presión de poros que licúa la 
arena. Estos suelos se llaman arenas licuables que en el Ecuador han sido observadas al 
Norte de la provincia de El Oro y en algunos sitios de los Páramos y valles Interandinos. 
 
En la Figura 7E se muestran los rangos granulométricos de arenas propensas a licuación, 
según el PWRI del Japón. 
 
EROSIVIDAD 
 
Finalmente, se ha observado que los suelos de cobertura de las cuencas hidrográficas de 
acuerdo a sus características propias, tienen mayor o menor resistencia a la erosión causada 
por la lluvia y/o el viento. Este fenómeno se acentúa en territorio de baja precipitación, en 
terrenos de mediana a baja plasticidad y de textura fina, y, particularmente, donde ha habido 
depredación de la cubierta vegetal que ha afectado a los ecosistemas. 
 
En la Fig.8 se muestra un plano con las Isoyetas medias anuales del Ecuador en mm, para un 
año normal. 
 
- 40 - 
 
 
- 41 - 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
Casagrande, A. "RESEARCH ON THE ATTERBERG LIMITS OF SOILS". 
Public Roads, October 1932. 
 
Tschebotarioff, G Soils Mechanics, Foundations and Earth Structures, Mc Graw Hill 
Book Co, 1951. 
 
Skempton, A. W. “THE COLLOIDAL ACTIVITY OF CLAYS” PROCEEDINGS 
3rd. Internatl. Conf. of Soil Mechanic and Foundation Engreg. 
Zurich, Switzerland 1953. 
 
Jiménez Salas, J. A Mecánica de Suelo, E. Dossat, 1954. 
 
Caquot, A, & Kerisel, J Traité de Mécanique des Sols, Gauthier - Villars, 1956. 
 
Holtz, W. G. “EXPANSIVE CLAYS - PROPERTIES AND PROBLEMS”. 
Earth Laboratory Report No. EM-568. U.S. Bureau of 
Reclamation, November 6, 1959. 
 
Marín L "BREVE EXPOSICION DE LOS PROBLEMAS 
GEOTECNICOS DE CUBA” La Habana 1963. 
 
Seed, B. Richard J. Woodward y Raymond Lundgreen. Fundamental 
Aspects of the Atterberg Limits. Journal of the Soil Mechanics 
and 
Foundations Division. Volume 90, No. SMG, November 1964. 
Part 1 of 2 Parts. 
 
Marín L "ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS ARCILLAS DE LA 
COSTA ECUATORIANA” ICEMS, 1967, Guayaquil. 
 
Jiménez & Quiñónez "Las Propiedades Físicas y la Compactación de suelos residuales 
en el trópico". III Congreso Panamericano de Mecánica de 
Suelos. Caracas 1967. 
 
Marín L "LAS ARCILLAS EXPANSIVAS EN LAS OBRAS 
HIDRAULICAS" 
Revista Riego No. 8 1969, Quito. 
 
Marín L "PROPIEDADES DE LOS SUELOS