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El suelo como sistema de partícula

Si examinamos un puñado de arena de playa, se advierte a simple vista que el suelo se compone de granos independientes. Lo mismo puede decirse de todos los suelos, aunque muchas partículas de suelos son tan pequeñas que se requieren las técnicas microscópicas más refinadas para distinguirlas. Las partículas discretas que constituyen un suelo no están unidastan fuertemente como los cristales de un metal y por tanto pueden moverse con relativa libertad, unas respecto a otras. Las partículas de suelo son sólidas y no se pueden mover con la misma facilidad que los elementos de un fluido. Así pues el suelo es intrínsecamente un sistema de partículas. Esta es la propiedad básica que distingue la mecánica de suelos de la mecánica de sólidos y fluidos.Naturaleza de la deformación del suelo

La Fig. 2.1 muestra la sección de un recipiente lleno de suelo seco junto con un pistón con el cual se puede aplicar al suelo una carga vertical. Aumentando la escala de esta sección hasta poder ver las partículas individuales, podemos imaginar la forma en que la fuerza aplicada se transmite a través del suelo: se desarrollan fuerzas de contacto entrepartículas adyacentes. Por convenio, estas fuerzas de contacto se pueden descomponer en fuerzas normales N y tangenciales T a la superficie de contacto, Por supuesto, las partículas individuales se deforman  como resultado de estas fuerzas de contacto. El tipo más habitual de deformación es de naturaleza elástica o plástica en las inmediaciones del punto de contacto. La fractura y aplastamiento de laspartículas puede ser importante en ciertos casos (como comentaremos en capítulos posteriores). Estas deformaciones producen un aumento del área de contacto entre partículas, como muestra la Fig. 2.2a, permitiendo así la aproximación de los centros de las partículas. Si existen partículas lajosas o laminares, se flexionarán como se indica en la Fig. 2.2b, permitiendo así movimientos relativos entrepartículas adyacentes. Además, una vez que la fuerza tangencial en un punto de contacto supere la resistencia tangencial en dicho punto, se producirá un deslizamiento relativo entre las partículas (Fig. 22c). La deformación general de una masa de suelo será, en parte, el resultado de las deformaciones individuales y, en parte, la consecuencia del deslizamiento relativo entre partículas. Sinembargo, la experiencia ha demostrado que la contribución principal a la deformación general se debe al deslizamiento entre partículas, junto con la reorganización de las mismas. El esqueleto mineral del suelo por lo regular es bastante deformable, debido al deslizamiento y reorganización de las partículas, aun cuando las partículas individuales sean muy rígidas.


Fig. 2.1. Representaciónesquemática de la transmisión de fuerzas a través de un suelo, a) Ampliación de una parte de la sección mostrando las fuerzas transmitidas por dos puntos de contacto. b) Sección de un recipiente lleno de suelo.

De allí, la primera consecuencia de la naturaleza discontinua del suelo:

La deformación de una masa de Suelo viene controlada por las interacciones entre partículas individuales, especialmentepor el deslizamiento entre las mismas.

Debido a que el deslizamiento es una deformación no lineal e irreversible, se puede esperar que el comportamiento esfuerzo-deformación del suelo también sea marcadamente no lineal e irreversible’. Además, el estudio de los fenómenos producidos en los puntos de contacto resulta fundamental para el estudio de los suelos e, inevitablemente tendremos queocuparnos de conceptos tales como la fricción y adhesión entre partículas. 

Por supuesto, en una masa de suelo existe un sinnúmero de puntos de contacto individuales. Por ejemplo, en 1 cm3 de arena fina el número de contactos será del orden de 5 millones. Por tanto, es imposible plantear uña ley esfuerzo-deformación de un suelo, considerando el comportamiento en los contactos, aunque pudiéramos...