TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS

RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos

Expositor: Dr. Ing. Diana Calderón Cahuana

Relaciones entre las fases de un suelo

(a) Suelo (b) Suelo idealizado

Sólidos

Vacíos

Aire

Agua

Sólidos

Idealización

V = Va + Vw + Vs ………..(1)

Donde: Vv = Va + Vw Es el volumen de vacíos

W = Ww + Ws …………(2)

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

1. Contenido de Humedad ó de agua

………..(3)

El contenido de agua de un suelo se encuentra al pesar una muestra de suelo y luego colocarlo en un horno a 110° +- 5 °C hasta que el peso de la muestra no varíe, es decir, hasta que toda el agua absorbida sea expulsada.

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

2. Relación de vacíos (e)

Es la relación del volumen de vacíos con respecto al volumen del sólido. La relación de vacíos es usualmente expresado como una cantidad decimal.

……….(4) 𝑒 =𝑉𝑣

𝑉𝑠

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

3. Porosidad (n)

Es la tasa de volumen de vacíos al volumen total. La porosidad es usualmente expresada como porcentaje.

𝑛 =𝑉𝑣

𝑉 ………….(5)

La porosidad y la relación de vacíos están relacionados por la siguiente expresión:

𝑛 =𝑒

1+𝑒 ……………..(6)

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

• La porosidad de los suelos puede variar grandemente. Si las partículas de grano grueso fueran esferas, la porosidad máxima y mínima sería de 48% y 26%, respectivamente. Esto es equivalente a relaciones de vacío máxima y mínima de 0.91 y 0.35, respectivamente. La relación de vacíos real de suelos de grano grueso varían entre 1 y 0.3. Los suelos arcillosos tienen relaciones de vacíos mayores que 1.

4. Peso específico de sólidos

𝛾𝑠 =𝑊𝑠

𝑉𝑠 ………….(7)

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

5. Gravedad específica de sólidos (Gs)

Es la tasa del peso específico de sólidos con respecto al peso específico del agua

𝐺𝑠 =𝛾𝑠

𝛾𝑤 ………….(8)

Donde el 𝛾𝑤 = 9.8 𝑘𝑁/𝑚3, es el peso específico del agua.

La gravedad específica de suelos varía entre 2.6 a 2.8 aproximadamente. Para muchos problemas, se puede asumir con poco error que 𝐺𝑠 es igual a 2.7.

Relaciones de gravimétricas y volumétricas

6. Grado de Saturación (S)

Es la tasa, a menudo, expresado como porcentaje, de volumen de agua a volumen de vacíos.

𝑆 =𝑉𝑤

𝑉𝑣=

𝑤𝐺𝑠

𝑒 ó Se = w𝐺𝑠 ………….(9)

Si S=1 ó 100% , el suelo está saturado. Si S=0 el suelo está totalmente seco. Es prácticamente imposible obtener un suelo con S=0.

Total

De las partículas sólidas

Del agua

Seco

Suelo Sumergido

Suelo Sumergido Saturado

Más sobre el Peso Específico

s

s s V

W = g

w w t b e S e G g g g g

+ - - -

= - = 1

) 1 ( 1

w

w w V

W = g

w w t b e G g g g g

+ -

= - = 1

1

w G W + + 1 w w G

e g

+ 1 t e V g g =

+ = =

1 S e

w S wG G

v W t W

w s

d + + =

+ = =

/ g g

g g e

G 1 1 1

=

Cuarzo 2.65 Pirofilita 2.84

Feldespato –K 2.54-2.57 Serpentina 2.2-2.7

Feldespato – Na-Ca 2.62-2.76 Caolinita 2.61 a 2.64 0.02

Calcita 2.72 Haloisita (2H2O) 2.55

Dolomita 2.85 Ilita 2.84 a 2.60-2.86

Moscovita 2.7-3.1 Montmorilonita 2.74 a 2.75-2.78

Biotita 2.8-3.2 Atapulgita 2.30

Clorita 2.6-2.9

Pesos Específicos Relativos de Algunos Minerales

(a) Calculado a partir de la Estructura Cristalina

Valores típicos de Peso Específico en los suelos

Tipo de Suelo

Grava Arena Limo Arcilla