1

FASE GASEOSA

FASE SÓLIDA

FASE LIQUIDA

II. RELACIONES VOLUMETRICAS Y GRAVIMETRICAS. 3.1 FASES DE UN SUELO En un suelo se distingues tres fases constituyentes: la SÓLIDA, la LÍQUIDA y la GASEOSA. 3.1.1 FASE SÓLIDA La FASE SÓLIDA está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida) 3.1.2 FASE LIQUIDA La FASE LIQUIDA está formada por el agua (libre específicamente), aunque en suelos pueden existir otros líquidos de menor significación. La capa viscosa del agua absorbida que presentan propiedades intermedias entre la fase sólida y la líquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado). 3.1.3 LA FASE GASEOSA La FASE GASEOSA comprende sobre todo el aire, aunque también pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.). La fase líquida y gaseosa del suelo constituyen el Volumen de Vacíos (Vv), mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los Sólidos (Vs). Se dice que un suelo es TOTALMENTE SATURADO, cuando todos sus vacíos están ocupados por agua; estos suelos por lo tanto presentan solo dos fases: la sólida y la líquida. Va Wg =.Wa Vv Wv =.Wg + Ww

Vm Vw Ww Wm Vs Ws

Fig. III. I. Fases del Suelo.

2 El significado de los símbolos es el siguiente: Vm = Volumen total de la muestra de suelo (Volumen de la masa) V s = Volumen de la Fase Sólida (Volumen de sólidos) Vv = Volumen de Vacíos de la muestra (Volumen de vacíos) Vw = Volumen de la Fase Líquida (Volumen de agua) Va = Volumen de la Fase Gaseosa (Volumen de aire) Wm = Peso total de la muestra de suelo (Peso de la masa) Ws = Peso de la Fase Sólida (Peso de Sólidos) Ww = Peso de la Fase Líquida (Peso del agua) Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado nulo en Mecánica de Suelos. RELACIONES DE PESOS Y VOLUMENES En Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto de PESO ESPECIFICO, es decir, de la relación entre el peso de la sustancia y su volumen. Se distinguen los siguientes pasos específicos:

o = Peso específico del agua destilada, a 4° C de Temperatura y a la presión atmosférica

correspondiente al nivel del mar.

w = Peso específico del agua en las condiciones reales de trabajo, su valor difiere poco del de o y, en

muchas cuestiones prácticas, ambos son tomados como iguales.

m = Peso específico de la masa del suelo. Por definición:

m

ws

m

m

mV

WW

V

W

s = Peso específico de la Fase Sólida.

s

ss

V

W

El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua, a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de Presión.

2

1

3

Ѕm = Peso específico Relativo de la masa del Suelo.

om

m

o

m

mV

WS

Ss = Peso específico Relativo de la Fase Sólida del Suelo (de sólidos), o también densidad de sólidos.

os

s

o

ss

V

WS

3.2 RELACIONES FUNDAMENTALES DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS SUELOS. 3.2.1 Se denomina RELACION DE VACIOS, OQUEDAD o INDICE DE POROS a la relación entre el

volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo.

s

v

V

Ve

La relación de vacíos puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) 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. 3.2.2 Se llama POROSIDAD de un suelo a la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su

masa. Se expresa como porcentaje:

100(%) m

v

V

Vn

Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase sólida) a 100 (espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%. 3.2.3 Se denomina GRADO DE SATURACION de un suelo a la relación entre su volumen de agua y el

volumen de sus vacíos. Suele expresarse en porcentaje:

100% v

w

wV

VG

Varía de cero (suelo Seco) a 100% (Suelo totalmente Saturado).

7

6

5

3

4

4

19

20

21

3.2.4 CONTENIDO DE AGUA o HUMEDAD. Es la relación ente el peso del agua contenida en un suelo y el peso de su fase sólida.

100% s

w

W

W

Varía teóricamente de 0 a . En arcillas Japonesas se han registrado contenidos de agua de 1200 –

1400%. Aunque estos valores son excepcionales. 3.3 FORMULAS PARA DETERMINAR RELACIONES VOLUMETRICAS Y GRAVIMETRICAS DE SUELOS

SATURADOS Y PARCIALMENTE SATURADOS.

Relación directa entre la relación de vacíos ( e ) y la porosidad ( ).

e s

v

V

V 100(%)

m

v

V

V

1

Ejercicio: A partir de la definición de Peso Volumétrico Seco (d) y de las fórmulas previamente

establecidas, deducir otra que relacione d con e y Ss.

11

1 ooosd

SS

Encontrar una expresión para el Peso volumétrico sumergido de un suelo en función de Ss, o y e .

Si ’m = Peso Volumétrico sumergido =sum.

1

*' wosm

Pero como: o= 1 y w= 1

1

1'

*1

1

1

1' s

mo

s

so

sm

W

Partiendo de la definición de humedad deducir la fórmula e = ωSs para un suelo totalmente saturado.

De donde: e = . Ss - - - - - - - - - -

6 5

13

8

5

22

23

22 23

24

25

Deducir una fórmula para obtener m, en función de ω, Ss y o, suponiendo el suelo en las condiciones

siguientes:

a) PARCIALMENTE SATURADO b) TOTALMENTE SATURADO pero arriba del Nivel Freático

1

*

)1(

)1(* os

dosd

1)1(* m

dd

s

w

s

sdm

W

W

W

W

Igualando y

1

)1(*

11

*

osm

mos

SUELOS TOTALMENTE SATURADOS.

1

)1(* os

m

Partiendo de la definición de grado de saturación, deducir la siguiente fórmula G

s* para

un suelo parcialmente saturado.

De donde s

o

sG

*

*

1**

Conclusión:

sG

*

e Máx. - e Nat Cr = ----------------- X 100

e Máx. - e Mín.

6

e Máx. = Relación de vacíos correspondiente al estado más suelto, obtenido vertiendo al material

dentro de un recipiente, sin ninguna compactación posterior.

e Mín. = Relación de vacíos correspondiente al estado más compacto del suelo, obtenido al someter la

muestra del suelo grueso a un proceso de varillado por capas dentro de un recipiente.

e Nat = Relación de vacíos del suelo en estado natural.

Cr = Compacidad relativa

Cr se expresa usualmente como porcentaje. Valores superiores al 50% suelen considerarse de un suelo

compacto y es el límite de seguridad razonable en problemas prácticos, tales como cimentaciones en suelos gruesos, posibilidades de licuación en mantos de arena y limos no plásticos, etc. Aparte de la compacidad influye en el comportamiento mecánico de un suelo grueso, la angulosidad de sus granos (a misma compacidad, la mayor angulosidad da mayor trabazón y por lo tanto mayor resistencia al esfuerzo cortante) y la orientación de sus partículas lo que influye sobre todo en la Permeabilidad. Otra forma de obtener la compacidad relativa es por medio de los pesos específicos secos correspondientes a los estados natural, más compacto posible y más suelto posible.

1 1 ------------------- - -------------------

d suelto d natural

Cr = ------------------------------- 1 1 ------------------- - ------------------------

d suelto d compacto

Donde:

d suelto: Peso específico seco del material en su estado más suelto

d natural: Peso específico seco del material en su estado natural.

d compacto: Peso específico seco del material en su estado más compacto.

Clasificación de suelos dependiendo de su compacidad relativa:

Compacidad Relativa (Cr) C l a s i f i c a c i ó n

0 – 15 % Muy Floja o Muy Suelta

16 – 35 % Floja o Suelta

36 – 65 % Media

66 – 85 % Densa o Compacta

86 – 100 % Muy Densa o Muy Compacta