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a. RELACIONES PARA EL PESO UNITARIO HUMEDO (): DEMOSTRACIÓN 1. Demostrar: γ = ( 1 + w ) G S γ W 1+e Respuesta: De la ecuación [A.4] se tiene: γ = W W + W S V [1.1] De la ecuación [A.5] se tiene: W S =¿ γ S ¿ V S ¿ [1.2] Considerando V S =1 (Estrategia): W S =¿ γ S ¿ [1.3] De la ecuación [A.7] se tiene: γ S =G S ¿ γ W ¿ [1.4] Sustituyendo la ecuación [1.4] en [1.3]: W S =G S ¿ γ W ¿ [1.5] De la ecuación [A.1] y la estrategia se tiene: V =1+ V V [1.6] De la ecuación [A.12] y la estrategia se tiene: e=V V [1.7] Reemplazando la ecuación [1.7] en [1.6]: V =1+e [1.8] De la ecuación [A.14] se tiene: W W =w W S [1.9] Reemplazando la ecuación [1.5] en la ecuación [1.10]: W W =w G S ¿ γ W ¿ [1.10] Reemplazando las ecuaciones [1.5], [1.8] y [1.10] en la ecuación [1.1]:

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a. RELACIONES PARA EL PESO UNITARIO HUMEDO ():

DEMOSTRACIN 1.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[1.1]

De la ecuacin [A.5] se tiene:

[1.2]

Considerando(Estrategia):

[1.3]

De la ecuacin [A.7] se tiene:

[1.4]

Sustituyendo la ecuacin [1.4] en [1.3]:

[1.5]

De la ecuacin [A.1] y la estrategia se tiene:

[1.6]De la ecuacin [A.12] y la estrategia se tiene:

[1.7]

Reemplazando la ecuacin [1.7] en [1.6]:

[1.8]

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[1.9]

Reemplazando la ecuacin [1.5] en la ecuacin [1.10]:

[1.10]

Reemplazando las ecuaciones [1.5], [1.8] y [1.10] en la ecuacin [1.1]:

Factorizando Gs:

[A.18]

DEMOSTRACIN 2.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[2.1]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[2.2]

Considerando(Estrategia) se tiene:

[2.3]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[2.4]

Sustituyendo la ecuacin [2.4] en [2.3]:

[2.5]De la ecuacin [A.1] se tiene:

[2.6]

De la ecuacin [A.12] y la estrategia:

[2.7]

Reemplazando la ecuacin [2.7] en [2.6]:

[2.8]

De la ecuacin [A.11] se tiene:

[2.9]

Reemplazando la ecuacin [2.7] en la ecuacin [2.9]:

[2.10]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[2.11]

Reemplazando la ecuacin [2.10] en la ecuacin [2.11]:

[2.12]

Reemplazando las ecuaciones [2.5], [2.8] y [2.12] en la ecuacin [2.1]:

Factorizando w:

[A.19]

DEMOSTRACIN 3.

Demostrar:Respuesta:

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[3.1]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[3.2]

Considerando=1(Estrategia):

[3.3]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[3.4]Sustituyendo la ecuacin [3.4] en [3.3]:

[3.5]De la ecuacin [A.1] se tiene:

[3.6]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[3.7]Remplazando la ecuacin [3.5] en [3.7]:

[3.8]De la ecuacin [A.11] se tiene:

[3.9]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[3.10]Reemplazando la ecuacin [3.8] en [3.10]:

[3.11]Reemplazando la ecuacin [3.11] en [3.9]:

[3.12]Reemplazando la ecuacin [3.12] en [3.6]:

[3.13]Reemplazando las ecuaciones [3.5], [3.8] y [3.13] en [3.1]:

Factorizando Gsw:

[A.20]

DEMOSTRACIN 4.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[4.1]

ConsiderandoV = 1(Estrategia):

[4.2]

De la ecuacin [A.1] se tiene:

[4.3]

De la ecuacin [A.13] y la estrategia se tiene:

[4.4]

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[4.5]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[4.6]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[4.7]Reemplazando las ecuaciones [4.3] y [4.6] en [4.7]:

[4.8]

Reemplazando la ecuacin [4.8] en [4.5]:

[4.9]

Reemplazando las ecuaciones [4.8] y [4.9] en la ecuacin [4.2]:

[A.21]

DEMOSTRACIN 5.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[5.1]

ConsiderandoV = 1(Estrategia):

[5.2]

De la ecuacin [A.13] y la estrategia se tiene:

[5.3]

De la ecuacin [A.1] se tiene:

[5.4]

De la ecuacin [A.11] y la ecuacin [5.3]:

[5.5]

De la ecuacin [A.6]:

[5.6]

De la ecuacin [A.5]:

[5.7]

De la ecuacin [5.7]:

[5.8]

Reemplazando la ecuacin [5.8] y [5.4] en [5.7]:

[5.9]

Reemplazando las ecuaciones [5.6] y [5.9] en la ecuacin [5.2] se tiene:

[A.22]

RELACIONES PARA EL PESO UNITARIO SECO ():

DEMOSTRACIN 6.

Demostrar:Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[6.1]De la ecuacin [A.4] se tiene:

[6.2]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[6.3]Reemplazando las ecuaciones [6.3] y [6.1] en [6.2]:

Despejando d:

[A.23]

DEMOSTRACIN 7.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[7.1]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[7.2]ConsiderandoVs = 1(Estrategia):

[7.3]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[7.4]Sustituyendo la ecuacin [7.4] en [7.3]:

[7.5]De la ecuacin [A.1] y la estrategia:

[7.6]De la ecuacin [A.12] y la estrategia:

[7.7]Reemplazando la ecuacin [7.7] en [7.6]:

[7.8]Reemplazando las ecuaciones [7.5] y [7.8] en la ecuacin [7.1]:

[A.24]

DEMOSTRACIN 8.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8]:

[8.1]

Considerando(Estrategia):

[8.2]De la ecuacin [A.13] y la estrategia:

[8.3]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[8.4]De la ecuacin [A.1]:

[8.5]Reemplazando la ecuacin [8.3] y la estrategia en [8.5]:

[8.6]

Reemplazando la ecuacin [8.6] en [8.4]:

[8.7]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[8.8]Reemplazando la ecuacin [8.8] en [8.7]:

[8.9]Reemplazando la ecuacin [8.9] en la ecuacin [8.2]:

[A.25]

DEMOSTRACIN 9.

Demostrar:Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[9.1]De la ecuacin [A.5]:

[9.2]

Considerando(Estrategia):

[9.3]

De la ecuacin [A.7] se tiene:

[9.4]Sustituyendo la ecuacin [7.4] en [7.3]:

[9.5]De la ecuacin [A.1] se tiene:

[9.6]De la ecuacin [A.11] se tiene:

[9.7]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[9.8]Reemplazando la ecuacin [9.5] en [9.8]:

[9.9]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[9.10]Sustituyendo la ecuacin [9.9] en [9.10]:

[9.11]Sustituyendo la ecuacin [9.11] en la ecuacin [9.7]:

[9.12]Reemplazando la ecuacin [9.12] en [9.6]:

[9.13]Reemplazando las ecuaciones [9.5] y [9.13] en la ecuacin [9.1]:

[A.26]

DEMOSTRACIN 10.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[10.1]

De la ecuacin [A.5]:

[10.2]

Considerando(Estrategia):

[10.3]

De la ecuacin [A.7] se tiene:

[10.4]Sustituyendo la ecuacin [10.4] en [10.3]:

[10.5]De la ecuacin [A.1] se tiene:

[10.6]

De la ecuacin [A.12] se tiene:

[10.7]Reemplazando la ecuacin [10.7] en la ecuacin [10.6]:

[10.8]De la ecuacin [A.11] se tiene:

[10.9]Reemplazando la ecuacin [10.7] en la ecuacin [10.9]:

[10.10]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[10.11]Reemplazando la ecuacin [10.10] en la ecuacin [10.11]:

[10.12]

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[10.13]Reemplazando la ecuacin [10.12] en la ecuacin [10.13]:

[10.14]Reemplazando las ecuaciones [10.8] y [10.14] en la ecuacin [10.1]:

[A.27]

DEMOSTRACIN 11.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8]:

[11.1]

De la ecuacin [A.1] Considerando (Estrategia) se tiene:

[11.2]De la ecuacin [A.12] se tiene:

[11.3]Reemplazando la ecuacin [11.3] en la ecuacin [11.2]:

[11.4]De la ecuacin [A.9] se tiene:

[11.5]Reemplazando la ecuacin [11.1] en [11.5]

[11.6]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[11.7]

Donde=(Suelo saturado):

[11.8]Reemplazando la ecuacin [11.3] en la ecuacin [11.8]:

[11.9]Reemplazando las ecuaciones [11.4] y [11.9] en [11.6]:

[A.28]

DEMOSTRACIN 12.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[12.1]

Considerando(Estrategia):

[12.2]De la ecuacin [A.13] se tiene:

[12.3]De la ecuacin [A.9] se tiene:

[12.4]Reemplazando la ecuacin [12.2] en la ecuacin [12.4]:[12.5]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[12.6]

Donde=(Suelo saturado):

[12.7]Reemplazando la ecuacin [12.3] en [12.7]:

[12.8]Reemplazando la ecuacin [12.8] en la ecuacin [12.10]:

[A.29]

DEMOSTRACIN 13.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.8] se tiene:

[13.1]De la ecuacin [A.5] se tiene:

[13.2]

Considerando(Estrategia):

[13.3]De la ecuacin [A.7] se tiene:

[13.4]Sustituyendo la ecuacin [13.4] en [13.3]:

[13.5]De la ecuacin [A.1] es tiene:

[13.6]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[13.7]

Donde=(Suelo saturado):

[13.8]Reemplazando las ecuaciones [13.5] y [13.6] en la ecuacin [13.1]:

[13.9]De la ecuacin [A.9]:

[13.10]Reemplazando la ecuacin [13.1] en la ecuacin [13.10]:

[13.11]Reemplazando las ecuaciones [13.8] y [13.6] en la ecuacin [13.11]:

[13.12]

Sumando y restando en la ecuacin [13.12]:

[13.13]Resolviendo:

[13.14]Multiplicando y dividiendo el trmino del medio por GS (ecuacin [13.9]):

[13.15]

Reemplazando la ecuacin [13.9] en la ecuacin [13.15]:

[13.16]

Factorizando d de la ecuacin [13.16]:

[13.17]Resolviendo:

[13.18]

Despejando d de la ecuacin [13.18]:

[13.19]

Ordenando la ecuacin [13], [19]:

[A.30]c. RELACIONES PARA EL PESO UNITARIO SATURADO (Sat):

DEMOSTRACIN 14.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[14.1]

De la ecuacin A.5:

[14.2]

Considerando(Estrategia):

[14.3]

De la ecuacin [A.7] se tiene:

[14.4]

Sustituyendo la ecuacin [14.4] en [14.3]:

[14.5]

De la ecuacin [A.1] se tiene:

[14.6]

De la ecuacin [A.12] es tiene:

[14.7]

Reemplazando la ecuacin [14.7] en [14.6]:

[14.8]

De la ecuacin [A.6] se tiene:

[14.9]

DondeVv = Vw (Suelo saturado):

[14.10]

Reemplazando la ecuacin [14.7] en la ecuacin [14.10]:

[14.11]

Reemplazando las ecuaciones [14.5], [14.8] y [14.11] en [14.1]:

[14.12]

[A.31]

DEMOSTRACIN 15.

Demostrar:

Respuesta:

De la De la ecuacin [A.9] se tiene:

[15.1]

ConsiderandoV = 1(Estrategia):

[15.2]

De la ecuacin [A.13] se tiene:

[15.3]

De la ecuacin [A.5]:

[15.4]

De la ecuacin [A.1] se tiene:

[15.5]

Reemplazando la ecuacin [15.3] y la estrategia en [15.5]:

[15.6]Reemplazando la ecuacin [15.6] en [15.4]:

[15.7]

De la ecuacin [A.7]:

[15.8]

Reemplazando la ecuacin [15.8] en [15.7]:

[15.9]

De la ecuacin [A.6] se tiene:

[15.10]

Donde=(Suelo saturado):

[15.11]

Reemplazando la ecuacin [15.3] en [15.11]:

[15.12]

Reemplazando las ecuacin [15.7] y [15.12] en [15.2]:

[15.13]

Factorizando W en la ecuacin [15.13]:

[A.32]

DEMOSTRACIN 16.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[16.1]

De la ecuacin [A.5] se tiene:

[16.2]

Considerando(Estrategia):

[16.3]

De la ecuacin [A.7] se tiene:

[16.4]Sustituyendo la ecuacin [16.4] en [16.3]:

[16.5]De la ecuacin [A.1] se tiene:

[16.6]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[16.7]

Reemplazando la ecuacin [16.5] en [16.7]:

[16.8]

De la ecuacin [A.6] se tiene:

[16.9]

Reemplazando la ecuacin [16.8] en [16.9]:

[16.10]

Donde=(Suelo saturado):

[16.11]

Reemplazando las ecuaciones [16.5], [16.8] y [16.12] en [16.1]:

[16.12]

[A.33]

DEMOSTRACIN 17.

Demostrar:

Respuesta:

De la De la ecuacin [A.9] se tiene:

(17.1)

Considerando(Estrategia):

[17.2]

De la ecuacin [A.12] se tiene:

[17.3]

Donde Vv = Vw (Suelo saturado):

[17.4]

De la ecuacin [A.6] se tiene:

[17.5]

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[17.6]

Reemplazando la ecuacin [17.5] en la ecuacin [17.6]:

[17.7]

Reemplazando las ecuaciones [17.4], [17.5] y [17.7] en [17.2]:

[17.8]

[A.34]

DEMOSTRACIN 18.

Demostrar:Respuesta:

De la De la ecuacin [A.9] se tiene:

[18.1]

Considerando(Estrategia):

[18.2]De la ecuacin [A.13] se tiene:

[18.3]

Donde (Suelo saturado):

[18.4]De la ecuacin [A.6] y la ecuacin [18.4] se tiene:

[18.5]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[18.6]Reemplazando la ecuacin [18.5] en la ecuacin [18.6]:

[18.7]Reemplazando las ecuaciones [18.5] y [18.7] en la ecuacin [18.2]:

[18.8]

[A.35]DEMOSTRACIN 19.

Demostrar:Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[19.1]Reemplazando la ecuacin [A.8] en la ecuacin [19.1] se tiene:

[19.2]

Considerando(Estrategia) y reemplazando en la ecuacin [A.1]:

[19.3]De la ecuacin [A.12] y la estrategia se tiene:

[19.4]Reemplazando la ecuacin [19.4] en la ecuacin [19.3]:

[19.5]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[19.6]

Donde=(Suelo saturado) entonces:

[19.7]Reemplazando la ecuacin [19.4] en la ecuacin [19.7]:

[19.8]Reemplazando las ecuaciones [19.5] y [19.8] en la ecuacin [19.2]:

[A.36]

DEMOSTRACIN 20.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[20.1]

Reemplazando la ecuacin [A.8] en [20.1]:

[20.2]

ConsiderandoV = 1(Estrategia):

[20.3]

De la ecuacin [A.13] y la estrategia se tiene:

[20.4]

Donde VV = VW (Suelo saturado):

[20.5]

De la ecuacin [A.6] se tiene:

[20.6]

Reemplazando la ecuacin 20.6 en la ecuacin 20.3:

[A.37]

DEMOSTRACIN 21.

Demostrar:Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[21.1]De la ecuacin [A.5]:

[21.2]ConsiderandoVs =1(Estrategia):

[21.3]De la ecuacin [A.7]:

[21.4]Sustituyendo la ecuacin [21.4] en [21.3]:

[21.5]De la ecuacin [A.1] y la estrategia se tiene:

[21.6]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[21.7]

Donde (Suelo saturado):

[21.8]De la ecuacin [A.8] se tiene:

[21.9]Reemplazando las ecuaciones [21.5] y [21.6] en la ecuacin [21.9]:

[21.10]Reemplazando la ecuacin [21.9] en la ecuacin [21.1]:

[21.11]Reemplazando las ecuaciones [21.8] y [21.6] en la ecuacin [21.11]:

[21.12]Sumando y restando w en la ecuacin [21.12]:

[21.13]Multiplicando y dividiendo el trmino del medio por GS:

[21.14]Reemplazando la ecuacin [21.10] en la ecuacin [21.14]:

[A.38]

DEMOSTRACIN 22.

Demostrar:

Respuesta:

De la ecuacin [A.9] se tiene:

[22.1]Reemplazando la ecuacin [A.8] en [22.1] se tiene:

[22.2]De la ecuacin [A.14] se tiene:

[22.3]Reemplazando la ecuacin [22.3] en la ecuacin [22.2]:

[22.4]Reemplazando la ecuacin [A.8] en la ecuacin [22.4]:

[A.39]

OTRAS RELACIONES:

DEMOSTRACIN 23.

En un suelo parcialmente saturado se conocen el ndice de vacos (e), la gravedad especfica (Gs) y el grado de saturacin (S). Suponiendo que el gas no disuelto esta uniformemente distribuido en la masa de suelo, encuentre el peso unitario (), el peso unitario sumergido () y el peso unitario seco (d) en funcin de las cantidades conocidas y haciendo uso de un esquema adecuado. Respuesta:

Datos:e ; GS ; S = ? ; = ? ; d = ? Estrategia: Para hallar el peso unitario (), el peso unitario seco (d), se procede de la misma manera que en las demostraciones 2 y 7, por lo que no se considero necesario volver a resolver todo si no tan solo anotar las ecuaciones obtenidas. Mientras que para el clculo del peso unitario sumergido (), una vez obtenido ya el peso unitario hmedo, se resta el peso unitario del agua de este.

De la ecuacin [A.19] o demostracin 2:

[23.1]De la ecuacin [A.24] o demostracin 7:

[23.2]De la ecuacin [A.10] se tiene:

[23.3]Reemplazando la ecuacin [23.1] en [23.3]:

[24.4]

DEMOSTRACIN 24.

En una muestra de suelo parcialmente saturado se conoce el peso especfico (), el contenido de agua () y el valor de la gravedad especfica (Gs). Encuentre el peso especfico seco (d), la relacin de vacos (e) y la saturacin (S), en funcin de las cantidades conocidas, utilizando un esquema adecuado.

Respuesta:

Datos

; ; GSS = ? ; e = ? ; d = ?

Estrategia: Para hallar el peso unitario (), el peso unitario seco (d), se procede de la misma manera que en las demostraciones 1 y 6, por lo que no se considero necesario volver a resolver todo si no tan solo anotar las ecuaciones obtenidas y de ah empezar a resolver recin la demostracin dada.

De la ecuacin [A.23] o demostracin 6 se tiene:

[24.1]

De la ecuacin [A.18] o demostracin 1:

[24.2]

Despejando e:

[24.3]De la ecuacin [A.20] o demostracin 3:

[24.4]

Despejando S de la [24.4]:

[24.5]

DEMOSTRACIN 25.

Demostrar que para un suelo se cumple la siguiente relacin:

Respuesta:

Estrategia: Para hallar el peso unitario seco (d), se procede de la misma manera que en la demostracin 13, por lo que no se considero necesario volver a resolver todo si no tan solo anotar la ecuacin obtenida y de ah empezar a resolver recin la demostracin dada

De la ecuacin [A.30] o demostracin 13:

Despejando ( - w):

De la definicin del peso unitario sumergido se tiene:

[25.1]

DEMOSTRACIN 26.

Para las caractersticas de un suelo dado, Demostrar:

Respuesta:

Estrategia: Para hallar el peso unitario saturado (Sat), se procede de la misma manera que en la demostracin 16, por lo que no se considero necesario volver a resolver todo si no tan solo anotar la ecuacin obtenida, y de ah empezar a resolver recin la demostracin dada.

De la ecuacin [A.33] o demostracin 16:

[26.1]

Resolviendo:

[26.2]

Factorizando GS en la ecuacin [26.2]:

[26.3]

Despejando GS en la ecuacin [26.3]:

[26.4]

Ordenando la ecuacin [26.4]:

[26.5]

1.4. Problemas.

PROBLEMA 1.

Una muestra de suelo de 1.21 Kg. tiene un volumen de 600 cm3 y un contenido de humedad de 10.2%. Usando las definiciones, calcule:

a) La densidad ()b) El peso especfico hmedo () c) El peso especfico seco (d).

Estrategia: Utilizando las ecuaciones de la relacin peso volumen del anexo A, se pueden determinar todos los incisos.

Datos:

M = 1.21 Kg ; V = 600 cm3 ; w = 10.2%

PASO 1

Determinacin de la densidad del suelo.

De la ecuacin [A.15] se tiene:

Reemplazando valores:

PASO 2

Determinar el peso especfico hmedo.

De la ecuacin [A.4] y [A.16]:

Reemplazando valores:

Cambiando unidades:

PASO 3.

Determinar el peso especfico seco.

De la ecuacin [A.23]:

Reemplazando valores:

PROBLEMA 2.

Un suelo est constituido por 10% de aire, 30% de agua y 60% de partculas de suelo en volumen. Cul es el grado de saturacin (S), el ndice de vacos (e), y la porosidad (n)?.

Estrategia: Asumiendo que el volumen total de la muestra es de 100 unidades cbicas y que el aire representa 10 unidades, el agua 30 unidades, los slidos del suelo 60 unidades y con las definiciones de los parmetros, se tiene:

Datos:

Va = 10 U 3 ; VW = 30 U 3 ; VS = 60 U 3

PASO 1

Determinar el grado de saturacin.

De la ecuacin [A.11] se tiene:

Reemplazando valores:

PASO 2

Determinar el ndice de vacos.

De la ecuacin [A.12] se tiene:

Reemplazando valores:

PASO 3

Determinar la porosidad del suelo.

De la ecuacin [A.13] se tiene:

Reemplazando valores:

PROBLEMA 3.

Si el suelo del problema 2 tiene una gravedad especfica de 2.69, determine su contenido de humedad (w), su peso unitario seco (d) y su peso unitario hmedo ().

Estrategia: Se asume que el volumen total de la muestra es de 100 unidades cbicas con sus fracciones respectivas.

Datos:

S = 0.75 ; e = 0.667 ; n = 0.40 ; GS = 2.69 ; Va = 10 U 3 ; VW = 30 U 3 ; VS = 60 U 3

PASO 1

Determinar el contenido de humedad del suelo.

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[3.1]De la ecuacin [A.6] se tiene:

[3.2]De la ecuacin [A.5]:

[3.3]De la ecuacin [A.7]:

[3.4]Sustituyendo la ecuacin [3.4] en [3.3]:

[3.5]Sustituyendo la ecuacin [3.2] en [3.5]:

[3.6]Reemplazando valores:

PASO 2Determinar el peso especfico seco del suelo.

Reemplazando la ecuacin [A.8] en [3.5] se tiene:

[3.7]Reemplazando valores:

PASO 3Determinar el peso especfico hmedo del suelo.

De la ecuacin [A.4] se tiene:

[3.8]Reemplazando la ecuacin [3.2] y [3.5] en [3.8]:

Reemplazando valores:

PROBLEMA 4

Se tiene un suelo que tiene un contenido de humedad del 5%, determine que cantidad de agua se debe aadir para que este suelo alcance el 9% de contenido de humedad, un peso unitario de 19 kN/m3 y tenga un volumen final de 1 m3.

Estrategia: La cantidad de agua que se debe aadir para alcanzar un 9% de contenido de humedad se la determina mediante un sistema de ecuaciones, que estn en funcin del las condiciones del contenido de humedad iniciales y de las condiciones finales, en ambas condiciones el peso de los slidos, WS es el mismo debido a que solo se agrega agua.

Datos:

wo = 5% ; wf = 9% ; = 19 kN/m3 ; Vf = 1 m3 ; VW = ?

PASO 1.Determina el peso de los slidos, peso del agua inicial y final.

De la ecuacin [A.14] se tiene:

[4.1]

[4.2]De la ecuacin [A.4] se tiene:

[4.3]Reemplazando la ecuacin [4.1] en [4.3]:

[4.4]Despejando WS:

[4.5]Reemplazando valores en la ecuacin [4.5]:

Reemplazando el valor WS en la ecuacin [4.2]:

Reemplazando el valor de WWo en la ecuacin [4.1]:

PASO 2. Determinar la cantidad de agua agregada a la muestra de suelo.La diferencia de los pesos de agua final e inicial, es el peso de la cantidad de agua que se aade al suelo:

Reemplazando los valores hallados:

[4.6]De la ecuacin [A.6]:

[4.7]Despejando VW de la ecuacin [4.7]:

[4.8]Reemplazando WW en la ecuacin [4.8]:

Cambiando unidades:

PROBLEMA 5.

De un proceso de secado en horno para determinar el contenido de humedad, se obtienen los siguientes resultados:

Nmero de lata0.350.500.40

Peso lata (g)43.2758.9550.23

Peso suelo hmedo + lata(g)183.28216.21173.96

Peso suelo seco + lata (g)180.52213.05171.50

Determinar el contenido de humedad de la muestra.

Estrategia: El peso del agua y el peso de los slidos se pueden determinar fcilmente mediante las siguientes ecuaciones. Una vez hallados estos pesos es posible hallar el contenido de humedad del suelo.WW = Peso del agua = (Peso lata + suelo hmedo) (Peso lata + suelo seco)WS = Peso del suelo = (Peso lata +suelo seco) (Peso lata)w = Contenido de humedad = WW / WS A continuacin se realiza la siguiente tabla que resume los resultados obtenidos y la humedad promedio que se utiliza para otros clculos:

Nmero de lata0.350.500.40

Peso lata (g)43.2758.9550.23

Peso suelo hmedo + lata (g)183.28216.21173.96

Peso suelo seco + lata (g)180.52213.05171.5

Peso del agua (g)2.763.162.46

Peso suelo seco (g)137.25216.21121.27

Contenido de humedad (%)2.012.052.03

Contenido de humedad promedio(2.01 + 2.05 + 2.03) / 3 = 2.03%

PROBLEMA 6.

Un suelo tiene un contenido de humedad (w) igual al 28.5% y un peso de 123.6 g. Cul es el peso seco del material?

Estrategia: Mediante las ecuaciones bsicas de las relaciones peso volumen del anexo A, es posible determinar el peso seco del material.

Datos:

; ;

De la ecuacin [A.14]:

[6.1]De la ecuacin [A.3]:

[6.2]Reemplazando la ecuacin [6.2] en [6.1]:

[6.3]Despejando WS de la ecuacin [6.3]:

[6.4]

Reemplazando valores en la ecuacin [6.4]:

PROBLEMA 10.

A continuacin estn los resultados de un anlisis de tamices. Hacer los clculos necesarios y dibujar la curva de distribucin del tamao de partculas.

U.S. Tamaode TamizMasa de Suelo Retenidoen cada Tamiz(g)

40

040

2060

4089

60140

80122

10210

20056

Bandeja12

Estrategia: Para poder determinar la curva de distribucin es necesario obtener el porcentaje de suelo seco que pasa por un determinado tamiz y en funcin a este y la abertura del tamiz se traza la curva de distribucin.

Donde:

Y as sucesivamente para cada tamiz como se ven los valores hallados en la Tabla:

De la curva se deduce que debido a la pendiente pronunciada que presenta y a su forma, que el suelo de grano grueso (gravas y arenas) y esta POBREMENTE GRADADO.

PROBLEMA 11.

Para la curva de distribucin de tamao de partculas mostrada en el anterior ejercicio. Determine:D10 , D30 , y D60Coeficiente de Uniformidad Cu.Coeficiente de Gradacin Cc.

Estrategia: Para poder determinar el D10, D30 y el D60 es necesario hacer una interpolacin lineal entre los valores inferior y superior mas cercanos al porcentaje que pasa deseado y la abertura de sus tamices correspondientes. Una vez hallados estos valores mediante las ecuaciones del anexo A se hallan fcilmente estos parmetros de la curva de distribucin.

PASO 1

Determinar el D10, D30 y el D60 mediante una interpolacin lineal a una escala semilogartmica.De la ecuacin de la lnea recta se tiene:

Haciendo cambios de variable:X = Abertura tamiz (escala logartmica)Y = % que pasa (escala aritmtica)

10; 30; 60; 30; 60 %

Para D10 se tiene:

Para D30 se tiene:

Para D60 se tiene:

PASO 2Determinar los parmetros de la curva de distribucin de tamao de partculas.

PROBLEMA 2.

Clasifique el siguiente suelo por el sistema de clasificacin AASHTO.Lmite lquido = 51%Lmite plstico = 25%

PASO 1

Determinar el ndice de plasticidad y porcentajes que pasan necesarios para clasificacin.

De la grafica de la distribucin de tamao de partculas se tiene:

(Dimetro de partculas de 0.075 mm)

(Dimetro de partculas de 0.425 mm)

(Dimetro de partculas de 2.00 mm)

PASO 2

Clasificar el suelo segn la Tabla B.6 del anexo B.

Se procede de izquierda a derecha por simple eliminacin hasta que los datos del suelo se ajusten exactamente a los de la Tabla.

Suelo grueso

De la ecuacin [B.4] se obtiene el ndice de grupo para el suelo A-2-7:

(Para ndices de grupo negativos su ndice de grupo ser cero)

Por lo tanto el suelo es:A-2-7 (0)

PROBLEMA 3.

Se pide clasificar el siguiente suelo por el sistema ASSHTO.Lmite lquido = 44%Lmite plstico = 21%

PASO 1

Determinar el ndice de plasticidad y porcentajes que pasan necesarios para clasificacin.

De la grafica de la distribucin de tamao de partculas se tiene:

(Dimetro de partculas de 0.075 mm)

(Dimetro de partculas de 0.425 mm)

(Dimetro de partculas de 2.00 mm)

PASO 2

Clasificar el suelo segn la Tabla B.6 del anexo B.

Se procede de izquierda a derecha por simple eliminacin hasta que los datos del suelo se ajusten exactamente a los de la Tabla.

Suelo grueso

PASO 3

Determinar el ndice de grupo.

(Para ndices de grupo negativos su ndice de grupo ser cero)

Por lo tanto el suelo es:A-2-7 (0)

PROBLEMA 4

Clasificar los siguientes suelos por el sistema de clasificacin AASHTO.

Distribucin Suelo A B C D E

% fino tamiz N 10% fino tamiz N 40% fino tamiz N 200Limite liquidondice de plasticidad83 100 48 90 10048 92 28 76 8220 86 6 34 3820 70 37 425 32 No plstico 12 23

Para clasificar estos suelos se procede de la misma manera que para las pregunta 1 y 2.

Suelo A:

F200 = 20 < 35%Suelo Granular

Para este tipo de suelos el ndice de grupo es cero:IG = 0

Por lo tanto el suelo es:A-1-b (0)

Suelo B:

F200 = 86 > 35%Suelo limo - Arcilla

IP = LL-3032 = 70 3032 40A-7-5

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG =

IG =

IG = 33.47IG = 33

Por lo tanto el suelo es:A-7-5 (33)

Suelo C:

F200 = 6 < 35%suelo Granular

IP = No plsticoA-1-a

Para este tipo de suelos el ndice de grupo es cero:IG = 0

Por lo tanto el suelo es:A-1-a (0)

Suelo D:

F200 = 34 < 35%suelo Granular

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.4]:

IG =

IG =

IG = 0.38IG = 0

Por lo tanto el suelo es:

Suelo E:

F200 = 38 < 35%suelo limo y Arcilla

IP = LL-3023 = 42 3023 12 A-7-6

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG = 3.62 IG = 4

Por lo tanto el suelo es:A-7-6 (4)

PROBLEMA 5.

Una muestra de suelo inorgnico tiene las siguientes caractersticas:

Tamiz (m.m)% que pasa

2.0 (N 10)0.075(N 200)0.0500.0050.00210071673119

Lmite lquido = 53%ndice de Plasticidad = 22%

Clasificar el suelo mediante los sistemas de clasificacin de suelos:

a) AASTHO.b) Unificado.

a) Sistema de clasificacin AASHTO:

F200 = 71% > 35%Suelo Arcilla-Limo.

LL = 53%

IP = 22%

IP = LL-3022 = 53 3022 23A-7-5

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG =

IG = 16.26IG = 16

Por lo tanto el suelo es:A-7-5 (16) Mayormente Arcilloso.

b) Sistema de clasificacin Unificado

F200 = 71%

R200 = (100 F200)R200 = (100 71)

R200 = 29%R200 = 29% < 50%Suelo de grano fino.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

LL = 53%IP = 22%El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.4 (ver nota en la parte inferior de la Tabla B.4, para determinar la fraccin de grava, GF y la fraccin de arena, SF):

R200 = 29%15 R200 29%

GF = R4GF = 0%

SF = R200 R4SF = 29 0SF = 29%

Por lo tanto el suelo es:(MH) Limo elstico con arena

PROBLEMA 6.

Realizar la clasificacin de los siguientes suelos:

DescripcinSuelo

A B C D E F

% que pasa el tamiz No. 4879575,5472899,8

% que pasa el tamiz No. 10779065382197,5

% que pasa el tamiz No. 4068 665326,81296

% que pasa el tamiz No. 20060804516,52,8574

Limite lquido27323224,5-25

ndice plstico103,5127,6No plstico20

Por los siguientes mtodos:

a) Sistema de clasificacin AASHTO.b) Sistema de clasificacin Unificado.

a) Sistema AASHTO.

Suelo A:

F200 = 60% > 35%Suelo Arcilla-Limo.

LL = 27%LL < 40%IP = 10%IP 10%

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG = 3.375IG = 3

Por lo tanto el suelo es:A-4 (3) Suelo limoso de regular a pobre para la construccin de carreteras.

Suelo B:

F200 = 80% > 35%Suelo Arcilla-Limo.

LL = 32%LL < 40%IP = 3.5%IP < 10%

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG = 2.97IG = 3

Por lo tanto el suelo es:A-4 (3) Suelo limoso de regular a pobre para la construccin de carreteras.

Suelo C:

F200 = 45 > 35%Suelo Arcilla-Limo.

LL = 32%LL < 40%IP = 12%IP > 11%

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG = 2.2IG = 2

Por lo tanto el suelo es:A-6 (2) Suelo arcilloso de regular a pobre para la construccin de carreteras

Suelo D:

F200 = 16.5 < 35%Suelo grueso.

LL = 24.5%LL < 40%IP = 7.6%IP < 10%

El ndice de grupo de este suelo es cero:

IG = 0

Por lo tanto el suelo es:A-2-4 (0) Grava y arena limosa o arcillosa de excelente a buena para la construccin de carreteras.

Suelo E:

F200 = 2.85 < 35%Suelo grueso.

LL = IP = No plstico

El ndice de grupo de este suelo es cero:

IG = 0Por lo tanto el suelo es:A-3(0) Arena fina de excelente a buena para la construccin de carreteras.

Suelo F:

F200 = 74 > 35%Suelo Arcilla-Limo.

LL = 25%LL < 40%IP = 20%IP > 11%

El ndice de grupo de este suelo se halla con la ecuacin [B.3]:

IG = 10.7IG = 11

Por lo tanto el suelo es:A-6 (11) Suelo arcilloso de regular a pobre para la construccin de carreteras

b) Sistema Unificado.

Suelo A:

F200 = 60%

R200 = (100 F200)R200 = (100 60)

R200 = 40%R200 = 40% < 50%Suelo de grano fino.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

LL = 27% < 50%IP = 10% > 7%CLLmites de Atterberg sobre la lnea A (Figura B.1)

El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.4:

R200 = 40%R200 > 30%

R4 = 100 F4 R4 = 100 87R4 = 13%GF = R4 = 13%

SF = R200 R4SF = 40 13SF = 27%

> 1

Por lo tanto el suelo es:(CL) Arcilla magra arenosa.

Suelo B:

F200 = 80%

R200 = (100 F200)R200 = (100 80)

R200 = 20%R200 = 20% < 50%Suelo de grano fino.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

LL = 32% < 50%IP = 3.5% < 4%

El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.4:

R200 = 20%15 R200 29%

R4 = 100 F4 R4 = 100 95R4 = 5%GF = R4 = 5%

SF = R200 R4SF = 20 5SF = 15%

> 1

Por lo tanto el suelo es:(ML) Limo con arena

Suelo C:

F200 = 45%

R200 = (100 F200)R200 = (100 45)

R200 = 55%R200 = 55% > 50%Suelo de grano grueso.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

F4 = 75.5R4 = 100 - F4

R4=100 75.5R4 = 24.5

0.5R200 = 0.5550.5R200 = 27.5

R4 12%IP = 12% > 7%SCLmites de Atterberg sobre la lnea A (Figura B.1)

El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.3:

R4 = 24.5%GF = R4 = 24.5% > 15

Por lo tanto el suelo es:(SC) Arena arcillosa con grava.

Suelo D:

F200 = 16.5%

R200 = (100 F200)R200 = (100 16.5)

R200 = 83.5%R200 = 83.5% > 50%Suelo de grano grueso.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

F4 = 47R4 = 100 - F4

R4=100 47R4 = 53

0.5R200 = 0.583.50.5R200 = 41.75

R4 > 0.5R20053 > 41.75Suelo gravoso

F200 = 45% > 12%IP = 12% > 7%GCLmites de Atterberg sobre la lnea A (Figura B.1)

El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.2:

SF = R200 R4SF = 83.5 53

SF = 30.5% > 15

Por lo tanto el suelo es:(GC) Grava arcillosa con arena.

Suelo E:

F200 = 2.85%

R200 = (100 F200)R200 = (100 2.85)

R200 = 97.15%R200 = 97.15% > 50%Suelo de grano grueso.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

F4 = 28R4 = 100 - F4

R4=100 28R4 = 720.5R200 = 0.597.150.5R200 = 48.575

R4 > 0.5R20072 > 48.575Suelo gravosoF200 = 2.85% < 5% Hallar Cu y Cz:

Tomamos los mismos parmetros del problema 1.

> 4

< 1

Por lo tanto el suelo es:GP

El nombre de grupo para este suelo se halla con los criterios de la Tabla B.2:

SF = R200 R4SF = 97.15 72

SF = 25.15% > 15

Por lo tanto el suelo es:(GP) Grava pobremente gradada con arena.

Suelo F:

F200 = 74%

R200 = (100 F200)R200 = (100 74)

R200 = 26%R200 = 26% < 50%Suelo de grano fino.

El smbolo de grupo se lo halla con los criterios de la Tabla B.1:

LL = 25% < 50%IP = 20% > 7%Lmites de Atterberg sobre la lnea A y sobre la lnea U (Figura B.1). Esto se puede comprobar con la funcin de su grfica :

Lnea U: PIu = (0.9)(LL PI) PIu = (0.9)(25 20) PIu = 4.5 < PI = 20

De esta manera se comprob que los limites se encuentran por encima de la lnea U, lo que indica que este suelo NO EXISTE , ya que no hay suelos con lmites de consistencia por encima de esta lnea.

Hoja1U.S. TamaoAberturaMasa RetenidaMasa Acumulada% que pasaTamiz(mm.)en cada Tamiz, g.sobre cada Tamiz, g.44,75000100102,000400+40 = 4094.51200.8506040+60 = 10086.28400.42589100+89 = 18974.07600.250140189+140 = 32954.87800.180122329+122 = 45138.131000.150210451+210 = 6619.332000.07556661+56 = 7171.65Bandeja0.00012717+12 = 7290