ii - geotécnia

8/16/2019 II - Geotécnia

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II. Propiedades físicas

de los suelos



de los suelos

Fases del suelo. Símbolos y defniciones

En un suelo

sedistinguen tresfases

constituyentes: lasólida, la líquida yla gaseosa.



La fase sólida está formada por las

partículas minerales del suelo (incluyendola capa sólida adsorbida)

La líquida por el agua (libre,especícamente), aunque en los suelospueden eistir otros líquidos de menorsignicación

La fase gaseosa comprende sobre todo elaire si bien pueden estar presentes otros

gases (!apores, sulfurosos, an"ídridocarbónico, etc.)



La capa !iscosa del agua adsorbida que

presenta propiedades intermedia entre lafase sólida y la líquida, suelen incluirse enesta #ltima, pues es susceptible dedesaparecer cuando el suelo es sometido auna fuerte e!aporación (secado).

Las fases líquidas y gaseosas del suelo

suelen comprenderse en el Volumen de losVacíos, mientras la fase sólida constituyeel Volumen de los Sólidos.



W $ %eso total de la muestradel suelo (peso de la masa)

Ws $ %eso de la fase sólida dela muestra del suelo.(peso de los sólidos)

Ww $ %eso de la fase líquida dela muestra del suelo.(peso del agua)

Wa $ %eso de la fase gaseosa

de la muestra del suelo,con!encionalmenteconsiderado como nulo en&ecánica de 'uelos.



V $ olumen total de la

muestra del suelo(!olumen de la masa)

Vs $ olumen de la fase sólida dela muestra del suelo(!olumen de los sólidos)

Vw $ olumen de la fase líquidade la muestra del suelo(!olumen del agua)

Va $ olumen de la fase gaseosade la muestra del suelo(!olumen del aire)

Vv $ olumen de los !acíos de lamuestra del suelo (!olumen de

!acios)



'e dice que un suelo es totalmente saturado cuando

todos sus !acíos están ocupados por el agua. n sueloen tal circunstancia consta, como caso particular, de sólodos fases, la sólida y la líquida. &uc"os suelos yacientesba*o el ni!el freático son totalmente saturados.



Relaciones de pesos y volúmenes

En &ecánica de 'uelos, se relaciona elpeso de las distintas fases con sus!ol#menes correspondientes, por medio

del concepto de peso especíco, es decir,de la relación entre el peso de la sustanciay su !olumen.



'e distinguen los siguientes pesos

especícos:

+ $ %eso especíco del agua destilada, a

-/ de temperatura y a la presiónatmosf0rica correspondiente al ni!el delmar.

+1 $ %eso especíco del agua encondiciones reales de traba*o2 su !alordifiere poco del + y, en muc"as

cuestiones prácticas, ambos son

tomados como iguales.



+m $ %eso especíco de la masa del suelo

(en condición "#meda). %or denición setiene que:

+s $ %eso especíco de la fase sólida del

suelo

+d $ %eso especíco seco del suelo



%odemos dar la relación entre peso

especíco, peso especíco seco y contenidode agua como:

3 !eces es con!eniente traba*ar condensidades (4) del suelo. La unidad es5g6m7, podemos escribir las ecuaciones de

densidad como:

8s8m



Los pesos especícos de suelo en 96m7 se

obtiene de las densidades en 5g6m7 como

y



El peso especíco relati!o se dene como la

relación entre el peso especíco de unasustancia y el peso especíco del agua, a -/,destilada y su*eta a una atmósfera de presión.

m $ 'm $ %eso especíco relati!o de la masadel suelo. %or denición:

s $ 's $ %eso especíco relati!o de la fasesólida del suelo (de sólidos), para lo cualse tiene:



Las relaciones gra!im0tricas comunes son el

contenido de agua o de humedad y el pesoespecifco.

El contenido de agua o de humedad de unsuelo, la relación entre el peso del agua

contenida en el mismo y el peso de su fasesólida. 'uele epresarse como un porcenta*e:



El peso especíco se epresa tambi0n en

t0rminos del peso de sólidos del suelo,contenido de agua y !olumen total:



Relaciones de pesos y volúmenes

Las relaciones !olum0tricas com#nmenteusadas para las tres fases en un elemento sesuelos son relación de vacios, porosidad ygrado de saturación.

La relación de vacíos, ouedad o índice de poros (e), se dene como entre el !olumen delos !acíos y el !olumen de los sólidos de unsuelo:



La relación de !acios puede !ariarteóricamente de (!$) a (!alorcorrespondiente a un espacio !acío). En lapráctica no suelen "allarse !alores menoresde .;< (arenas muy compactas con nos) nimayores de =<, en el caso de arcillasaltamente compresibles.



La porosidad (n) se dene como la ra>ón del

!olumen de !acíos entre el !olumen total, seepresa como porcenta*e:

'e denomina grado de saturación ( S ó !w) deun suelo a la relación entre su !olumen deagua y el !olumen de !acíos. 'ueleepresarse tambi0n como porcenta*e:



na correlación entre la relación de !acíos y

porosidad se obtiene las siguientesecuaciones:



Relaciones entre peso específco,

relación de vacíos, contenido de agua ydensidad de sólidos

%ara obtener una relación entre peso

especíco (o densidad), relación de !acíos ycontenido de agua, considere un !olumen desuelo en el que el !olumen de los sólidos deun suelo en =, como se muestra en la

siguiente gura.



'i el !olumen de los sólidos de un suelo en =,

entonces el !olumen de !acíos es num0ricamenteigual a la relación de !acíos e de la ecuacióne$!6s. Los pesos de los sólidos del suelo y aguase dan como:

Ws = Gs !

W! = " Ws = " Gs !

?onde:s $ ?ensidad relati!a de los sólidos

@ $ /ontenido de agua

+1 $ %eso específico del agua



El peso especíco del agua es A.B= 596m7.3"ora, usando las deniciones del pesoespecíco y del peso unitario seco, tenemosque:

y



/omo el peso del agua en el elemento de suelo ba*o

consideración es " Gs !, el

%or consiguiente, de la denición del grado desaturación S=#!$#v

o

Esta es una ecuación muy #til para resol!er problemasque contienen relaciones entre las tres fases.



'i la muestra de

suelo estásaturada, esdecir, que los!acíos están

completamentellenos con agua, larelación para elpeso especíco

saturado seobtiene en formasimilar:



?onde 41 $ densidad del agua $=5g6m7



Fórmulas m%s útiles re&erentes a suelos

saturados

(a) (")

Esuemas para indicación de correlaciones en suelos saturados

El (a) está formado a partir de la adopción del!alor unidad para el !olumen de sólido y el (b)se tomó como unitario el !olumen de la masa.

=Ce

e

=

e+o

's+

o

(=Dn)'s+o

n+on

=D

n

=

ol#menes ol#menes%esos

%esos

aselíquida

aselíquida

asesólida

asesólida



?el contenido de agua tenemos2

Fue es una relación fundamental en suelos saturados

ormulas muy usadas para el cálculo de los pesos especícos

en función de diferentes datos muy comunes en la práctica.



Fórmulas m%s útiles re&erentes a suelos parcialmente saturados

(a) (")

Esuemas para indicación de correlaciones en suelos saturados

El (a) está formado a partir de la adopción del !alorunidad para el !olumen de sólido y el (b) se tomócomo unitario el peso de los sólidos.

=C

e

e

= ==

e

1

's+o

's+o

's+o

1's+o

asegaseosa

asegaseosa

aselíquida

aselíquida

asesólida

asesólida

ol#mene

s

ol#mene

s

%esos %esos



En (b) al "acer unitario a W s, el peso W w

resulta ser num0ricamente igual al contenidodel agua por denición de este concepto.3plicando a los dos esquemas (a) y (b) de lagura anterior, las deniciones de peso

especifco de la masa del suelo, del pesoespecifco relativo de la masa del suelo y delgrado de saturación, tenemos que:



'eso especifco seco y saturado

El primer !alor particular de +m para el caso

en que el grado de saturación del suelo seanulo:

El peso específico saturado es el !alor de +m

cuando el grado de saturación es '$1$=G



Suelos sumergidos

3tención especial debe darse al cálculo depesos especícos de suelos situados ba*o elni!el freático. En tal caso, el empu*e"idrostático e*erce inHuencia en los pesos,

tanto especícos como especícos relati!os.El peso especico relati!o de la materia sólidasumergida !ale:

pues el empu*e "idrostático neto es el peso enagua del !olumen desalo*ado por los sólidos.

3nálogamente



Los pesos especícos correspondientes son:

?el esquemas para suelos saturados

pueden obtenerse, teniendo en cuenta lasfórmulas anteriores, que:

y tambi0n



(ompacidad relativa

El t0rmino compacidad relati!a es com#nmente usadopara indicar la compacidad o la Ho*edad in situ delsuelo granular. 'e dene como:

?onde: /r $ /ompacidad relati!a, usualmente dadacomo porcenta*e

e $ relación de !acíos in situ del suelo

e má $ relación de !acíos de suelo en lacondición más suelta

e mín $ relación de !acíos de suelo en lacondición más densa



Los !alores de /r !arían de un mínimo de 0

para suelos muy suelto a un máimo de 1 parasuelos muy densos.

Iabla de descripción cualitati!a de depósitosde suelo granular.

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