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    Propiedades Indice de Los Suelos

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    camila challapa
    El documento describe las propiedades físicas de los suelos, incluyendo el peso específico, contenido de humedad, relación de vacíos, porosidad y otros parámetros. Explica las relaciones entre estas propiedades a través de fórmulas y define los estados de humedad del suelo como húmedo, seco y saturado. Finalmente, resume las principales fórmulas para calcular las propiedades físicas de los suelos.

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    Propiedades Indice de Los Suelos

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    El documento describe las propiedades físicas de los suelos, incluyendo el peso específico, contenido de humedad, relación de vacíos, porosidad y otros parámetros. Explica las relaciones entre estas propiedades a través de fórmulas y define los estados de humedad del suelo como húmedo, seco y saturado. Finalmente, resume las principales fórmulas para calcular las propiedades físicas de los suelos.

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    Propiedades Indice de los suelos

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    Propiedades

    Índice de los Suelos


    Cecilia Valenzuela
    Laboratorio Suelos y Hormigones II
    • INTRODUCCIÓN

    • A continuación se verán las propiedades físicas de los suelos,


    las definiciones utilizadas, las relaciones de peso y volumen,
    el análisis granulométrico, los límites líquido y plástico, para
    obtener los parámetros físicos con la finalidad de conocer el
    comportamiento del suelo.
    Propiedades índice:
    • Definición : Son aquellas que nos indican de una manera rápida y
    práctica, del estado y naturaleza del suelo, con fines posteriores,
    como elaborar perfiles estratigráficos, clasificación de suelos,
    propiedades y parámetros complementarios de capacidad portante,
    con fines de cimentación.
    Estas Propiedades Índice son:
    • Contenido de humedad Grado de saturación de Agua
    • Peso específico de sólidos Grado de saturación de aire
    • Relación de vacíos Peso específico seco
    • Porosidad Compacidad relativa
    • Distribución Granulométrica
    3. RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS
    • Nomenclatura:
    • Wm: Peso dela masa
    • Vv Va Aire Wa • Ww: Peso del agua
    • Vm • Ws: Peso de sólidos
    Wm
    • Vw Agua Ww
    • Wa: Peso del aire
    • Vs Solido Ws • Vm: volumen de la masa
    • Va: volumen del aire
    • • Vs: volumen del sólido
    • Vw: volumen del agua
    • Esquema Idealizado de un Suelo • Vv: volumen de vacíos
    Se deducen algunas fórmulas del esquema
    anterior:
    • Wm= Ws+Ww+Wa, • Vm= Vs+Vw+Va

    • Considerando que: Wa=0 • Vv= Vw+Va


    • Queda Wm=Ws+Ww
    • Vv=Vm-Vs
    4. DEFINICIONES:
    4.1 Peso específico de la masa (γm): Llamado también peso
    unitario aparente o peso específico. Es la relación entre la masa de un
    suelo y su volumen de masa. También se define como el peso por
    unidad de volumen de suelo. Se mide en (gr/cc)
    • γm= Wm/Vm
    Valores referenciales de pesos volumétricos
    Tipo de Suelo γm (t/m3) (gr/cc)
    Arena 1,6 -1,9
    Arena con Limo 1,6 a 1,9
    Arena con arcilla 1,7 a 1,9
    Limo 1,6 a 1,9
    Arcilla 1,8 a 1,9
    Grava 1,8 a 2,0
    4.2 Contenido de humedad (ω)
    • Llamado también humedad o contenido de agua. Es la relación entre
    el peso del agua contenida en el suelo, y el peso de los solidos. Se
    expresa en porcentaje.

    • ω= (Ww/Ws)x100 %
    4.3 Peso específico de Sólidos (γs, Gs)
    • Llamado también peso específico de las partículas sólidas. Es la
    relación entre el peso de los solidos de un suelo, y el volumen de
    solidos. Es el peso por unidad de volumen de la fase sólida.

    • γs = Ws/Vs
    4.4 Gravedad Específica (Ss)
    • Llamada también peso específico relativo de las partículas sólidas,
    densidad de sólidos.

    • Es el peso específico de sólidos, dividido entre el peso específico del


    agua a 4°C (1 gr/cc)

    • Ss= γs / γw
    Valores de Gravedad Específica
    Tipo de Suelo Gs , Ss
    Arena 2,6 a 2,7
    Arena Limosa 2,67 a 2,7
    Arcilla inorgánica 2,7 a 2,8
    Suelos con micas 2,75 a 3,0
    Suelos orgánicos Variable, puede ser menor a 2
    4.5 Relación de vacíos (e):
    • Llamada también índice de poros o índice de huecos. Es la relación
    entre el volumen de vacíos de un suelo y el volumen de la fase sólida
    de un suelo.

    • e= Vv/Vs = (Vw+ Va)/Vs


    4.6 Porosidad (n):
    • Es la relación entre el volumen de vacíos de un suelo y el volumen de
    la masa de un suelo.

    • n= Vv/Vm
    4.7 Grado de saturación de agua (Gw):
    • Es la relación entre el volumen de agua contenida en un suelo y el
    volumen de vacíos. Se expresa en porcentaje.

    • Gw =( Vw/Vv)x100%
    4.8 Grado de saturación de aire (Ga):
    • Es la relación entre el volumen de aire contenido en un suelo y el
    volumen de vacíos. Se expresa en porcentaje.

    • Ga = (Va/Vv)x100%
    4.9 Peso específico seco (γd):
    • Es la relación entre el peso de una muestra seca de un suelo y el
    volumen total.

    • γd= Ws/Vm
    4.10 Compacidad relativa, densidad relativa o
    índice de densidad (Cr, dr, Id)
    • Relaciona la relación de vacíos natural de un suelo gravoso o arenoso, respecto
    a las relaciones de vacío máxima y mínima.
    Tiene la siguiente expresión:
    Cr=(e máximo - e natural)/(e máximo – e mínimo)
    • Se suele expresar en porcentaje.
    • Para una misma unidad de volumen, la relación de vacíos, es mayor en las
    arenas sueltas que en las compactadas.
    • Arenas sueltas: e natural = e máximo Cr = 0
    • Arenas compactadas: e natural = e mínimo Cr = 1 o 100%
    • Mientras más denso es un suelo, mayor es su resistencia a la compresión y al
    esfuerzo cortante.
    5. Relaciones entre las propiedades índice:
    5.1 Relación entre la relación de vacíos “e” y la porosidad “n”:
    n = Vv/Vm, por lo tanto tenemos:
    e = Vv/Vs , dividiendo arriba y debajo de la expresión entre Vm, queda:
    e= (Vv/Vm) = n = n .
    (Vs/Vm) (Vs/Vm) (Vm-Vv)/Vm
    e = n .
    Vm - Vv
    Vm Vm
    e= n/[ 1 – n]
    De aquí se deduce que: n= e/[1+e]
    5.2 Relaciones entre γm, ω, e, γs
    • Sabemos que: ω = [Ww/Ws]x100%
    • e= Vv/Vs Vv= e x Vs
    • γs= Ws/Vs
    • Por lo tanto, sabiendo que el peso del aire es igual a 0, Wa=0,
    tenemos:
    • γm= Wm/Vm= [Ws x (1+ ω)] / Vm , dividiendo arriba y abajo por Vs,
    queda: = [Ws x (1+ω)]/Vs / (Vm/Vs)
    • = [γs x (1+ω)]/ (Vm/Vs) y al reemplazar Vm= Vs+Vv,
    queda: = [γs x (1+ω)]/ (Vs+Vv)/Vs, al resolver el denominador
    queda: =[λs x (1+ω)]/ (1+e)
    5.3 Relaciones entre Gw, ω, e , Ss
    • Sabemos que : ω = (Ww/Ws)x 100%
    • e= Vv/Vs Vv= e x Vs
    • γ= W/V V= W/γ
    • Ss= γs/γw
    • Por lo tanto tenemos:
    • Gw= (Vw/Vv)x 100%, reemplazando Vv=e x Vs
    • Gw= ( Vw )x 100%, reemplazando Vw=Ww/γw
    • (e x Vs)
    • Gw= ( Ww ) x100%, reemplazando Vs=Ws/γs
    • γw x e x Vs
    • Gw= ( Ww x γ s ) x100%
    γw x e x Ws
    A partir de la igualdad anterior, tenemos:

    • Gw= ( Ww x γs ) x100%
    γw x e x Ws

    Y sabiendo que:
    • Ss= γs/γw ω = (Ww/Ws)x 100%

    • Finalmente se reduce a Gw= Ss x ω


    e
    6. Estados del suelo

    • 6.1 Estado húmedo o parcialmente


    saturado:
    • Va Aire Wa=0
    • Vv
    • Vm Vw Agua Ww Wm
    • Vs Sólido Ws
    6.1 ESTADO HÚMEDO O
    PARCIALMENTE SATURADO
    • Conocido como estado natural o estado parcialmente saturado.
    • El estado húmedo es el estado natural del suelo, por lo que las
    ecuaciones serán las mismas que las estudiadas anteriormente, ya
    que contiene las tres fases.
    • Peso específico de masa “γm”:
    • γm= Wm / Vm = (Ws+Ww+Wa)/(Vs+Vw+Va)
    • γm= (1+ω) x γs
    (1+e)
    Grado de saturación de Agua “Gw”:
    • Gw= (Vw/Vv) x 100%

    • Grado de saturación de aire “Ga”:

    • Ga= (Va/Vv) x 100%


    6.2 Estado Seco
    • En este estado el suelo carece de fase líquida, contiene las fases
    sólidas y gaseosa.

    • Va= Vv Aire Wa=0


    • Vm Wm

    • Vs Sólido Ws
    Peso específico seco “γd”
    • γd= Wm/ Vm = Ws /(Vs+Vv)

    • De: γm= (1+ω) x γs ; con humedad ω = 0%


    • (1+e)
    • γd= γs / (1+e)
    • Combinando las dos últimas ecuaciones se obtiene otra forma de
    encontrar el peso específico seco:
    • γd= γm / (1+ω)
    Grado de saturación de agua “Gw”:

    • Gw = (ω x Ss) /e
    • Gw = 0

    • Grado de saturación de aire “Ga”

    • Ga= Va / (Va+Vw) = Va/Va= 1 = 100%


    • Ga=100%
    6.3 Estado Saturado: la fase gaseosa es ocupada
    por el agua.

    • Vw=Vv Agua Ww
    • Vm Wm

    • Vs Sólido Ws
    Peso específico en estado saturado “γsat”

    • γsat= (Wm/Vm)sat

    • γsat= (Ww+Ws) / (Vw+Vs)


    Grado de saturación de agua “Gw”:
    • Gw = Vw/Vv = Vw/Vw =1

    • GW= 100%

    • Grado de Saturación de aire “Ga”:


    Ga= Va /(Va+Vw) ; Va=0, entonces:

    • Ga=0
    6.4 Estado saturado y sumergido
    • Cuando existe manto acuoso, hay que considerar el suelo en estado
    saturado y sumergido. Al sumergirse según el principio de
    Arquímides, el suelo experimenta un empuje hacia arriba, igual al
    peso del volumen de agua desalojada.
    • Fuerza “E”
    •
    •

    • W (Peso del
    • agua)
    Peso específico saturado y sumergido ( γ’):
    • γ’ = (Wm/Vm) sat y sum, reemplazando Wm= Wm-E, y considerando
    que E=Ww,

    • γ’ = (Wm –E)/Vm = (Wm- Ww)/Vm, ahora reemplazando


    • Wm = γsat y Ww =γw
    • Vm Vm

    • γ’ = γsat –γw, considerando la densidad del agua γw= 1t/m3

    • γ’ = γsat – 1 t/m3
    Resumen de fórmulas:
    1. Peso específico de la masa “γm” = Wm/Vm
    2. Contenido de humedad “ω=(Ww/Ws) x100%
    3. Peso específico de sólidos “γs” = Ws/Vs
    4. Gravedad Específica “Ss” = γs /γw
    5. Relación de vacíos “e”= Vv/Vs = (Vw+Va)/Vs
    6. Porosidad “n”= Vv/Vm
    7. Grado de saturación de agua “Gw” = (Vw/Vv) x100%
    8. Grado de saturación de aire “Ga” = (Va/Vv) x 100%
    9. Peso específico seco “γd” = Ws/Vm
    10. Compacidad relativa “Cr” = (e máximo – e natural)
    (e máximo – e mínimo)
    Relación entre Propiedades:
    1. Entre “e” y “n”:
    e= n/(1-n) n= e/(1+e)

    2. Entre “γm”, “ω”, “e”, “γs” :


    γm = [γs x (1+ω)] /(1+e)

    3. Entre “Gw”, “ω”, “e”, “Ss” :


    Gw= Ss x ω /e
    Estados de humedad del suelo:
    1. Estado húmedo o parcialmente saturado:
    γm= Wm/Vm = (Ws+Ww+Wa)/(Vs+Vw+Va)
    γm = (1+ω) x γs
    (1+e)

    Gw= (Vw/Vv)x100%

    Ga=(Va/Vv)x100%
    Estado seco:
    • γd = γs/(1+e)

    • γd = γm/(1+ω)

    • Gw= 0

    • Ga= 100%
    Estado saturado:
    • γsat= (Wm/Vm)sat

    • γsat= (Ww+Ws)/(Vw+Vs)

    • Gw= 100%

    • Ga=0
    Estado saturado y sumergido:

    • γ’ = γsat -1
    • t/m3.

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