Capitulo III Propiedades Fisicas de Los Suelos

7/25/2019 Capitulo III Propiedades Fisicas de Los Suelos

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UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

MECANICA DE SUELOS I Pgina 1

CAPITULO 03 PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS

RELACIONES VOLUMETRICAS DEL SUELO

La figura 2.1.a muestra un elemento de suelo de volumen V y peso W como existe en estadonatural. Para desarrollar las relaciones volumtricas, separamos las tres fases (es decir: solido, aguay aire) como muestra la figura 2.1.b. El volumen total de una muestra se expresa de la siguientemanera:

(b.1)

Suponiendo que el peso del aire es despreciable, podemos dar el peso total de la muestra como:

(b.2)

Las relaciones volumtricas comnmente usadas para las tres fases en un elemento de suelo son

relacin de vacos, porosidad y grado de saturacin. La relacin de vacos (e) se define como larazn del volumen de vacos al volumen de slidos.

= (b.3)La porosidad (n) se define como la razn del volumen de vacos al volumen total.

= (b.4)El grado de Saturacion (S) se define como la razn del volumen de agua al volumen de vacos.

=

(b.5) se expresa en porcentajes (%)


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La relacin entre la relacin de vacos y porosidad se obtiene de las ecuaciones (b.1), (b.3) y (b.4),como sigue:

= =

=

= (b.6)

O de la ecuacin anterior, tenemos:

= + (b.7)Las relaciones gravimtricas comunes son el contenido de humedad y el peso especfico. Elcontenido de humedad (w) se llama tambin contenido de agua y se define como la relacin delpeso de agua entre el peso de slidos en un volumen dado de suelo, o

= =

(b.8) se expresa en porcentajes (%)

El peso especfico () es el peso de suelo por volumen unitario:

= (b.9)El peso especfico se expresa tambin en trminos del peso de slidos del suelo, contenido de aguay volumen total. De las ecuaciones (b.2), (b.8) y (b.9), tenemos

= =+

=[+( )]

=++

(b.10)Los ingenieros de suelos llaman a veces al peso especfico definido por la ecuacin (b.9) comopesoespecfico hmedo.A veces es necesario conocer el peso por volumen unitario de suelo excluida el agua,

denominndosepeso especfico seco ' ' Entonces. = (b.11)De las ecuaciones (2.10) y (2.11), podemos dar la relacin entre peso especfico, peso especficoseco y contenido de agua como

= + (b.12)El peso especfico se expresa en kilonewton por metro cbico (kN/m3). Como el newton es unaunidad derivada, a vece; es conveniente trabajar con densidades () del suelo. La unidad SI dedensidad es kilogramos por metro cbico (kg/m3). Podemos escribir las ecuaciones de densidad[similares a las ecuaciones (b.9) y (b.11)] como.

= (b.13 a) = (b.13 b)

La unidad de volumen total V (volumen es m3). Los pesos especficos de suelo en N/m3 se obtienende las densidades en kg/m3 como:

= . = . (b.14)

= . = . (b.11)

Donde g es la aceleracin de la gravedad = 9.81 m/s2.


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RELACIONES ENTRE PESO ESPECIFICO, RELACION DE VACIOS CONTENIDO DE AGUA Y DENSIDAD DESOLIDOS

Para obtener una relacin entre peso especfico (o densidad), relacin de vacos y contenido de agua,considere un volumen de suelo en el que el volumen de los slidos de suelo es 1, como muestra lafigura b.2. Si el volumen de los slidos de suelo es 1, entonces el volumen de vacos es numricamenteigual a la relacin de vacos e [de la ecuacin (b.3)]. Los pesos de los slidos del suelo y agua se dancomo:

= . = . = . .

FIG. (c): Tres fases separadas de un elemento de suelo con volumen de solidos de suelo igual a 1.

El peso especfico del agua es 9.81 kN/m3. Ahora, usando las definiciones del peso especfico y delpeso unitario seco [ecuaciones (b.9) y (b.11)], escribimos:

= =+

=+

+ =+..

+ (b.15)

= = + (b.16)Como el peso del agua en el elemento de suelo bajo consideracin es wGs'Yw, el volumen ocupadopor el agua es

= =.

= . Por consiguiente, de la definicin del grado de saturacin [ecuacin (b.5)], tenemos

= =.

= . (b.17)


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sta es una ecuacin muy til para resolver problemas que contienen relaciones entre las tresfases.Si la muestra de suelo est saturada, es decir, que los vacos estn completamente llenos con agua(figura b.3), la relacin para el peso especfico saturado se obtiene enforma similar:

= = + = + .+ = +.+ (b.18)Donde = peso especfico saturado de sueloComo se mencion antes, debido a que es conveniente trabajar con densidades, las siguientesecuaciones [similares a las relaciones del peso especfico dadas en las ecuaciones (b.15), (b.16) y(b.18)] son tiles:

Densidad = ++ (b.19)

Elemento del suelo saturado con volumen de slidos de suelo igual a 1.

Densidad seca = + (b.20)

Densidad saturada = +.+ (b.21)Donde

w = densidad del agua = 1000 kg /m3

COMPACIDAD RELATIVAEl trmino compacidad relativa es comnmente usado para indicar la compacidad o la flojedad insitu del suelo granular. Se define como

= (b.22)Cr= Compacidad relativa, usualmente dada como porcentajes.e = relacion de vacios in situ del suelo.

=relacion de vacios del suelo en la condicion mas suelta.

=relacion de vacios del suelo en la condicion mas densa.

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