PROPIEDADES FISICAS BASICAS DE LOS SUELOS

Robinson Herlless Llacctas Lizana

Ingeniero Civil

Lima-Peru

Agosto 2015

Modelo del suelo y propiedades basicas

1. Las propiedades físicas básicas del suelo son las que se requieren para definir su estado físico.

2. Para los propósitos del análisis y diseño de ingeniería es necesario cuantificar las tres fases constituyentes(solido, liquido y gaseoso).

Modelo del suelo y propiedades basicas

Modelo del suelo y propiedades

A la cantidad y volumen de suelo que no esta ocupado por solidos, se le llama volumen de vacíos, siendo “e” la relación de volumen de vacíos al volumen de solidos.

CONTENIDO

Modelo del suelo y propiedades

Modelo del suelo y propiedades

• Se muestra un modelo de suelo en detalle con las diferentes dimensiones de masa y volumen.

Modelo del suelo y propiedades

• Relación de vacíos(e).-el volumen no ocupado por los solidos se conoce como volumen de vacíos; puede estar ocupado por agua, aire o por una mezcla de ambos.

� =������� � ����

������� �����

Modelo del suelo y propiedades

• Porosidad(n).- otra forma de expresar la cantidad de vacíos, consiste en relacionar el volumen de estos con el volumen total.

� =������� � ����

������� �����

� =�

1 + �

Modelo del suelo y propiedades

• Volumen específico(ѵ).-el volumen total del modelo del suelo es igual a:

� = 1 + �

Modelo del suelo y propiedades

• Grado de saturación(Sr).-la cantidad de agua en el suelo puede expresarse como una fracción del volumen de vacíos.

�� =������� � ����

������� � ����=

��

��

Ó ��= �� . �

Porcentaje de saturación: 100��

Suelo perfectamente seco: �� = 0

Suelo saturado: �� = 1

Modelo del suelo y propiedades

• Relación de aire-vacíos(Av).-es la parte del volumen de vacíos no ocupado por el agua.

�� = �(1 − ��)

Porcentaje de vacíos de aire: 100��

Modelo del suelo y propiedades

• Peso específico relativo de los sólidos(Gs) .-la relación de la masa de un volumen dado de un material a la masa del mismo volumen de agua.

�� = �. !�

donde:

!� = ���"� �� ����

Modelo del suelo y propiedades

• Densidad de partículas(ρs).-es la masa por unidad de volumen de las partículas solidas.

!� = �. !�

La masa del agua en el modelo del suelo es:�� = �� . �. !�

Modelo del suelo y propiedades

• Contenido de humedad(m).-es la proporción de la masa de agua a la masa de solidos.

� =���� �� ����

���� � ���"��=

��

��

� =�� . �

�

Porcentaje de contenido de humedad: 100m

Modelo del suelo y propiedades

• Densidades de los suelos.-proporciona una medición de la cantidad del material con relación a la cantidad de espacio que ocupa.

• Se puede definir diversos tipos de densidades:Densidad seca:

!# =$%�% #& �'()#'�

�'(*$&+ ,',%(=

-../0

12&=

/.

12&

Modelo del suelo y propiedades

• Densidad total:

! =���� �����

������� �����=

���� � ���� + ���� � ���"��

������� �����

! = �. !� + �� . �. !�

1 + �=

!� + �� . �. !�

1 + �

! = (1 + �)!#

Densidad saturada es la densidad total del suelo cuando esta saturado: �� = 1

Modelo del suelo y propiedades

• La densidad saturadaLa densidad saturadaLa densidad saturadaLa densidad saturada, es la densidad total del suelo cuando esta saturado: �� = 1

!�%, = � + �

1 + �!�

• La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un suelosuelosuelosuelo, es la masa efectiva por volumen unitario (total ) cuando esta sumergido.

!´= !�%, − !�

Modelo del suelo y propiedades

• Pesos UnitariosPesos UnitariosPesos UnitariosPesos Unitarios, es el peso de una unidad de volumen de suelo:

• Peso unitario seco: L# = !#.g

• Peso unitario total: L = !. �

• Peso unitario saturado: L�%, = !�%,. �

• Peso unitario del agua: L� = !� . �

• Peso unitario sumergido: L´= L�%, − L�

Donde g=9.81 m/s2

Modelo del suelo y propiedades

• Compacidad relativa(CCompacidad relativa(CCompacidad relativa(CCompacidad relativa(Crrrr) o índice de ) o índice de ) o índice de ) o índice de densidad(Idensidad(Idensidad(Idensidad(IDDDD)))), la relación de vacíos real de un suelo, esta situada en un punto entre los valores mínimos y máximos posibles, esto es, �$%X y �$)+, dependiendo del estado de compactación.

Y� = Z[ =�$%X − �

�$%X − �$)+

La compactación relativa se puede expresar en términos de densidades ya sea secas o saturadas

]# =!# $%X(!# )+ �),* − !# $)+)

!# )+ �),*(!# $%X − !# $)+)^100

Modelo del suelo y propiedades

• Para un suelo, su estado de densidad máxima Cr=1, y cuando esta suelto al máximo Cr=0

• Estados relativos de compactación

Compacidad

relativa(%)

0-15 15-35 35-65 65-85 85-100

Estado de compactación

Muy suelto Suelto Intermedio Denso Muy denso

Modelo del suelo y propiedades

• Ejemplo 1:Determinar la porosidad y la relación aire-vacíos de un suelo que tiene una relación de vacíos de 0.75 y un porcentaje de saturación de 85%

Modelo del suelo y propiedades

• Ejemplo 2:Al pesar una cápsula que contiene una muestra de suelo húmedo, se obtiene una masa de 37.82 g; la cápsula vacía tiene una masa de 16.15 g. Después de secar la cápsula y el suelo se vuelven a pesar y tienen una masa de 34.68 g. Determine la relación de vacíos del suelo cuando la relación aire-vacíos es:

a)Cero

b) 5% (Gs=2.70)

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• Ejemplo 3:La densidad total de una arena en condiciones drenadas por encima del nivel freático es de 2.06 Mg/m3 y su contenido de humedad es de 18%. Supongase que Gs=2.70, calcular:

a. El peso unitario de la arena drenada

b. El peso unitario sumergido y el contenido de humedad de la misma arena por debajo del nivel freático.

Modelo del suelo y propiedades

• Ejemplo 4:En una prueba de laboratorio de un espécimen de arcilla, se obtuvieron los siguientes datos:

Masa del espécimen húmedo: M1=148.8 g

Masa del espécimen seco: M2=106.2 g.

Volumen del espécimen húmedo: V=86.2 cm3

Peso especifico relativo de las partículas: Gs=2.70

Determinar:

a. Contenido de humedad

b. Densidad total y seca

c. Relación de vacíos y porosidad

d. Grado de saturación