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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Escuela de Ingeniería Civil
Mecánica de Suelos I
Informe No 2
Tema:
Relaciones Fundamentales y Peso Unitario.
Grupo No 06
Integrantes:
Alulema Guamán Juan Carlos
Chalco Barahona Erick Javier
Martínez Guano Liliana Nathaly
Prado Ruano Jefferson Alexis
Semestre: Cuarto Paralelo: Primero
Docente: Ing. Juan Carlos Ávila A.
Fecha de realización del Informe: 02/05/2016
Fecha de entrega del Informe: 16/05/2016
Abril 2015 - Septiembre 2015
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INTRODUCCIÓN
El peso de un cuerpo (W) se llega a conocer como la masa (m) de ese cuerpo multiplicado por
la gravedad (g), lo cual se escribe: W=m∗g
Por conveniencia se considerarán las unidades de masa en lugar de las del peso excepto
donde no corresponde, debido a que la masa a diferencia del peso no es influida por la
gravedad. Las unidades de está serán expresadas en kg o g dependiendo a su cantidad.
Para las relaciones de peso se considerará únicamente la masa de la fase sólida y líquida,
mientras que la masa de la fase gaseosa es despreciada por ser una cantidad muy pequeña. La
masa total (M) de la masa de suelo será igual a la suma del peso de la masa del agua (Mw)
más peso de la masa del suelo seco (Ms):
M=Mw+Ms
Peso Específico
En Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes
correspondientes, por medio del concepto de peso específico.
El peso específico del suelo es el cociente entre el peso unitario del suelo y el peso unitario del
agua a 4o C y una atmosfera de presión en el sistema métrico, por tanto peso unitario y peso
específico son numéricamente iguales pero este último carece de unidades.
GS=γγw
El peso unitario del agua destilada a 4o C de temperatura y a la presión atmosférica
correspondiente al nivel del mar, en el sistema métrico o derivados del mismo es igual a 1 o una
potencia entera de 10 de manera que se suele usar las siguientes equivalencias.
γw=1 gcm3 , γw=1000 kg
m3 , γw=1 Tnm3 , γw=9,807 kN
m3
El peso unitario del suelo es el cociente entre el peso total del suelo para su volumen.
γ=WV
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El peso unitario del agua a cualquier presión y a cualquier temperatura es el cociente entre el
peso del agua y su volumen.
γw=W w
V w
Peso específico de la masa del suelo. Por definición se tiene
γm=Wm
V m=W s+Ww
V m
Peso específico de la fase sólida del suelo
γs=W s
V s
Relaciones fundamentales
La importancia de las relaciones fundamentales en Mecánica de suelos está en que brinda
información de gran importancia sobre un suelo estudiado, ayudando de esta manera al
ingeniero civil a tener información básica para realizar un proyecto; para un ingeniero es de gran
importancia la información obtenida por este medio para analizar el comportamiento de un suelo
seco o húmedo que son los casos que se encontrará.
El manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio del
mismo es imprescindible para obtener datos necesarios y conclusiones con los resultados
obtenidos.
Relación de Vacíos: Oquedad o índice de poros a la relación entre el volumen de los vacíos y
el de los sólidos de un suelo:
e=V v
V s
La relación puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) en un suelo saturado a ∞ (valor
correspondiente a un espacio vacío). En la práctica no suelen hallarse valores menores de 0.25
(arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente
compresibles.
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Porosidad: En un suelo se denomina porosidad a la relación entre el volumen de vacíos y el
volumen de su masa. Se expresa como porcentaje:
n (% )=V v
Vm×100
Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con sólo fase sólida) a 100 (espacio vacía).
Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%.
Grado de saturación: Hace referencia a la relación entre el volumen de agua y el volumen de
vacíos del suelo analizado, expresado en forma decimal o porcentual:
Sr ( %)=V w
V v×100
Varía de 0 (suelo seco) a 100% (suelo totalmente saturado).
Contenido de agua o humedad: Es la relación entre el peso de agua contenida en una
muestra de suelo y el peso de la fase sólida. Suele expresarse como un porcentaje:
ω ( %)=W w
W s×100
Varía teóricamente de 0 a ∞. En la naturaleza la humedad de los suelos varía entre límites muy
amplios.
La humedad es un factor fundamental en el comportamiento del suelo, afectando su
composición química, y por ende generando algunos cambios en sus propiedades físico-
mecánicas.
OBJETIVOS
Generales:
1. Determinar las relaciones fundamentales de las muestras de suelo, su contenido de
agua y su peso unitario.
Específicos:
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1. Analizar el peso unitario del suelo con los datos obtenidos en el laboratorio y aprender a
interpretar estos valores.
2. Interpretar el peso específico de cada muestra de suelo con los pesos unitarios
obtenidos.
3. Obtener los volúmenes de las muestras de suelo con forma regular e irregular.
EQUIPO Y MATERIAL
Equipo:1. 1 balanza mecánica A±0.01g. Cap.310g
2. 1 balanza mecánica A±0.1g. Cap. 1000g
3. Horno de secado T 105 ºC ± 5 ºC constante
4. 1 calibrador A±0.1mm
5. 1 estufa eléctrica
Herramientas:1. 1 posavasos metálico
2. 8 recipientes metálicos cap. 60 cm3
3. 1 espátula
4. 1 recipiente de acero inoxidable. Cap. 282.82 cm3
5. 1 canastilla malla de acero
6. 1 regla para enrazar
7. 1 recipiente metálico para disolver la parafina
8. 1 balde de plástico. Cap. 12 L
9. Franela o paño para limpieza y esponja
Materiales:1. 1 muestra de suelo no saturado (Río Guayllabamba)
2. 1 muestra de suelo saturado (Río Guayllabamba)
3. 1 muestra de suelo alterado (La Finca-Sto. Domingo)
4. 1 muestra de suelo alterado (Barrio Armenia-Quito)
5. 1 muestra de suelo remoldeado (La Finca-Sto. Domingo)
6. 1 muestra de suelo remoldeado (Barrio Armenia-Quito)
7. 1 muestra de suelo inalterado de forma irregular (La Finca-Sto. Domingo)
8. 1 muestra de suelo inalterado de forma irregular (Barrio Armenia-Quito)
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9. Parafina disuelta (cantidad necesaria)
10. Agua
PROCEDIMIENTO
IDENTIFICACION Y DESCRIPCION DE SUELOS
1. Se procede a tomar indicaciones de cómo se debe realizar la práctica y los datos que se
deben obtener, a cargo de la ayudante de laboratorio.
2. Retiramos las muestras de suelos que se van a ensayar y procedemos a tomar la
identificación de cada uno de ellos, los cuales son: proyecto, obra, localización,
perforación, profundidad, numero de muestra y fecha.
3. A continuación tomamos una porción de muestra y observamos detenidamente sus
propiedades físicas tales como olor (orgánico o inorgánico), color, plasticidad,
consistencia, tipo de suelo (suelo fino, suelo grueso o arena), y de igual manera ver si
tiene presencia de otras sustancias como raíces.
4. La plasticidad y consistencia la encontramos seleccionando una pequeña muestra y
agregando un poco de agua sobre ella, con la ayuda de la espátula se realiza una
especie de amasado hasta observar que consistencia tiene, de igual manera intentar
realizar alguna forma con ella, si lo hace tiene una plasticidad alta caso contrario será
media o baja.
PESO UNITARIO EL SUELO DE FORMA REGULAR
1. Se toma el peso de las muestras con forma regular, siendo estas las de los cilindros, y
anotando los valores obtenidos en el cuadro respectivo.
2. Con la ayuda del calibrador tomar las medidas del diámetro, la altura y anotar los valores
obtenidos para así poder hallar su volumen.
PESO UNITARIO EL SUELO DE FORMA IRREGULAR
1. La muestra de suelo con la que vamos a trabajar está recubierta de una capa de
parafina, por lo que se debe retirar dicha capa con la ayuda de una espátula.
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2. Se pesa el suelo sin la parafina anotando los resultados obtenidos en el cuadro
respectivo.
3. A la muestra se la vuelve a recubrir de parafina de tal manera que esta quede bien
recubierta sin que tenga espacios por donde pueda penetrar el agua.
4. Volver a pesar la muestra con la parafina, y con los datos anteriores se tendrá el peso de
la parafina.
5. Colocar la muestra en la canastilla y sumergirla en el agua para obtener su peso en
agua.
PESO UNITARIO DE LA ARENA
1. Para este ensayo se debe tomar dos muestras de la arena para determinar su contenido
de humedad, registrando los valores en su tabla respectiva.
2. Determinar el peso del recipiente con el que se va a trabajar.
3. Introducir una pequeña muestra de arena en los recipientes.
4. Se pesa el recipiente más la arena se anota los resultados obtenidos y con los datos
anteriores se obtiene el peso del suelo.
CÁLCULOS TÍPICOS
Contenido de Agua del Suelo
W%= W2 - W3
W3 - W1*100
Dónde:
W1 = peso del recipiente
W2= peso del recipiente + suelo húmedo.
W3= peso del recipiente + suelo seco.
Recipiente # 224
Datos: W1= 7.45g W2= 48.84g W3= 45.80g
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W%= W2 - W3
W3 - W1*100
W %=48.84 g – 45.80 g45.80 g –7.45 g
∗100
W 1 %=7.93 %
Recipiente # 173
Datos: W 2%=8.19%
Contenido de agua promedio:
W promedio %=W 1%+W 2 %
2
W promedio %=7.93 %+8.19 %2
W promedio %=8.06 %
Suelos con forma regular
Cálculo del volumen
Volumen=π∗(Ø 2
4 )∗h
Datos:Ø= 10.05 cm, h= 11.40 cm
V= π Ø2
4∗h
V= π∗10.052
4∗11.40
V=904.83 cm
Peso unitario del suelo húmedo
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Datos:
W = peso del suelo = 1082 g.
V = volumen del suelo = 904.83 cm³
γ=WV
γ= 1082g904.83 cm ³
γ=1.19 gcm ³
Peso unitario del suelo seco
Datos:
γ = peso unitario del suelo =1.19 gcm ³
%W = contenido de agua = 51.36%
γd= γ
1+%W100
γd= 1.19
1+ 51.36100
γd=0.023 gcm ³
Suelos sin forma determinada
Peso unitario del suelo Seco
Datos:
W = peso del suelo = 529.50 g.
V = volumen del suelo = 282.82 cm³
γ=WV
γ= 529.50g282.82 cm ³
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γ=1.77 gcm ³
Peso unitario del suelo seco
Datos:
γ = peso unitario del suelo =1.72 gcm ³
%W = contenido de agua = 0.03%
γd= γ
1+%W100
γd= 1.72
1+ 0.06100
γd=1.72 gcm ³
Suelos con forma irregular
PESO EN EL AIRE
Peso parafina (g)
Formula:
℘=W suelo+parafina−W
Variables:
W suelo+ parafina= peso + parafina
W =peso del suelo
℘=¿peso parafina
Datos:
W suelo+ parafina= 411.50 g
W suelo= 397.77 g
℘=411.50−397.77
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W parafina=13.73g
PESO EN EL AGUA
Suelo + parafina (g)
Formula:
w sp=W suelo+canastilla+parafina−W canastilla
Variables:
W suelo+canastilla+parafina= peso del suelo + peso de la canastilla + parafina
W canastilla =peso de la canastilla
Wsp=¿peso del suelo + parafina
Datos:
W suelo+canastilla+parafina= 158.90g
W canastilla= 80.30 g
w sp=158.90−80.30
w sp=78.6 g
Peso del agua desplazada (g)
Formula:
ww ´=W−W sp
Variables:
W= peso del suelo
W sp=peso del suelo + parafina
ww ´=¿peso del agua desplazada
Datos:
W= 397.77g
W sp= 78.6g
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ww ´=397.77−78.6
ww ´=319.17 g
Volúmenes
Suelo + parafina
V suelo+parafina=Ww ´
V suelo+parafina=331.20 cm3
Volumen de la parafina (cm 3 )
Formula:
V p=℘ρp
Variables:
℘= peso de la parafina
V p=¿ volumen de la parafina
Datos:
℘= 13.73 g
ρp=0.87
V p=13.730.87
V p=15.78 cm3
Volumen del suelo (cm 3 )
Formula:
V=V s uelo+ parafina−V p
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Variables:
V suelo+ parafina= volumen del suelo + parafina
V p=¿ volumen de la parafina
V=¿volumen del suelo
Datos:
V suelo+ parafina= 331.20 cm3
V p=¿ 15.78 cm3
V=331.20−15.78
V=315.42cm3
Peso unitario del suelo húmedo
Datos:
W = peso del suelo = 397.77 g.
V = volumen del suelo = 315.42 cm³
γ=WV
γ= 397.77 g315.42cm ³
γ=1.26 gcm ³
PESO UNITARIO DEL SUELO SECO
Datos:
γ = peso unitario del suelo =1.26 gcm ³
%W = contenido de agua = 51.36%
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γd= γ
1+%W100
γd= 1.26
1+ 51.36100
γd=0.83 gcm ³
*Dato Erróneo de la práctica: γd=0.024 gcm ³
RELACIONES FUNDAMENTALES DE LOS SUELOSDatos:W = peso del suelo = 408.60 g
V = volumen del suelo = 282.82 cm³
w = contenido de agua = 8.06 %
γs = peso unitario de las partículas sólidas = 2.7 g/cm³
γ = peso unitario del suelo húmedo = 1.44 g/cm
γd = peso unitario del suelo seco = 0.16 g/cm³
PESO DE SOLIDOS
Ws= w
1+%W100
Ws=408.60 g
1+ 8.06100
Ws=263.02 g
RELACIÓN DE VACÍOS
e= γsγ
−1
e= 2.71.44
−1
e=0.875
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POROSIDAD
n%=(1− γγs
)∗100
n%=(1−1.442.7
)∗100
n%=¿47.00%
GRADO DE SATURACIÓN
Sr%=%W∗γse
Sr %=8.06∗2.70.875
Sr%=24.87 %
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CONCLUSIONES
Conclusiones sobre la práctica.
1. De acuerdo con los resultados se puede ver que tanto las arenas como los limos
presentaron porcentajes de humedad, la diferencia radica en que las arenas tuvieron un
porcentaje menor en comparación con las muestras de limo siendo estos: 0.03% para la
muestra de arena seca y 8.06% la muestra saturada, ambas muestras procedentes de
Guayllabamba. Esto mismo no sucede con las muestras de limo procedentes de Barrio
Armenio-Quito y La Finca- Sto. Domingo, con valores de 16.59 %y 51.36%
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respectivamente. Estos resultados se deben principalmente a las características físicas
de cada uno de los suelos ya que las partículas de las arenas pertenecen a la
clasificación de suelos gruesos, por otro lado las muestras de limo pertenecen a suelos
finos. (Martínez Liliana)
2. De acuerdo con los resultados se puede ver que tanto las arenas como los limos
presentaron porcentajes de humedad, la diferencia radica en que las arenas tuvieron un
porcentaje menor en comparación con las muestras de limo siendo estos: 0.03% para la
muestra de arena seca y 8.06% la muestra casi saturada, ambas muestras procedentes
de Guayllabamba. Esto mismo no sucede con las muestras de limo procedentes de
Barrio Armenio-Quito y La Finca- Sto. Domingo, con valores de 16.59 %y 51.36%
respectivamente. Estos resultados se deben principalmente a las características físicas
de cada uno de los suelos ya que las partículas de las arenas pertenecen a la
clasificación de suelos gruesos, por otro lado las muestras de limo pertenecen a suelos
finos. (Martínez Liliana)
3. El limo de la fábrica de aceite de Santo Domingo es la muestra de suelo que tiene mayor
porcentaje de humedad de 51,36% es el mayor valor en comparación de los otros como
la arena que se obtuvo 8,06% la muestra saturada presenta esta característica ya que
los suelos finos en este caso el limo tiene mayor capacidad de absorción de agua a
diferencia de la arena que se obtuvo un menor porcentaje de humedad analizando los
resultados obtenidos por la práctica podemos decir que los suelos que presentan mayor
cantidad de agua o con exceso de agua puede dañar la consistencia del suelo ya que el
contenido de agua está relacionado con la porosidad. (Prado Jefferson)
4. En los suelos con forma regular se puede apreciar que los valores no son muy similares
esto se da porque sufrieron de manipulación y esto afecta a las propiedades de los
suelos en cambio a los suelos con forma irregular como es la papa de suelo con parafina
no se altera sus propiedades ya que la parafina ayuda a conservar todas sus
propiedades físicas y mecánicas. (Prado Jefferson)
5. En la práctica se obtuvo valores de relación de vacíos en arenas de 0.48 (Arena de
Guayllabamba) y mayores a 112 (Limo finca Sto. Domingo) lo que significa que
teóricamente los resultados obtenidos son correctos ya que la relación de vacíos varía
de 0 a infinito según el libro de Mecánica de suelos de Juárez Badillo página 54 2da
edición, pero a su vez da a recalcar que los valores en práctica no suelen pasar de 15 ni
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bajar de 0.25. Lo que significa que los resultados obtenidos se analizan con criterio
propio. (Chalco Erick)
6. Para el análisis de la Porosidad (n) de las muestras de suelo se toma el criterio
propuesto por Juárez Badillo en su libro Mecánica de Suelos página 54, de que los
valores oscilan entre 20 y 95% en práctica. Consecuentemente Los resultados obtenidos
en la práctica varían desde 32.43% (Arena Río Guayllabamba) a 99.12% (Limo Finca
Sto. Domingo) en el caso extremo, lo cual nos da a suponer que todas las relaciones
fundamentales se analizan con criterio propio para obtener una conclusión de los
mismos. Los resultados de porosidad dependen del tipo de suelo que se trate y de las
condiciones en las que el suelo sea sometido a práctica (Seco - Saturado). (Chalco
Erick)
7. El peso específico puede variar para un mismo suelo, dependiendo de la cantidad
relativa de agua que contenga el suelo por ejemplo las dos muestras de arena del Rio
Guayllabamba analizada en el laboratorio presentan humedades de 0,03 en seco y 8,06
en estado húmedo; datos que confirman la conclusión. (Alulema Juan Carlos)
8. Puede concluirse que el contenido de humedad de los suelos finos son mayores al de
los suelos gruesos como se observa en el suelo de Rio de Guayllabamba (arena
húmeda) tiene un contenido de humedad de 8.06 y el suelo de Fábrica de Aceite (Limo
húmedo) tiene 51.36% y el suelo de Educación Física (Limo húmedo) tiene un valor de
51.36%. (Alulema Juan Carlos)
Conclusiones sobre Ingeniería Civil.
1. Para la Ingeniería Civil es importante saber el peso específico del suelo sobre el que se
planea realizar un proyecto, esto con el objetivo de conocer aproximadamente la
cantidad de agua que puede albergar el mismo ya que una característica de los suelos
finos es albergar grandes cantidades de agua que a la larga produce grandes
variaciones en su volumen y en la estructura se traducen en asentamientos
diferenciales, desestabilizando a la misma con el tiempo y pudiendo causar accidentes.
Es por esto que al conocer su peso unitario se puede mejorar el suelo en caso de ser
necesario y evitar percances. (Martínez Liliana)
2. En Ingeniería Civil es de suma importancia conocer características del suelo como es la
saturación o la porosidad para tomar las medidas pertinentes y saber si el suelo es apto
o no para una construcción. (Prado Jefferson)
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3. De forma General las Relaciones gravimétricas y volumétricas del suelo nos ayuda a
entender las propiedades físicas y mecánicas del suelo. Si utilizamos el contenido de
agua nos ayudará a resolver problemas con arcillas y ver cuál es la capacidad absorción
que tiene el tipo de suelo en una obra y tener las precauciones del caso (Dejar el mismo
suelo o retirar y colocar un suelo mejorado). (Chalco Erick)
4. Tener conocimiento de relaciones fundamentales en importante para conocer las
propiedades mecánicas del suelo; por ejemplo la porosidad y el contenido de humedad
que son variantes que ayudan a determinar la cantidad de agua que posee el suelo y lo
que este puede absorber; dato que es importante para construir. (Alulema Juan Carlos)
RECOMENDACIONES
1. Se debe poner la parafina completamente en la papa ya que si no se lo hace así el agua
puede ingresar al suelo y esto puede variar al momento de hacer los cálculos.
2. Se recomienda que al momento de parifinar las papas no hay que dejar que la muestra
permanezca mucho tiempo dentro de la parafina.
3. Al retirar la parafina de la muestra de suelo con forma irregular, se debe tener cuidado,
para no destruir demasiado la muestra y así poder recubrirla de nuevo con la parafina.
4. Para tomar una muestra del suelo de la muestra irregular procurar que sea del centro de
la masa ya que es el lugar donde las partículas de muestra están menos alteradas.
BIBLIOGRAFÍA
1. JUAREZ, B. (2005). Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. En B. JUÁREZ, Mecánica
de Suelos, Tomo 1 (págs. 51-61). México: Limusa.
2. LEONI, Augusto. Mecánica de Suelos – “Área Geotécnica” – Cap. Relaciones
volumétricas y gravimétricas. Tomo I.; Páginas Utilizadas: 6-8.
Página 23 de 25
3. GONZALES, F. Mecánica de Suelos - Capitulo 2-Componentes del Suelo y sus relaciones volumétricas y gravimétricas; página 15 - 26
4. OSORIO, S. APUNTES DE GEOTECNIA CON ENFASIS EN LADERAS, Recuperado 18 de noviembre del 2010 SITIO WEB: http://geotecnia-sor.blogspot.com/2010/11/consistencia-del-suelo-limites-de.html
BIBLIOGRAPHY
