1.

INTRODUCCIÓN

Relaciones Fundamentales.

El suelo es un material constituido por partículas sólidas los cuales están rodeados de
espacios libres o vacíos (medio poroso) que pueden ser ocupados generalmente por agua o
aire. Para poder describir las características de un depósito de suelo, es necesario conocer las
distintas composiciones de sólido, líquido y aire. En el suelo se distinguen 3 fases:

 Fase Sólida. - Formada por partículas minerales u orgánicas o por ambas.

 Fase Líquida. – Puede llenar parcial o totalmente los vacíos del suelo.
 Fase Gaseosa. - Puede llenar parcial o totalmente los vacíos que deja la fase líquida.

L as relaciones fundamentales del suelo son muy importantes, ya que nos permiten conocer
un manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y para poder expresar los
datos y conclusiones obtenidas.

Se pueden clasificar de la siguiente manera:

 Relaciones de Pesos y Volúmenes:

En la mecánica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes
correspondientes, por medio del concepto del peso específico, o de la relación entre el peso y
su volumen.

- Peso Unitario. - Es la relación entre el peso total de un depósito de suelo y el volumen

que ocupa.

P
γ=
V

- Peso unitario seco. - Relación entre el peso del suelo seco y el volumen total de suelo.
W
γ d= S
V
- Peso unitario sólido. - Relación entre el peso de suelo seco y el volumen de ese suelo.

WS
γ s=
Vs

- Peso unitario sumergido. – Los cuerpos sumergidos en agua (en nuestro caso suelos),
pesan menos que el aire, debido al efecto del empuje dado por la ley de Arquímedes.

'
γ =γ sat −γ w

1
 '
γ =ω sat −γ w ∙V

 Relación de Volúmenes:
- Relación de Vacíos. – Es la relación entre el volumen de los vacíos del suelo y el
volumen de los sólidos. Esta relación es un parámetro adimensional

Vv
e=
Vs

- Porosidad. - Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total del suelo, el

cual se expresa en porcentaje.

Vv
n= 100
V

Los valores reales de este parámetro suelen variar de 20 a 95 %.

- Grado de Saturación. - Es la relación entre el volumen de del agua contenida y el

volumen del suelo. Se expresa en porcentaje.

Vw
G s= 100
Vv

Cuando este parámetro indica un 100% quiere decir que el suelo está totalmente saturado.

 Relación de Pesos:
- Contenido de Agua o Humedad. - Es la relación entre el peso de agua contenida en el
mismo y el peso de la fase sólida.

Vw
ω ( )= 100
Ws

En la naturaleza la humedad de los suelos puede tener variaciones muy amplias. Por ejemplo,
muchas arcillas alrededor del mundo pueden llegar a poseer contenidos de agua de 1200 a
1400%.

Bibliografía

Juárez E., (2005), Mecánica de Suelos, Tomo I: Fundamentos de la mecánica de suelos,

México DF, México: Limusa.

2
Leoni A., (s.f.), Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. Extraído de:
file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/334_Relaciones%20gravimetricas%20y
%20volumetricas-2010.pdf

2. OBJETIVOS:

2.1 OBJETIVOS GENERALES:

 Capacitar al estudiante en el juzgamiento y correcto análisis de las relaciones

fundamentales de los suelos.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 Determinar todas las relaciones fundamentales de las diferentes muestras de suelos.

 Determinar experimentalmente el porcentaje de contenido de agua de las diferentes
muestras de suelos.
 Determinar experimentalmente los pesos unitarios de las diferentes muestras suelos.
 Determinar la importancia de las relaciones fundamentales dentro de la Ingeniería
Civil.

3. EQUIPO, MATERIALES Y HERRAMIENTAS

3.1. Equipo

 Balanza de precisión A: ± 0,01g

 Balanza de precisión digital A: ± 0,1g

 Horno de secado a temperatura constante 105°C ± 5°C

 Reverbero

3.2. Materiales
 Parafina
 Muestras de suelo:

3
MUESTRA 01
Proyecto: Condominio la Esperanza
Obra: Cimentación
Localización: Vía la concordia
Perforación: P-1 Profundidad: 0.50 - 1.00 m

Muestra: 01 Fecha: 10 -X- 2017

MUESTRA 02
Proyecto: Escuela Romero Pinto
Obra: Cimentación
Localización: El Salto - Riobamba
1.00 – 1.50
Perforación: P-2 Profundidad:
m
Muestra: 02 Fecha: 12 -X- 2017

MUESTRA 03
Proyecto: Rio Hollyn
Obra: Cimentación
Localización: Hollyn – El Tena
Perforación: P-1 Profundidad: 0.10 – 0.15m

Muestra: 03 Fecha: 13 -X -2017

3.3. Herramientas
 Plato metálico Volumen: 2000 cm 3
 Recipiente de acero inoxidable Volumen: 261.3 cm 3
 Recipientes metálicos Volumen: 60 cm 3
 Balde de plástico Capacidad: 12 litros
 Canastilla de malla de acero
 Espátula
 Regla
 Franela
 Esponja

4
4. PROCEDIMIENTO.

- Procedimiento para suelos sin forma determinada:

1) Primero, registramos los datos de identificación del lugar de donde se extrajo cada
muestra de suelo en la hoja correspondiente.
2) procedemos a realizar el reconocimiento del suelo, sus características como color,
olor, consistencia, plasticidad, tamaño, entre otros, haciendo uso de nuestros sentidos
y ver los cabios en las muestras de suelo al estar sometida a distintos porcentajes de
agua
3) Pesamos el recipiente metálico donde irán nuestras muestras de suelo, anotamos el
valor de la masa junto al número de identificación de cada recipiente en su respectiva
tabla
4) Pesamos nuestro recipiente metálico agregándole agua procurando que quede al ras
del recipiente ayudándonos de una pera y anotamos el valor de la masa en la tabla
5) Vaciamos el recipiente y lo secamos completamente para agregarle la muestra de
suelo correspondiente
6) Primero lo llenas con la muestra de suelo sin compactar es decir suelto y procedemos
a pesar y anotamos el valor de la masa en nuestra tabla
7) Volvemos a vaciar nuestro recipiente y esta vez lo llenamos con la misma muestra de
suelo pero esta vez debidamente compactada, para lo cual colocamos la arena por
capas y le damos alrededor de 25 golpes para compactarlo realizamos este proceso
hasta llenar totalmente el recipiente y nos ayudamos de una regla para liberar el
exceso pesamos en la balanza y anotamos la masa en la respectiva tabla
8) Realizamos el mismo proceso para los dos tipos de suelo designados para este ensayo.

- Procedimiento para suelos de forma regular:

1) Primero, registramos los datos de identificación del lugar de donde se extrajo cada
muestra de suelo en la hoja correspondiente.
2) procedemos a realizar el reconocimiento del suelo, sus características como color,
olor, consistencia, plasticidad, tamaño, entre otros, haciendo uso de nuestros sentidos
y ver los cabios en las muestras de suelo al estar sometida a distintos porcentajes de
agua
3) Pesamos la muestra la cual tiene forma de cilindro y anotamos el valor en la tabla
4) Medimos las dimensiones del cilindro, como son: altura y diámetro del cilindro, para
lo cual utilizamos un calibrador y realizamos 3 lecturas de cada una para sacar un
valor promedio de sus dimensiones y registramos los valores en la tabla
correspondiente.

5
- Procedimiento para suelos de forma irregular:
1) Primero procedemos a quitar la capa de parafina que posee nuestra muestra de forma
irregular para esto hacemos uso de una espátula
2) Continuamos pesando las muestras de suelo sin parafina y anotamos el valor en la
tabla correspondiente
3) A continuación, procedemos a cubrir nuevamente con parafina a la muestra de suelo
irregular procurando que se encuentre totalmente cubierta para que de esta manera no
filtre agua
4) Procedemos a pesar la muestra de suelo de forma irregular cubierta de parafina y
procedemos a anotar el valor en la tabla
5) Colocamos la muestra de suelo en la canastilla lo sumergimos totalmente en el agua y
medimos el peso de la muestra sumergida y anotamos los valores en la tabla
6) Retiramos la parafina de nuestra muestra de suelo procedemos a desintegrar nuestra
muestra de forma irregular para que de esta manera podamos determinar el contenido
se agua.

- Contenido de Agua:
1) Procedimiento para determinar el contenido de agua
2) Registramos a los vasos en la tabla correspondiente, así como el peso de cada vaso
3) Procedemos a llenar 2 recipientes de metal (vasos) con cada tipo de suelo hasta la
tercera parte del recipiente y pesamos cada frasco para registrar el valor en la tabla
4) Colocamos todos los vasos en la bandeja para proceder a ingresar al horno a una
temperatura de 105°Clas mismas y de esta manera realizar el secado de las muestras y
determinaremos el contenido de agua que posee cada muestra y lo dejamos por 24
horas
5) Sacamos del horno las muestras de suelo y procedemos a dejar que todas las muestras
se enfríen para de esta manera se realice el pesaje y verificar como ha variado el peso
el cual nos dirá el contenido de agua que posee cada muestra.

5. CODIFICACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS.

6
 6. CÁLCULOS TÍPICOS.

Contenido de agua
Formula Calculo

Proyecto: Condominio la Esperanza

w −w3
%w= 2 ∗100 Obra: Cimentación
w3−w 1
Muestra 01
Dónde: Localización: Vía la Concordia
Recipiente No 104 Peso del recipiente: 7,05 g
% w = Porcentaje de humedad
Datos:
w 1 = peso del recipiente w 1 = 7,05 g, w 2 = 20,01 g, w 3 =
w 2 = Peso del suelo húmedo 13,88 g

w 3 = Peso del suelo seco 20,01−13,88

%w= ∗100
13,88−7,05
%w=¿ 89,75 %

7
 Promedio del contenido de agua
Formula Calculo

w muestra1 + wmuestra 2 Proyecto: Condominio la Esperanza

w prom=
2 Obra: Cimentación
Muestra 01
Dónde:
Localización: Vía la Concordia
w prom = porcentaje promedio Recipiente No 104 y No 273
del contenido de agua de las Datos:
wmuestra 1 = 89,75 %
muestras wmuestra 2 = 97,28%
wmuestra 1 = porcentaje del
89,75+97,28
contenido de agua de la muestra 1 w prom=
2
wmuestra 2 = porcentaje del
w prom=93,52
contenido de agua de la muestra 2

Peso del suelo sin forma determinada (suelo suelto)

Formula Calculo
Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)
W =W s+ r−W r Obra: Cimentación
Donde: Muestra 03
W =¿ Peso del suelo Localización: Hollyn – El Tena
W s +r =¿ Peso del suelo y del Datos:
recipiente w r+ s=531,5 g, w r = 29,49 g
W r =¿ Peso del recipiente
W =531,5−29,49

W =502,01 g

Volumen de suelos con forma regular (cilindro)

Formula Calculo

Proyecto: Condominio la Esperanza

V S =( A )∗(h)
Obra: Cimentación
D2∗π Muestra 01
V S= ( 4 )
∗( h) Localización: Vía la Concordia
Datos:
Dónde: h=11,19 cm , D=9,85 cm
VS = Volumen del suelo
9,852∗π
A = Área
h=¿ Altura
V S= ( 4 )∗(11,19)

3
V S =852,69 cm
D=¿ Diametro

8
 Peso de la parafina (suelo con forma irregular)
Formula Calculo
Proyecto: Condominio la Esperanza
W p=W s + p−W Obra: Cimentación
Muestra 01
Donde: Localización: Vía la Concordia
W =¿ Peso del suelo Datos:
W s +P =¿ Peso del suelo y la W s + p=446 g, W = 429,5 g
parafina
W P=¿ Peso de la parafina W =446−429,5

W =16,5 g

Peso del agua desplazada (suelos de forma irregular)

Formula Calculo
Proyecto: Condominio la Esperanza
Was + p=Was + p+ c −W c Obra: Cimentación
Muestra 01
´
W w =W s + p−Wa s+ p Localización: Vía la Concordia
Datos:
Donde: Was + p+c =190,3 g , W c =80,2 g ,
Was + p=¿ Peso en el agua del suelo W s + p=110,1 g
y la parafina
Was + p+c =¿ Peso en el agua del Was + p=190,3−80,2
suelo, la parafina y la canastilla
W c =¿ Peso en el agua de la Was + p=110,1 g
canastilla
W s + p=¿ Peso en el aire del suelo y
´
la parafina W w =446−110,1

´ ´
W w =¿ Peso del agua desplazada W w =335,9 g

Volumen de suelo y parafina (suelos con forma irregular)

Formula Calculo
Proyecto: Condominio la Esperanza
Ww
´ Obra: Cimentación
V s + p= Muestra 01
γW
Donde: Localización: Vía la Concordia
V s + p=¿ Volumen de suelo y Datos:
parafina γ W =1 g/cm3 , W w´ =335,9 g
W w´ =¿ Peso del agua desplazada
γ W =¿ Densidad del agua 335,9
V s + p=
1
3
V s + p=335,9 cm

9
 Volumen de parafina (suelos con forma irregular)
Formula Calculo
Proyecto: Condominio la Esperanza
Wp Obra: Cimentación
V p= Muestra 01
γp
Localización: Vía la Concordia
Donde: Datos:
V p=¿ Volumen de parafina γ p=0,87 g /cm3 , W p=16,5 g
W p=¿ Peso de la parafina
γ p=¿ Densidad de la parafina 16,5
V p=
0,87
3
V p=18,97 cm

Volumen de suelo (suelos con forma irregular)

Formula Calculo
Proyecto: Condominio la Esperanza
V =V s+ p −V p Obra: Cimentación
Muestra 01
Donde: Localización: Vía la Concordia
V =¿ Volumen de suelo Datos:
3 3
V p=¿ Volumen de parafina V p=18,97 cm , V s + p=335,9 cm
V s + p=¿ Volumen de suelo y
parafina V =335,9−18,97

V =316,93 cm 3

7.

10
 Peso unitario húmedo del suelo sin forma determinada (suelo suelto)
Formula Calculo
Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)
W Obra: Cimentación
γ=
Vs Muestra 03
Donde: Localización: Hollyn – El Tena
γ =¿ Peso unitario humedo Datos:
W =¿ Peso del suelo W =502,01 g, V s = 358 cm3
V s=¿ Volumen del suelo
502,01
γ=
358
3
γ =1,402 g /cm

Peso unitario seco del suelo sin forma determinada (suelo suelto)
Formula Calculo
Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)
γ Obra: Cimentación
γ d=
%w Muestra 03
1+ Localización: Hollyn – El Tena
100
Datos:
Donde: γ =1,402 g /cm 3 , %w = 5,88 %
γ d =¿ Peso unitario seco
γ =¿ Peso unitario húmedo 1,402
γ d=
%w=¿ Porcentaje de humedad 5,88
1+
100
3
γ d =1,324 g /cm

Peso de solidos del suelo sin forma determinada (suelo suelto)

Formula Calculo
Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)
W Obra: Cimentación
W s=
%w Muestra 03
1+ Localización: Hollyn – El Tena
100
Donde: Datos:
W s =¿ Peso de solidos W s =502,01 g , %w = 5,88 %
W =¿ Peso del suelo
%w=¿ Porcentaje de humedad 502,01
W s=
5,88
1+
100

W s =474,131 g

11
 Relación de vacíos
Formula Calculo

Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)

γ s∗V
e= −1 Obra: Cimentación
Ws
Muestra 03
Dónde: Localización: Hollyn – El Tena
Datos:
e = Relación de vacíos
W s =474,131 g , V = 358 cm3 ,
W s =¿ Peso de solidos 3
γ s=2,60 g /cm
γ s=¿ Partículas solidas
2,60∗358
V =¿ Volumen del suelo e= −1
474,131
e=0,963

Porosidad
Formula Calculo

e Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)

n= ∗100
1+ e Obra: Cimentación
Muestra 03
Localización: Hollyn – El Tena
Dónde: Datos:
e = Relación de vacíos e=0,963
n = Porosidad 0,963
n= ∗100
1+0,963

n = 49,06

Grado de saturación
Formula Calculo

%w∗γ s Proyecto: Río Hollyn (Húmeda)

Sr = Obra: Cimentación
e
Muestra 03
Sr = Grado de saturación Localización: Hollyn – El Tena
e =Relación de vacíos Datos:
e=0,963 , γ s=2,60 g /cm3 , %w = 5,83%
γ s=¿ Partículas solidas
% w = Porcentaje de humedad

(5,88)∗(2,6)
Sr =
0,963

12
 Sr =15,87

7. CONCLUCIONES:
 Se puede concluir que el suelo al ser compactado disminuye su relación de vacíos y
aumenta su resistencia a la deformación por cargas, como es el caso de la muestra
tomada en el Río Hollyn que luego de ser compactada disminuyó su relación de
vacíos de e = 0,963 a e = 0,67 y se pudo apreciar una mayor resistencia. (Galo
García)
 Se concluye que el porcentaje de agua además de cambiar propiedades del suelo como
la plasticidad o el color, también tiene relación con el peso unitario del suelo por lo
que es un factor que influye directamente en la resistencia a la deformación por cargas
del suelo. (Galo García)
 Para la ingeniería civil resulta con gran importancia conocer el contenido de humedad
ya que es necesario para realizar la compactación de un suelo y lograr el peso unitario
seco máximo con el fin de obtener mayor resistencia. (Galo García)
 En el presente laboratorio pudimos observar que el tipo de suelo en este caso arena
seca tuvo un peso de 531.5g y al compactarlo obtuvimos un peso compactado de
619g, por lo que podemos concluir que al compactar el suelo este soporta de mejor
manera la edificación u obra civil (Farinango David)
 También en la práctica se pudo observar que el color del suelo se cambia dependiendo
el contenido de agua, así como la consistencia y plasticidad por lo que el suelo al estar
húmedo no se puede trabajar sobre él ya que la edificación se vería seriamente en
riesgo (Farinango David)
 En Ingeniería Civil es de vital importancia conocer el contenido de agua que posee el
suelo en el cual vamos a trabajar para saber la estabilidad del suelo y de esta manera
determinar si dicho suelo es factible para realizar una obra civil, dependiendo del
suelo veremos si podemos construir directamente sobre el suelo agregando ciertos
aditivos o si necesariamente se debe empezar por el cimiento (Farinango David)
 Tomando en cuenta los resultados para las muestras de suelos, el suelo con mayor
peso unitario húmedo es el del proyecto Escuela Romero Pinto de localización El
Salto-Riobamba y presentaba una forma irregular, este presenta un peso unitario ɣ =

g
1,7 aproximadamente, con lo que se puede decir que el peso específico
cm3
húmedo será mayor al peso específico seco y esto es debido al contenido de agua que
tiene un suelo parcialmente o totalmente saturado que también aporta y se relaciona

13
 con el peso específico del suelo en estado natural o húmedo, por otra parte este valor
también es debido a que el peso propio del suelo es grande, a pesar que el contenido
de agua sea apenas de 21.4% aproximadamente, lo que nos demuestra la importancia
de la cantidad de humedad de un suelo y su relación fundamental para el peso
específico del suelo. (Byron Macas)
 Al analizar los resultados de los pesos unitarios de cada muestra de suelos de suelo de
la localización Hollyn-El Tena, en la muestra con contenido de humedad de W=5.8%

g
con un Peso unitario húmedo de ɣ =1.402 3 sin compactar y de ɣ=1.647
cm

g
compactado, y en la siguiente muestra del mismo suelo con contenido de
cm3

g
humedad de W=0.2% con peso unitario de ɣ= 0.97 3 sin compactar y ɣ =1.51
cm

g
compactado con lo que se puede concluir que en las muestras sin forma
cm3
determinada cuando esta suelto tendrá menor peso unitario húmedo y seco que cuando
se compacta pasando así a estar el suelo más denso (densificado), he aquí la
importancia de grado de compactación del suelo y cómo influye este en el peso
unitario del mismo. (Byron Macas)
 Las relaciones fundamentales del suelo peso-volumen, de volúmenes y de pesos es de
gran importancia en el campo de la ingeniería civil y mecánica de suelos para
calcular los esfuerzos o la capacidad portante del suelo ya que dependen del grado de
compactación, igualmente se utiliza en el diseño de mezclas del hormigón de cemento
y hormigón asfaltico ya que esta última tiene que ser resistente, caso contrario puede
formar huellas posteriormente fisuras y baches en el asfalto. (Byron Macas)
 En la Ingeniería Civil trabajaremos en distintos lugares, en donde el comportamiento
del suelo no va a ser el mismo en todas partes, por lo tanto, debemos conocer las
propiedades de los suelos, y a partir de eso tratar de mejorar la calidad del suelo o
solucionando algún determinado problema, a partir de las relaciones fundamentales.
(Pierre Mena)
 Pudimos observar que la retención de agua en los espacios vacíos o poros es menor en
los suelos arenosos o gruesos (en nuestro caso, el suelo de las muestras del Rio
Hollyn) que en los suelos finos (muestras obtenidas en el Condominio La Esperanza y

14
 la Escuela Romero Pinto). Esto se debe a la existencia de macro poros, y la menor
presencia de micro poros, que son los que retienen el agua. (Pierre Mena)
 Demostramos que todas las muestras estudiadas y ensayadas poseían un porcentaje,
aunque algunas muy pequeño, de humedad. Esto se debió a que las muestras al ser
pesadas luego de su exposición al horno, todas disminuyeron su peso, ya que éste se
evaporó. (Pierre Mena)
 Pudimos determinar experimentalmente que la muestra de suelo con menor porcentaje
de contenido de agua es la muestra del proyecto Río Hollyn, localizada en Hollyn-El
Tena, la misma que presentó un contenido de agua de 0,21%. (Lastra Stefany)
 Pudimos determinar experimentalmente que la muestra de suelo con mayor porcentaje
de contenido de agua es la muestra del proyecto Condominio La Esperanza,
localizado en Vía La Concordia, la misma que presentó un contenido de agua de
97,13%. (Lastra Stefany)
 Podemos concluir que la determinación de ciertas características del suelo que se
realizan a través de los sentidos no son objetivas puesto que dicha determinación
puede variar dependiendo de la perspectiva de cada persona. (Lastra Stefany)
 Concluimos que dentro del campo de la Ingeniería Civil es importante conocer las
relaciones fundamentales, por ejemplo, la relación de volúmenes ya que nos permite
realizar cálculos de asentamientos, así como también nos permite determinar la
compacidad relativa la misma que nos da una idea de que tan densificado está el
suelo. (Lastra Stefany)

8. RECOMENDACIONES
 Todos los materiales a usar (suelos) deben estar debidamente identificados y descritos,
para mejorar el estudio de los mismos, se debe tener en cuenta sus procedencias ya
que así se puede dar una idea de los resultados que deben dar, con estos nos
aseguramos que los resultados no sean absurdos ya que un ingeniero de ser un buen
calculista debe tener criterio.
 Se debe encerar correctamente la balanza manual para que los datos que nos de sean
correctos, ya que en nuestro caso hubo un valor que no cuadro ya que al pesar la
muestra de suelo en la balanza nos dio un valor de 57.50g antes de ingresar al horno
y luego de secarlo nos dio un valor de 57.65g lo cual no es factible ya que el valor
después de secado en este caso debe ser menor o igual por lo que no se pudo trabajar
con este dato

15
 En la presente práctica es recomendable manejar con cuidado la muestra de suelo en
forma de cilindro para que mantenga sus dimensiones iniciales como son diámetro y
volumen, ya que los mismos los utilizamos para encontrar el volumen del mismo y
nos sirve para realizar todos los cálculos.

9. BIBLIOGRAFÍA.
 Lambe T. & Whitman R., (1991); Mecánica de Suelos, México DF, México: Limusa.
 Villalaz I., (2004); Mecánica de suelos y Cimentaciones, México DF, México:
Limusa.
 Leoni A., (s.f.), Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. Extraído de:
file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/334_Relaciones%20gravimetricas%20y
%20volumetricas-2010.pdf

 Juárez E., (2005), Mecánica de Suelos, Tomo I: Fundamentos de la mecánica de

suelos, México DF, México: Limusa

16