RELACIONES GRAVIMETRICAS PESO VOLUMEN DE LOS SUELOS, IDENTIFICACION DE SUELOS Y CLASIFICACION DE SUELOS

MECANICA DE SUELOS

VIAS DE TRANSPORTES

OBJETIVO

EL OBJETO DE LA UNIDAD ES EL CONOCIMIENTO Y EL APRENDIZAJE DE LAS RELACIONES GRAVIMETRICAS PESO – VOLUMEN, IDENTIFICAR LOS SUELOS MEDIANTE SU CLASIFICACION, PARA SU UTILIZACION EN COMPACTACION DE SUELOS.

SUMARIO

- RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS EN LOS SUELOS- RELACIONES DE PESOS Y VOLÚMENES- RELACIONES FUNDAMENTALES- CORRELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN DE VACÍOS Y LA POROSIDAD- FORMULAS REFERENTES A SUELOS SATURADOS- FORMULAS REFERENTES A SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS- PESO ESPECIFICO SECO Y SATURADO- PESO VOLUMÉTRICO DE SUELO SUMERGIDO- CONCLUSIONES

RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS EN LOS SUELOS

EN UN SUELO SE DISTINGUEN TRES FASES CONSTITUYENTES: LA SÓLIDA, LA LÍQUIDA Y LA GASEOSA. LA FASE SÓLIDA ESTA FORMADA POR LAS PARTÍCULAS MINERALES DEL SUELO (INCLUYENDO LA CAPA SÓLIDA ADSORBIDA), LA PARTE LIQUIDA POR EL AGUA (LIBRE, ESPECÍFICAMENTE), AUNQUE EN LOS SUELOS PUEDEN EXISTIR OTROS LÍQUIDOS DE MENOR SIGNIFICACIÓN; LA FASE GASEOSA COMPRENDE SOBRE TODO EL AIRE, SI BIEN PUEDEN ESTAR PRESENTES OTROS GASES (VAPORES SULFUROSOS, ANHÍDRIDO CARBONICO ETC). LAS FASES LIQUIDA Y GASEOSA DEL SUELO SUELEN COMPRENDERSE EN EL VOLUMEN DE VACÍOS, MIENTRAS QUE LA FASE SÓLIDA CONSTITUYE EL VOLUMEN DE LOS SÓLIDOS.SE DICE QUE UN SUELO ES TOTALMENTE SATURADO CUNADO TODOS SUS VACÍOS ESTÁN OCUPADOS POR AGUA.ALGUNOS SUELOS CONTIENEN, ADEMÁS MATERIA ORGÁNICA EN DIVERSAS FORMAS Y CANTIDADES; EN LAS TURBAS, ESTAS MATERIAS PREDOMINAN Y CONSISTEN EN RESIDUOS VEGETALES PARCIALMENTE DESCOMPUESTOS. AUNQUE EL CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA Y LAS CAPAS ABSORBIDAS SON MUY IMPORTANTES DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL SUELO, NO ES PRECISO CONSIDERARLOS EN LA MEDICIÓN DE PESOS Y VOLÚMENES RELATIVOS DE LAS TRES FASES PRINCIPALES.

EL ESQUEMA DE UNA MUESTRA DE SUELO, EN EL QUE APARECEN LAS FASES PRINCIPALES, ASÍ COMO LOS CONCEPTOS DE USO MÁS COMUN CON LOS SÍMBOLOS CON QUE SE INDICAN:

Fase sólida

Fase liquida

Fase gaseosa Wa = 0

Ww

Ws

Wm

PesosVolúmenes

Va

Vw

Vs

Vv

Vm

FIGURA 1

El significado de los símbolos es: Vm = volumen total de la muestra de suelo (volumen de la masa).Vs = volumen de la fase sólida de la muestra (volumen de sólidos).Vv = volumen de vacíos de la muestra de suelo (volumen de vacíos).Vw = volumen de la fase liquida contenida en la muestra (volumen de agua).Va = volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen del aire).Wm = Peso total de la muestra del suelo (peso de la masa).Ws = Peso de la fase sólida de la muestra de suelo (peso de los sólidos).Ww = Peso de la fase liquida de la muestra (peso del agua).Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado como nulo en Mecánica de Suelos.

EXISTE PROBLEMA POR DEFINIR EL PESO DE LOS SÓLIDOS, O SEA DEL PESO SECO, OBTENIDO ELIMINANDO LA FASE LIQUIDA, AL DEFINIR COMO ESTADO SECO DE UN SUELO AL QUE SE OBTIENE TRAS SOMETER EL MISMO A UN PROCESO DE EVAPORACIÓN EN UN HORNO, CON TEMPERATURAS DE 105º C A 110º C.

RELACIONES DE PESOS Y VOLÚMENES

EN MECÁNICA DE SUELOS SE RELACIONA EL PESO DE LAS DISTINTAS FASES CON SUS VOLÚMENES CORRESPONDIENTES, POR MEDIO DEL CONCEPTO DE PESO ESPECÍFICO, ES DECIR, DE LA RELACIÓN ENTRE EL PESO DE LA SUSTANCIA Y SU VOLUMEN.SE DISTINGUEN LOS SIGUIENTES PESOS ESPECÍFICOS:

Ɣo = Peso especifico del agua destilada a 4ºC de temperatura y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar.Ɣw = Peso especifico del agua en las condiciones reales de trabajo; su valor difiere poco del anterior.Ɣm = Peso especifico de la masa del suelo

Ɣm = Wm = Ws + Ww Vm Vm

Ɣs = peso especifico de la fase sólida del suelo. Ɣs = Ws Vs

EL PESO ESPECIFICO RELATIVO SE DEFINE COMO LA RELACIÓN ENTRE EL PESO ESPECIFICO DE UNA SUSTANCIA Y EL PESO ESPECIFICO DEL AGUA, A 4ºC, DESTILADA Y SUJETA A UNA ATMOSFERA DE PRESIÓN.

Sm = Peso especifico relativo de la masa del suelo.

Sm = Ɣm = Wm = Ww + Ws Ɣo Vm Ɣo Ɣo

Ss = Peso especifico relativo de la fase sólida del suelo 8 de sólidos):

Ss = Ɣs = Ws Ɣo = Ɣw Ɣo VsƔo

El valor de Ɣw, difiere poco del Ɣo y en casos prácticos, ambos son tomados como iguales.

RELACIONES FUNDAMENTALESPARA EL MANEJO COMPRESIBLE DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS SUELOS Y UN COMPLETO DOMINIO DE SU SIGNIFICADO Y SENTIDO FÍSICO TENEMOS:SE DENOMINA RELACIÓN DE VACÍOS, OQUEDAD O ÍNDICE DE POROS A LA RELACIÓN ENTRE VOLUMEN DE LOS VACÍOS Y EL DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELO.

e = Vv en la práctica, 0.25 <= e <= 15 Vs

SE LLAMA POROSIDAD DE UN SUELO A LA RELACIÓN ENTRE SU VOLUMEN DE VACÍOS Y EL VOLUMEN DE SU MASA. SE EXPRESA EN PORCENTAJE:

n(%) = Vv * 100 Vm

SE DENOMINA GRADO DE SATURACIÓN DE UN SUELO (G), Ó TAMBIÉN SE DESIGNA CON S (%), A LA RELACIÓN ENTRE SU VOLUMEN DE AGUA Y EL VOLUMEN DE VACÍOS. SE EXPRESA EN PORCENTAJE:

Gw(%) = Vw * 100 Vv

VARIA DE 0 (SUELO SECO) A 100% (SUELO TOTALMENTE SATURADO).

SE CONOCE COMO CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD DE UN SUELO, LA RELACIÓN ENTRE EL PESO DE AGUA CONTENIDA EN EL MISMO Y EL PESO DE SU FASE SÓLIDA. SE EXPRESA EN PORCENTAJE:

W(%) = Ww * 100 Ws

EL GRADO DE SATURACIÓN DE AIRE ES UNA MAGNITUD DE ESCASA IMPORTANCIA PRÁCTICA, RESPECTO A LAS ANTERIORES:

GA (%) = VA * 100 Vv

CORRELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN DE VACÍOS Y LA POROSIDAD

UNA MUESTRA DE SUELO REPRESENTATIVA ADOPTANDO EL VALOR UNIDAD PARA EL VOLUMEN DE SÓLIDOS; LOS DEMÁS CONCEPTOS APARECEN CALCULADOS CON BASE EN ESE DATO DE PARTIDA , Vs = 1.

POR EJEMPLO, SI Vs = 1 , EL Ws PUEDE CALCULARSE:

Ws = Vs Ss Ɣo por lo tanto Ws = Ss Ɣo

POR LO QUE SE TIENE TAL COMO APARECE EN LA FIGURA.

Ws = w*Ss *Ɣo

LA CORRELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN DE VACÍOS Y LA POROSIDAD DE UN SUELO ESTA DADA:

n = Vv = e Vm 1 + e

Fase sólida

Fase liquida

Fase gaseosa Wa = 0

WsSs Ɣo

Ss Ɣo

PesosVolúmenes

e

1 + e

FIGURA 2 : ESQUEMA DE UNA MUESTRA DE SUELO

Por que se deduce:

e = n 1 - n

LA RELACIÓN DE VACÍOS COMO LA POROSIDAD, PODRÍA PRESENTARSE SEA DE CUAL SEA LA RAZÓN PARA USAR DOS RELACIONES PARA DESCRIBIR LA MAGNITUD DEL VOLUMEN DE VACÍOS DENTRO DE LA MUESTRA DE SUELO.

FORMULAS REFERENTES A SUELOS SATURADOS

A PARTIR DE LA ADOPCIÓN DEL VALOR UNIDAD PARA EL VOLUMEN DE SÓLIDOS, SE TOMO COMO UNITARIO EL VOLUMEN DE LA MASA EN FORMA ANÁLOGA. FIGURA 03.DE LA FORMULA DE CONTENIDO DE HUMEDAD SE PUEDE OBTENER:

W = e Ɣo por tanto e = w Ss Ss Ɣo

Fase liquida

Fase sólida

e

1 + e

1

VOLUMENES

e Ɣo

Ss Ɣo

Fase liquida

Fase sólida

n

1 - n(1 – n)Ss Ɣo

n Ɣo

PESOS VOLUMENES

(a) (b)

Figura 3: Esquemas para indicación de correlaciones en suelos saturados

PESOS

DE LA RELACIÓN EN SUELOS SATURADOS USANDO LA FORMULA DE PESO ESPECIFICO DE LA MASA DE SUELO Y DE PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LA MASA DE SUELO SE TIENE:

Sm = Ss + e = Ss ( 1 + w) = n + ( 1 - n ) Ss 1 + e 1 + Ss*w

Ɣm = Sm* Ɣo = Ss +e x Ɣo = Ss (1+w) x Ɣo = [n + (1 – n) Ss] * Ɣo 1 + e 1+ Ss*w

FORMULAS MUY USADAS PARA EL CÁLCULO DE LOS PESOS ESPECÍFICOS EN FUNCIÓN DE DIFERENTES DATOS MUY COMUNES EN LA PRÁCTICA.

FORMULAS REFERENTES A SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

EN LA FIGURA 4 APARECEN DOS ESQUEMAS DE SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS EL (a) ES ANÁLOGO DE LA FIGURA DE LA CORRELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN DE VACÍOS Y POROSIDAD Y EL (b) ESTA OBTENIDO HACIENDO UNITARIO EL PESO DE LOS SÓLIDOS.

Fase sólida

Fase liquida

Fase gaseosa

PesosVolúmenes

1

e

1 + e

Figura 4: Esquema para indicación de correlaciones en suelos parcialmente saturados

0

WSs Ɣo

Ss Ɣo

0

w

1

Fase gaseosa

Fase liquida

Fase sólida

e

Ss Ɣo

Ss Ɣo

Volúmenes Pesos

(a) (b)

EN (b) AL CONSIDERAR UNITARIO A Ws, EL PESO Ww RESULTA SER NUMÉRICAMENTE IGUAL AL CONTENIDO DEL AGUA POR DEFINICIÓN DE ESTE CONCEPTO.APLICANDO (a) Y (b) DE LA FIGURA SE TIENE:

Ɣm = 1 + w(%) x Ɣs = Ss + G * e 1 + e 1 + e

Sm = 1 + w(%) x Ss 1 + e

Gw = w(%) * Ss e

PESO ESPECIFICO SECO Y SATURADO

EL PRIMERO ES UN VALOR PARTICULAR DE Ɣm PARA EL CASO EN QUE EL GRADO DE SATURACIÓN DEL SUELO SEA NULO:

Ɣd = Ws Vm

EL PESO ESPECIFICO SATURADO ES EL VALOR DE Ɣm CUANDO Gw = 100%

Ɣsat = Ws + Ww Vm

PESO VOLUMÉTRICO DE SUELO SUMERGIDO

PARA EL CÁLCULO DE PESOS ESPECÍFICOS DE SUELOS SITUADOS BAJO EL NIVEL FREÁTICO, EN TAL CASO, EL EMPUJE HIDROSTÁTICO EJERCE INFLUENCIA EN LOS PESOS, TANTO ESPECÍFICOS COMO ESPECÍFICOS RELATIVOS.EL PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LA MATERIA SÓLIDA SUMERGIDA:

S’s = Ss - 1

PUES EL EMPUJE HIDROSTÁTICO NETO ES EL PESO EN AGUA DEL VOLUMEN DESALOJADO POR LOS SÓLIDOS:

S’m = Sm - 1

LOS PESOS ESPECÍFICOS CORRESPONDIENTES SON:

Ɣ’s = S’s Ɣo = Ɣs - Ɣo

Ɣ’m = Sm - 1

TENIENDO EN CUENTA LA FIGURA 4, REFERENTES A SUELOS SATURADOS, PUEDE OBTENERSE, TENIENDO EN CUENTA LAS FORMULAS ANTERIORES:

Ɣ’m = Ɣm - Ɣo Ɣ’m = Ss - 1 x Ɣd 1 + W* Ss

Ɣ’m = Ss – 1 x Ɣo = Ss - 1 x Ɣo 1 + e 1 + Ss w

ESTAS FORMULAS SON MUY USADAS PARA EL CALCULO DE LOS PESOS ESPECÍFICOS SUMERGIDOS. SON CONSIDERADOS COMO SATURADOS DADA SUPOSICIÓN BAJO EL NIVEL FREÁTICO.

CONCLUSIONES

QUE AL TERMINO DE LA SESION LOS PARTIPANTES PUEDAN ESTUDIAR Y PRACTICAR LA RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS EN LOS SUELOS