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describe cada uno de las fases del suelo

1. Curso: Mecánica de Suelos I
Capítulo: I
FASES DEL SUELO
Docente: Ing. CIP. Ruben D. Aranda Leiva
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE ANCASH
“SANTIAGO ANTUNEZ DE
MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

2. RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y
VOLUMÉTRICAS DEL SUELO
Enunsuelosedistinguentresfasesconstituyentes:lasólida,lalíquidaylagaseosa.
Lafasesólidasonlaspartículasmineralesdelsuelo(incluyendolacapasólida
adsorbida);lalíquidaporelagua(libre),aunqueenelsuelopuedenexistirotros
líquidosdemenorsignificación;lafasegaseosacomprendesobretodoelaire,pero
puedenestarpresentesotrosgases(vaporessulfurosos,anhídridocarbónico,etc.).

3. Lasfaseslíquidaygaseosa
del suelo suelen
comprenderse en el
volumendevacíos(Vv),
mientrasquelafasesolida
constituyeelvolumende
sólidos(Vs).
Se dice que un suelo está
totalmente saturado
cuando todos sus vacíos
están ocupados por agua.
Un suelo en tal
circunstancia consta,
como caso particular de
solo dos fases, la sólida y
la líquida.

4. Lasrelacionesentrelasdiferentesfasesconstitutivasdelsuelo
(fasessólida,líquidaygaseosa),permitenavanzarsobreelanálisis
deladistribucióndelaspartículasportamañosysobreelgradode
plasticidaddelconjunto.
En los laboratorios de mecánica de suelos se determina fácilmente el peso
de la muestra húmeda, el peso de la muestra secada al horno, el volumen
de la muestra y la gravedad específica de las partículas que conforman el
suelo, entre otras.
Lasrelacionesentrelasfasesdelsuelotienenunaamplia
aplicaciónenlaMecánicadeSuelosparadeterminarlamasadeun
suelo,lamagnituddelosesfuerzosaplicadosalsueloporun
cimientoylosempujessobreestructurasdecontención.

5. FASES, VOLUMENES Y PESOS
En el modelo de fases, se separan volúmenes (V) y pesos (W) así:
Volumen total (VT), volumen de vacíos (VV), que corresponde al
espacio no ocupado por los sólidos; volumen de sólidos (VS),
volumen de aire (VA) y volumen de agua (VW).
……(1)
……(2)

6. En los pesos (que son diferentes a las masas), el peso del aire se
desprecia, por lo que WA = 0. El peso total del espécimen o de la
muestra (WT) es igual a la suma del peso de los sólidos (WS) más el
peso del agua (WW); esto es
……(3)

7. RELACIONES DE VOLUMENES
POROSIDAD 
Es una relación, expresada como un porcentaje, entre: a) el volumen de espacios
vacíos de un suelo, y b) el volumen total de la muestra. Ósea es la probabilidad
de encontrar vacíos en el volumen total. Por eso 0 < < 100% (se expresa en
%). En un sólido perfecto = 0; en el suelo 0y 100%.
……(4)
RELACION DE VACIOS e
Es una relación entre: a) el volumen de espacios vacíos, y b) el volumen de las
partículas sólidas en una masa de suelo. Su valor puede ser menor a 1, y puede
alcanzar valores muy altos.
……(5)
En teoría 0 < e →

8. RELACION ENTRE POROSIDAD Y RELACION DE
VACIOS
……(6) ……(7)
Con la práctica, para suelos granulares, los valores típicos son:
DENSIDAD RELATIVA Dr (Compacidad Relativa)
Es la medida de la compactación de un suelo dada por la relación porcentual entre:
a) la diferencia de la relación de vacíos de un suelo no cohesivo en su estado más
suelto y cualquier relación de vacíos del suelo compactado, y b) la diferencia entre
relaciones de vacíos en su estado más suelto y más denso. Este parámetro permite
determinar si un suelo está cerca o lejos de los valores máximo y mínimo de
densidad que se puede alcanzar.
……(8)

9. Además 0 DR 1, siendo más resistente el suelo cuando DR 0 y
menor cuando DR 1. Algunos textos expresan DR en función de
d.
……(9)
Sedefinecomoelgradoolaproporciónenquelosespaciosvacíosdeunsueloo
unarocacontienenfluido(agua,petróleo).Seexpresacomounporcentajeen
relaciónconelvolumentotaldevacíos.Eslarelaciónporcentualentreel
volumendeaguaenunamasadesuelooroca,yelvolumentotaldeespacios
vacíos.Porloque0S100%.FísicamenteenlanaturalezaS0%,pero
admitiendotalextremo,S=0%suelosecoyS=100%suelosaturado.
GRADO DE SATURACION ( S)
……(10)

10. CONTENIDO DE HUMEDAD (w)
Eslacantidadrelativadeaguaqueseencuentraenunsuelorespectoalamasade
sólidosoalvolumendelsueloanalizado.Seexpresaenporcentaje(%),yesla
relaciónentreelpesodelaguadelespécimen,yelpesodelossólidos.Elproblema
es¿cuáleselpesodelagua?Paratalefectosedebeseñalarqueexistenvarias
formasdeaguaenelsuelo.Unasrequierenmástemperaturaytiempodesecado
queotras,parasereliminada.Enconsecuencia,elconcepto“sueloseco”tambiénes
arbitrario,comoloeselaguaquesepesaenelsuelodelamuestra.Elsuelosecoes
elquesehasecadoalhorno,atemperaturade105°C–110°C,durante18o24
horas,hastalograrunpesoconstante.
……(11)
El valor teórico del contenido de humedad varía entre: 0 w →. En la práctica, las
humedades varían de 0 (cero) hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%,
en suelos del valle de México.
NOTA: En compactación se habla de humedad (w) óptima, la humedad de mayor
rendimiento, con la cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima.

11. RELACIONES GRAVIMETRICAS
Una masa de 1 Kg pesa distinto en la luna que en la tierra. El
peso es fuerza, la masa no. La densidad relaciona masa y
volumen, el peso unitario relaciona peso y volumen y la presión,
fuerza y área.
El valor de la gravedad en la tierra es g = 9,81 m/s²= 32,2 ft/s²
El peso unitario del agua es 62,5 lb/ftᵌ= 9,81 KN/mᵌ= 1 gr/cmᵌ(si g = 1)
PESO UNITARIO DE REFERENCIA ( )
El peso unitario de referencia es el del agua destilada y a 4 °C.
0 = 9,81 KN/mᵌ1,00 Ton/mᵌ= 62,4 lb/ftᵌ= 1,0 gr/cc (para g = 1m/s²).
Este es el resultado de multiplicar la densidad del agua por la gravedad,
dado que densidad es masa sobre volumen y que peso es el producto de la
masa por la gravedad.

12. PESO UNITARIO DEL SUELO ( )
Eselproductodesudensidadporlagravedad.Elvalordepende,entreotros,del
contenidodeaguadelsuelo.Estepuedevariardesdeelestadosecodhastael
saturadosat,yelestadointermediosuponevaloresdeS(gradodesaturación)entre
0y1,0,dependiendodelmayoromenorcontenidodehumedaddelsuelo.Queda
establecidoentoncesqueelconceptodifieredeldedensidadytambiénque:
……(12)
……(13)
……(14)
……(15)

13. Se presentan algunos valores del peso unitario seco de los suelos de interés, dado
que no están afectados por el peso del agua contenida, sino por su estado relativo
de compacidad, el que se puede valorar con la porosidad.

14. PESO UNITARIO SUMERGIDO O EFECTIVO ( ’)
Estosuponeconsiderarelsuelosaturadoysumergido.Alsumergirse,según
Arquímedes,elsueloexperimentaunempujehaciaarriba,igualalpesodelagua
desalojada.
Entonces
……(16)

15. GRAVEDAD ESPECIFICA ( Gs)
Lagravedadespecíficaeslarelacióndelpesounitariodeuncuerporeferidaala
densidaddelaguaencondicionesdelaboratorioyporlotantoasupesounitario0
Sepuedeconsiderarparaesteparámetro,lamuestratotal(GT)peroelvalornotiene
ningunautilidad,lafasesólida(GS)queesdevitalimportanciapordescribirelsueloyla
faselíquida(GW),queseasumeiguala1,00,porserlawmismadelaguaen
condicionesdelaboratorio.
En cualquier caso, el valor de referencia es 0, pero 0 W. En geotecnia sólo interesa
la gravedad específica de la fase sólida del suelo, dada por GS =S / Wpero referida al
peso unitario de la fase líquida del suelo w, para efectos prácticos.
EngenerallossuelospresentanvaloresdeGScomprendidosentre2,5y3,1
(adimensional).
……(17)

16. Una relación básica que permite vincular w, S, e y GS es:
……(18)
Otra relación fundamental surge de:
……(19)
Otra relación fundamental surge de:
……(19)
Otra relación fundamental surge de asumir S=1, suelo saturado totalmente:
……(20)

17. Otra relación fundamental surge de asumir S=0, suelo totalmente seco:
……(21)
En unidades del SI se emplean newtons o kilonewtons para el peso, y es una unidad
derivada, y g o kg es masa. Las relaciones dadas en las ecuaciones anteriores se
pueden expresar como densidades húmeda, seca y saturada como sigue:
w = densidad del agua (=1000 kg/mᵌ)
……(22)
……(23)
……(24)

18. Fuente: Braja M. Dass

19. Una muestra de suelo en estado natural, pesa 62,1 gr, y seca al horno pesa 49,8 gr.
Determinado el peso unitario seco y la gravedad específica correspondientes, se
obtienen los valores d= 1,39 gr/cm3 y Gs= 2,68. Hallar e y S para el estado natural.
Ejercicio N°01
Despejamos “e” de la ecuación (21) y reemplazando:
Calculamos “w” de la ecuación (11) y reemplazando:
Despejamos “S” de la ecuación (18) y reemplazando:

20. Ejercicio N°02
Una muestra pesa en estado húmedo 105 gr, y en estado seco, 87 gr. Si su volumen
es 72 cm3 y la gravedad específica de los sólidos 2,65, calcule w, e, d, T, SAT y ’.
Dibujamos las fases según los datos indicado:
Calculamos el Volumen de la parte Solida, usando como dato la Gravedad Especifica
de Solidos:

21. Calculamos el Volumen de Vacíos conociendo el Volumen de Solidos:
Calculamos La relación de Vacíos (e) usando la formula (5):
Podemos calcular el contenido de humedad por que ya se conoce el peso del agua y de
la parte seca de suelo usando la formula (11):
Podemos calcular el peso especifico total de la muestra usando las siguientes
relaciones (14 y 19):

22. Podemos calcular el peso especifico seco de la muestra usando las siguientes
relaciones (21):
Podemos el porcentaje de saturación de la muestra usando la formula (18):
Si asumimos que la muestra esta saturada, podemos calcular el peso especifico
saturado para lo cual S=1 (20):
Finalmente calculamos el peso especifico efectivo o sumergido con la formula (16):

23. Bibliografía