Unidad de aprendizaje 2:

Composición,
comportamiento, identificación
y clasificación de suelos.
Logro específico de aprendizaje:
Al finalizar la unidad, el estudiante
determina el tamaño de partícula de los
suelos, relaciones gravimétricas y
volumétricas, límites de consistencia de los
suelos finos, así como la distribución
granulométrica de los suelos para inferir el
comportamiento respecto de sus
propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas.
Importancia:
Conocer los tipos de suelos y los procesos de
formación del suelo, para predecir su
comportamiento frente a la función que
desempeñará en los proyectos de ingeniería.
Logro de la sesión de aprendizaje:
Al término de la clase, el estudiante
determina las propiedades de fase y
densimétricas de los suelos.
 Relaciones gravimétricas y volumétricas de los suelos Wm = Ws + Ww + Wa
Como generalmente los suelos en estado natural posee las tres fases, es
necesario definir cantidades intensivas que expresen la participación de cada fase con Wm = Ws + Ww
la interrelación entre ellos; así se obtiene la porosidad, el índice de vacios, el índice de
sólidos, el contenido de aire, el contenido de agua, el grado de saturación, etc. muchas Vm = Vs + Vw + Va
de esas cantidades no se usan y otras se utilizan en unos países y en otros no.
Vm = Vs + Vv

Wa: Peso de aire.

Ww: Peso de agua.
Ws: Peso de solidos.
Wm: Peso de la muestra.
Vm: Volumen de la
muestra.
Vv: Volumen de vacíos.
Va: Volumen de aire.
Vw: Volumen de agua.
Vs: Volumen de solidos.
 Relación de vacíos (e)
Se define como la relación entre el volumen de poros
o huecos y el volumen de solidos contenidos en una muestra
V
e=
Vs
Si Vv = 0 e=0 Sólido.

Si Vs = 0 e=∞ Fluido.

Se expresa en decimales y varia teóricamente

entre cero e infinito, para los casos
correspondientes de la porosidad. Sin embargo la
mayoría de suelos se hallan en el rango que va
desde 0.2 hasta 5 ó 7. Sin embargo
excepcionalmente se ha encontrado que algunos
pueblos orgánicos pueden llegar hasta 15.
 Porosidad (n)
Se define como la relación entre el volumen de
poros o huecos y el volumen de solidos contenidos en una
muestra. V
n =  100
Vm

Si Vv = 0 Vm = Vs n = 0% Sólido.

Si Vv = Vm Vs = 0 n = 100% Fluido.

Se expresa en porcentaje y varía entre cero

y 100%. El límite inferior corresponde al
estado sólido y el límite superior al estado
fluido, que como sabemos puede ser un
líquido, un gas o una mezcla de ambos.
La mayoría de suelos sin embargo no
alcanza estos valores. Las numerosas
observaciones realizadas en todo el mundo
conducen a la conclusión que, para la gran
mayoría de suelos la porosidad varía entre
23% y 70%.
 Contenido de humedad (w)
Es la relación que existe entre el peso del
agua y el peso de los sólidos contenidos en una
muestra. W
w = w 100
Ws
Si Ww = 0 w=0 Seco.

Si Ws = 0 w=∞ Agua.

Se expresa en porcentajes y teóricamente

varía entre 0 e infinito. Actualmente los
suelos poseen un contenido de agua
llamado “contenido de humedad”, que va
desde cero en algunas arenas del desierto
hasta 100% para una gran cantidad de
arcillas. Excepcionalmente puede alcanzar
valores tan altos como el 600% hasta el
1000%, como ocurre en los suelos de la
ciudad de México, de origen volcánico y
los suelos diatomáceos del pueblo de
Maca.
 Grado de Saturación (S)
Es la relación entre el volumen de
agua y el volumen de poros que posee una
muestra. V
S = w 100
V
Si Vw = 0 S = 0% Seco.

Si Vw = Vv S = 100% Saturado.

Se expresa en porcentaje y varía entre cero y

100% valores correspondientes a una muestra
seca y a una muestra completamente saturada.
 Peso unitario natural con parafina. NTP 339.139
Peso unitario es la relación de peso a Parafina:
volumen, en el caso de peso unitario natural se trata Derivado del petróleo que conforman un grupo de hidrocarburos alcanos
del mismo cociente pero teniendo en cuenta de de fórmula general CnH2n+2, donde n es el número de átomos de
obtener el peso y volumen de una muestra de suelo carbono. La molécula más simple de parafina es el metano, CH4, un gas a
tal como está en campo es decir con su misma temperatura ambiente; en cambio, los miembros más pesados de la
cantidad de vacíos y contenido de humedad. serie, como las formas sólidas de parafina, llamadas cera de parafina,
Obtener el peso de la muestra no es mayor provienen de las moléculas más pesadas C20 a C40.
obstáculo, directamente lo conseguimos con la La cera de parafina (C25H52) se encuentra por lo general como un sólido
ayuda de una balanza, la dificultad esta en obtener ceroso, blanco, inodoro, carente de sabor, con un punto de fusión típico
el volumen, si se trata de un suelo cohesivo se entre 47 °C y 64 °C. Es insoluble en agua, aunque sí es soluble en éter,
puede obtener una muestra de suelo compacta que benceno, y algunos ésteres. La parafina no es afectada por los reactivos
si bien no se asemeja a ninguna figura geométrica químicos más comunes, pero se quema fácilmente.
de volumen conocido se puede obtener el volumen
por algún método de desplazamiento de líquidos
basado en el principio de Arquímedes pero para un
suelo granular solo tenemos la alternativa de hallar
el volumen por algún método indirecto para tal
existen variedad de maneras de obtener este
parámetro, tales como el método del cono de arena,
método del balón de densidad, densímetro nuclear.
Se va utilizar el método de la parafina porque solo
necesita de un equipo simple y por su sencilla
operación.
 Se obtiene el peso del suelo húmedo Principio de Arquímedes:
previamente extraído de campo conservado sus El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido
propiedades densimétricas naturales. Interesa determinar en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual
el volumen de dicha muestra para calcular el peso al peso de fluido desalojado. Esta fuerza recibe el nombre
específico natural del suelo a través de: de empuje hidrostático o de Arquímedes
 = m
W  : Peso unitario natural del suelo. 𝐖𝐄 = 𝐦 ∗ 𝐠 = 𝛒𝐟 ∗ 𝐕 ∗ 𝐠
Vm Wm: Peso del suelo. WE = Fuerza de Empuje.
Vm: Volumen del suelo o muestra cohesiva. ρf = Densidad del Fluido.
 nat
d = d: Peso unitario seco del suelo. m = Masa de Agua desplazada.
1+  g = Gravedad.
w : Contenido de humedad.
El método de la parafina consiste en calcular el volumen V = Volumen de Agua desplazado.
(de manera indirecta) de una muestra de geometría El empuje, en condiciones normales y descritas de modo
irregular utilizando el principio de Arquímedes y para evitar simplificado, actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en
la alteración de la muestra de suelo al contacto con el agua el centro de gravedad del cuerpo; este punto recibe el nombre
esta será recubierta con parafina. Se puede obtener el de centro de flotación.
volumen de un objeto mediante el principio de Arquímedes
conociendo el peso al aire y el peso sumergido en agua,
como la muestra debe ser recubierta en parafina lo que se
obtiene es el volumen de la muestra de suelo más la
parafina que la recubre, por tal motivo es necesario
conocer el volumen de parafina que envuelve la muestra,
este volumen se puede determinar conociendo el peso
volumétrico de la parafina y el peso de parafina que esta
sobre la muestra.
 Calibración de la
parafina
Se mide el volumen del molde o el
diámetro de la esfera metálica y
se calcula su volumen; también se
debe conocer su peso al aire, se
recubre con parafina en las
mismas condiciones que se
emplearían sobe la muestra de
suelo y una vez solidificada la
parafina se pesa al aire y luego se
obtiene le peso sumergido, con
estos datos se obtiene el volumen
de la esfera más parafina, como el
volumen de la esfera es conocido
se puede obtener el volumen de
parafina que recubre la esfera,
para hallar el peso volumétrico de
la parafina solo faltaría
𝐖𝐩 Ww Ww
determinar el peso de parafina ɣ𝐩 = ɣw = Vw =
que esta sobre la esfera y este se 𝐕𝐩 Vw gf
1,0
obtiene simplemente de restar el WE = V e+p = (W e+p aire −W e+p Sumerg )/w cm3
peso de la esfera con parafina Vp = V(e+p) − Ve
menos el peso de la esfera antes
de ser recubierta en parafina. Wp = W(e+p) − We
 Ensayo sobre muestra de
suelo
• Extraer de campo una muestra
inalterada que mantenga su
volumen, tomar las precauciones
para evitar el desmoronamiento de
la muestra. También se debe llevar
𝐖𝐦
una muestra para hallar el ɣ𝐧𝐚𝐭 =
contenido de humedad. 𝐕𝐦
• Pesar la muestra en sus WE = Waire − Wsumerg
condiciones naturales previa WE = V m+p = (W e+p aire −W e+p Sumerg )/w
limpieza de las partículas sueltas Vm = V(m+p) − Vp
que estén sobre la muestra de Wp Wp
suelo. ɣp = Vp =
Vp ɣp
• Recubrir con parafina verificando
que esta tenga una temperatura Wp = W(e+p) − We
ligeramente mayor a su punto de
fusión para evitar que la parafina
penetre en los poros de la muestra,
el recubrimiento debe ser total y
con un espesor considerable.
• Pesar el suelo recubierto en
parafina (peso al aire) y luego
obtener el peso sumergido de la
misma.
 Gravedad especifica de los sólidos ( Gs)
Esta es una cantidad adimensional que se obtiene de
dividir el peso específico de los sólidos entre el peso unitario
estándar del agua: w ≈ o = 1 gf/cm3

Gs = s 𝐺𝑠 = 𝛾𝑆
o 𝑊
𝛾𝑆 = 𝑉 𝑆
𝑆
Aunque esta operación se puede
hacer con todos los pesos 𝑉𝑠 = 𝑊𝐸 /w
específicos, y el valor que 𝑊𝐸 = 𝑊𝑚 𝑎𝑖𝑟𝑒 − 𝑊𝑚 𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜
corresponde a los sólidos ha sido 𝑊𝐸 = 𝑊𝑆 − (𝑊𝑓+𝑤+𝑚 − 𝑊𝑓+𝑤 ) TºC α
escogido debido a que 𝑉𝑠 = 𝑊𝑆 − 𝑊𝑓+𝑤+𝑚 + 𝑊𝑓+𝑤 16 1.0007
permanece aproximado 18 1.0004
constante para una partícula de 𝑊𝑆 20 1.0000
composición mineralógica a 𝐺𝑠 = 𝛾𝑠 = ∗𝛼 22 0.9996
𝑊𝑠 + 𝑊𝑓+𝑤 − 𝑊𝑓+𝑤+𝑚
petrológica definida, así por 24 0.9991
ejemplo tienen:
Cenizas Volcánicas 2.20 a 2.50
Suelos Orgánicos 2.50 a 2.65
Arenas y Gravas 2.65 a 2.67
Limos Inorgánicos 2.67 a 2.72
Arcillas poco Plásticas 2.72 a 2.78
Arcillas medianamente plásticas y muy plásticas 2.78 a 2.84
Arcillas Expansivas 2.84 a 2.88 𝑊𝑓+𝑤+𝑚 𝑊𝑓+𝑤
Suelos con Abundante Hierro 3.00
 PROCEDIMIENTO
1. Pésense 80 gf,
aproximadamente de suelo
previamente secado al
horno y enfriado (Ws).
2. Pásese la muestra
cuidadosamente a un frasco
volumétrico seco y limpio,
previamente calibrado,
llénese éste con agua
destilada hasta la mitad del
frasco.
3. Elimínese el aire atrapado
en la muestra por
calentamiento del frasco
durante 15 min. mínimo, ó
utilizando el método
indicado por el profesor de
la materia.
 4. Añádase con
cuidado agua destilada
hasta la marca de enrase,
verificando que no quede aire
atrapado en la muestra; si
existiese aire atrapado en la
muestra, elimínelo por el método
utilizado en el paso anterior.
4.b.- La presencia de materia
orgánica puede producir el efecto
de aire no removido a causa de
los gases que se forman en
contacto con el agua. La materia
orgánica podrá descubrirse por
olor y por la formación de una
película oleaginosa en la
superficie del agua. frasco
volumétrico Si ésta materia existe
el método del vacío debe
sustituirse por más efectivo para
remover gases; éste método
puede ser ebullición de la
suspensión de un baño de
Glicerina durante 30 min,
 añadiendo
de cuando
en cuando más agua
destilada para
impedir la calcinación
de la muestra, en
todo momento el
frasco volumétrico
debe estar lleno hasta
su mitad; tras este
período déjese enfriar
el frasco a la
temperatura
ambiente y aplíquese
lo escrito
anteriormente en el
acápite a.
5. Desairada la
suspensión añádase
agua destilada hasta
que el borde interior
del menisco coincida
con la marca de aforo.
 6. Verifique si el
menisco está bien
enrasado, y que el frasco en
su parte exterior esté seco y
limpio; pésese el frasco mas
el agua más el suelo
contenido en el (Wfws), con
una aproximación de 0.1 gf.
7. De inmediato determínese
la temperatura de la
suspensión con aproximación
de 0.01 oC, introduciendo el
bulbo de un termómetro
hasta el centro del frasco
volumétrico
8. Introduzca la muestra al
horno por un tiempo de 24
hrs, a una temperatura de
110 oC.
9. Saque la muestra del
horno, déjela enfriar y
determine su peso seco (Ws)
con aproximación 0.1 gf.