mecánica de suelos 1

2. Propiedades Físicas e Índice del Suelo o
Propiedades Elementales del Suelo

3. INDICE :
CAPITULOIII 1. INTRODUCCIÓN
2. DEFINICIONES BÁSICAS
3. FASES DEL SUELO
4. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SUELO EN INGENIERÍA
5. RELACIÓN MASA - VOLUMEN
6. FÓRMULAS UTILIZADAS PARA SUELOS SECOS, PARCIALMENTE
SATURADOS y SATURADOS.

4. 1. INTRODUCCION
Este capitulo contiene términos y definiciones
empleados por los Ingenieros Geotécnicos que
describen Las Propiedades Físicas e Índice de
los Suelos.

5. 2. DEFINICIONES BÁSICAS
RELACIÓN MASA-VOLUMEN
• En Mecánica de Suelos como en otras áreas de Ingeniería
existen relaciones fundamentales que llegan hacer
definiciones que son usadas en el contexto habitual.
• Ejemplo:
Si en campo extraemos un cubo de 1x1x1cm. El bloque
estaría formado por:

6. 1.- POROS O VACIOS
Son espacios abiertos entre granos del suelo de
varios tamaños.
2.-GRANOS DE SUELO
Pueden ser macroscópicos o
microscópicos en tamaño.

7. • 3.- HUMEDAD DEL SUELO
• Característica del suelo en el que puede aparecer
desde húmedo, mojado o algo seco. El agua de los
poros, de los huecos o agua intersticial puede estar en
cantidad suficiente para llenar completamente los
huecos (suelo saturado) o puede solo rodear l os
granos del suelo.

8. Casos Especiales
• Peso Unitario Saturado ( 𝛾𝑠𝑎𝑡 ) : Cuando todos los
huecos están llenos de agua.
• Peso Unitario Seco : Cuando se coloca el cubo de
suelo en un horno y se seca hasta un peso constante y
se vuelve a pesar.

9. Unidades y Símbolos recomendados por el Comité
Geotécnico de Nomenclatura
• Unidades : 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
, 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒3
, kn/𝑚3
• Peso Unitarios del Suelo o de cualquier Material
• 𝛾 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙
• Si el agua a 4°C tiene una masa de 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3 o de
62.38 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒3
, el peso del agua a 4°C es :
• 𝛾 𝑤 =
62.4
1
= 62.4 𝑙𝑝𝑐

10. En Unidades SI
• 𝛾 𝑤 = 1
𝑔𝑟
𝑐𝑚3 ∗ 9.807
𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠
𝑔𝑟
∗ 1𝑥10−5 ∗
𝑁
𝑑𝑖𝑛𝑎
• 1𝑥106
∗
𝑐𝑚3
𝑚3 ∗ 1𝑥
𝐾𝑁
1000𝑁
= 9.807
𝐾𝑁
𝑚3
Factores de Conversión: para convertir la unidad de
masa común en laboratorio de gr/cm3 a unidad SI
correcta de KN/m3 es:
𝑔𝑟
𝑐𝑚3
𝑥9.807 = 𝐾𝑁/𝑚3
1pie =0.3048m o 1m = 3.02808 pie

11. • Los suelos están formados por partículas pequeñas
(desde micras a algunos centímetros).
• El suelo es un sistema multifase (bifase o trifase)
• Desde el punto de vista Geológico el suelo se define
como un agregado mineral unidos por fuerzas
débiles de contacto.
3. FASES DEL SUELO

12. • A nivel practico frente
a las acciones que
introducen las obras
de Ingeniería supone
un Movimiento de
esas partículas a
través de
deslizamientos

13. Relaciones Volumétricas y Gravimétrica o
Propiedades Básicas de los Suelos en Ingeniería
• SUELO EN ESTADO NATURAL

14. • La fig. muestra un elemento de suelo cuyo volumen
es V y peso W en estado natural.
Para obtener las Relaciones Volumétricas y
Gravimétricas se separan las 3 fases (Fa, Fi, Fs).
De la fig. El volumen es:
• 𝑉 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑣 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎
• 𝑉𝑠 = Vol. de solidos de suelo.
𝑉𝑣= Vol. de vacíos(vol. de huecos del suelo)
𝑉𝑤= Vol. de agua en vacíos(huecos ocupados por
agua).
• 𝑉𝑎= Vol. de aire en los vacíos. Huecos llenos de
aire.

15. 𝐹𝐴𝑆𝐸𝑆 𝐷𝐸𝐿 𝑆𝑈𝐸𝐿𝑂
𝑊 = 𝑊𝑠 + 𝑊𝑤
𝑊𝑠= Peso de los solidos del suelo
𝑊𝑤= Peso del agua

16. RELACIONES DE PESO Y VOLUMEN
• 1.- Peso especifico de la Masa del Suelo:
𝛾 𝑚 𝑜 𝛾 𝑚 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚
(Peso volumétrico de la masa de suelo).
• 2.- Peso especifico de la Fase Liquida (𝛾 𝑤)
𝛾 𝑚 =
𝑊𝑤
𝑉𝑤
• 3.- Gravedad especifica de la Masa del Suelo(𝐺 𝑚)
𝐺 𝑚 =
𝛾 𝑚
𝛾𝑜
=
𝑊𝑚
𝑉𝑚 𝛾𝑜
=
𝑊𝑤 + 𝑊𝑠
𝑉𝑚 𝛾𝑜

17. • 4.- Gravedad especifica de la Fase Liquida (𝐺 𝑤)
𝐺 𝑤 =
𝛾 𝑤
𝛾𝑜
• 5.- Gravedad especifica de la Fase Solida (𝐺𝑠)
𝐺𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾𝑜
=
𝑊𝑠
𝑉𝑠 ∗ 𝛾𝑜
; 𝛾𝑜 = 𝛾 𝑤
• 6.- Peso Volumétrica de Masa Seca
𝛾 𝑑 =
𝑊𝑠
𝑉 𝑚
o Si la fase liquida es agua 𝛾 𝑤 = 𝛾𝑜 = 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3
,
unidades :
𝛾 𝑚=gr/cm3, kg/m3, lb/pie3, etc ; 𝛾𝑠=kg/m3
𝛾𝑜=1gr/cm3, 1Tn/m3, 1000kg/m3, 9.81KN/m3
62.4lb/pie3, etc.
Gm, Gs, Gw= son unidades
Wm=Vm.Gm.𝛾 𝑤 ; Ws= Vs.Gs.𝛾 𝑤
𝑊𝑤 = 𝑉𝑤. 𝐺 𝑤. 𝛾 𝑤

18. RELACIONES DE PESO
• Contenido de Humedad W o Contenido de Agua o
Humedad Natural
Mas usada
𝑊 𝑤
𝑊𝑠
∗ 100 ; 𝑊´ =
𝑊𝑛
𝑊 𝑇
=
𝑊 𝑤
𝑊𝑠+𝑊 𝑤
La cantidad de agua en una masa de suelo se
expresa en términos de contenido de humedad.

19. RELACION DE VOLUMEN
RELACION DE VACIOS (e) o INDICE DE POROSIDAD
• La cantidad de vacíos también puede medirse en
términos de la razón de vacíos.
• 𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
Se expresa en decimales, usado en
Ingeniería Geotécnica
• POROSIDAD (n)
• 𝑛 =
𝑉𝑣
𝑉 𝑚
𝑥100 Se en %.

20. GRADO DE SATURACION (s)
• Es el porcentaje del volumen total de poros que
contiene agua.
𝑆 =
𝑉 𝑤
𝑉𝑣
𝑥100
De las relaciones anteriores se deduce:
𝑉𝑣 =
𝑒
1 + 𝑒
𝑉𝑚 ; 𝑉𝑠 =
1
1 + 𝑒
. 𝑉𝑚 ;
𝑉𝑤 =
𝑆𝑒
1 + 𝑒
. 𝑉𝑚

21. OBSEVACIONES:
• e= -Teórico 0<e<∞ Practico 0.25<e<25
- Áreas naturales 0.5<e<0.8 Suelos cohesivos
0.7<e<0.11
• n= -Teórico 0%<n<100% Practico 0.25<e<25
w= -Teórico 0<w<∞ Practico 0%<n<90%
- Mayoría de suelo w≤ 60%
• S= -Teórico 0<S<100% Seco S=0
- Saturado S=100

22. EJEMPLOS:
• 1). 𝑒 =
1.2𝑐𝑚3
0.6𝑐𝑚3
; e = 2.0 se representa en decimal
• 𝑒 = 2.8 ; 2.8 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
; 𝑉𝑉 = 2.8𝑉𝑠
Significa que el volumen de vacíos es 2.8 veces mayor
que el volumen de solidos. «e» varia desde 0.25 (arenas
muy compactas) hasta 15 (arcillas de alta compresibilidad)
• 2) 𝑛 = 80%
𝑉𝑣 = 80% ;𝑉𝑣 𝑒𝑠 𝑒𝑙 80% del volumen total
• 𝑉𝑠 = 20%
𝑛 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 20%(arenas mas compactas) hasta
94% (arcillas de alta compresibilidad)

23. • 3). Si 𝑤 = 13.5% ; 13.5 =
𝑊𝑤
𝑊𝑠
𝑊𝑤 = 13.5%𝑊𝑠
• 4). Si 𝑆 = 25% 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑆)
25% =
𝑉𝑤
𝑉𝑣
; 𝑉𝑤 = 25%. 𝑉𝑣
• Significa que solamente el 25% de vacíos es ocupado
por el agua y el 75% por aire.
PESO VOLUMETRICO DEL SUELO SUMERGIDO
(𝛾′ 𝑚)
𝛾′ 𝑚 = 𝛾 𝑚 − 𝛾 𝑂 ; 𝛾′
𝑚 =
𝑆𝑠 − 1
1 + 𝑤. 𝑆𝑠
∗ 𝛾 𝑑

24. SUELO SECO
• 𝑊𝑚 = 𝑊𝑠 ; 𝑊𝑚 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜
𝑤 = 0 ; 𝑤 =
𝑊 𝑤
𝑊𝑠
; Gw = 0

25. SUELO SATURADO
• 𝑊𝑚 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜
W𝑚𝑎𝑥

26. SUELO PARCIALMENTE
SATURADO

27. D ESLIZAMIENTO Y GIRO Depende de
• La proporción de materia solida; tamaño y distribución
de las partículas; volumen relativo de huecos ( mayor
volumen el suelo es mas deformable).
• En los suelos se debe analizar:
La deformabilidad : cargas y acciones exteriores
(tensiones normales, tangenciales)
El flujo del agua en el interior del suelo condiciona su
respuesta ya que las deformaciones causadas por
cargas necesitan un tiempo para
producirse(consolidacion).

28. EN SUELOS PARCIALMENTE
SATURADOS
• Asumiendo que se conoce Vs
1. Si 𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
; 𝑉𝑣 = 𝑒 ∗ 𝑉𝑠
2. 𝑉𝑚 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑣
𝑉𝑚 = 𝑉𝑠 + 𝑒𝑉𝑣 = 𝑉𝑠 1 + 𝑒
3. 𝛾𝑠 =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
𝑊𝑠 = 𝑉𝑠 ∗ 𝛾𝑠 ; 𝑝𝑒𝑟𝑜
𝑆𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾0
; 𝑆𝑠 𝛾𝑜 = 𝛾𝑠

29. 4.- w =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
; 𝑊𝑤 = 𝑤𝑊𝑤
𝑊𝑤 = 𝑤𝑉𝑠 𝑆𝑠 𝛾𝑜
5.- 𝑊𝑚 = 𝑊𝑠 + 𝑊𝑤
𝑉𝑚 = 𝑉𝑠 𝑆𝑠 𝛾𝑜(1 + 𝑤)
6.- 𝛾 𝑤 =
𝑊 𝑤
𝑉 𝑤
; 𝑉𝑚 =
𝑊 𝑤
𝛾 𝑤
𝑉𝑚 =
𝑤. 𝑉𝑠. 𝑆𝑠. 𝛾𝑜
𝛾𝑜
; 𝛾𝑜 = 𝛾 𝑤 = 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3
7.- 𝑉𝑣 = 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎 ; 𝑉𝑎 = 𝑉𝑣 − 𝑉𝑤
𝑉𝑎 = 𝑒. 𝑉𝑠 − 𝑤. 𝑉𝑠. 𝑆𝑠
𝑉𝑎 = 𝑉𝑠(𝑒 − 𝑤. 𝑆𝑠)

30. • Si se sabe que 𝛾 𝑚 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚
𝑦 𝑆 𝑚 =
𝛾 𝑚
𝛾 𝑜
𝛾 𝑚 = 𝑆 𝑚. 𝛾𝑜 𝑆 𝑚. 𝛾𝑜 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚
• 𝑆 𝑚. 𝛾𝑜 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚
reemplazando valores obtenidos
para Wm y Vm.
• 𝑆 𝑚 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚.𝛾 𝑜
; 𝑆 𝑚 =
𝑉𝑠 𝑆 𝑠 𝛾 𝑜(1+𝑤)
𝑉𝑠. 1+𝑒 .𝛾 𝑜
• 𝑆 𝑚 =
𝑆 𝑠 (1+𝑤)
1+𝑒
; 𝐺 𝑤 =
𝑉 𝑤
𝑉𝑣
reemplazando Vm y Vv
𝐺 𝑤 =
𝑤𝑆 𝑠 𝑉𝑠
𝑉𝑠. 𝑒
; 𝐺 𝑤 =
𝑤𝑆 𝑠
𝑒

31. • 𝑛 =
𝑉𝑣
𝑉 𝑚
; 𝑛 =
𝑒.𝑉𝑠
𝑉𝑠. 1+𝑒
; 𝑛 =
𝑒
1+𝑒
o
e =
𝑛
1 − 𝑛

32. Asumiendo que se conoce Vm
• 1. 𝑛 =
𝑉𝑣
𝑉 𝑚
; 𝑛. 𝑉𝑚 = 𝑉𝑚
• 2. 𝑉𝑚 = 𝑉𝑣 + 𝑉𝑠 ; 𝑉𝑠 = 𝑉𝑚 − 𝑉𝑣
𝑉𝑠 = 𝑉𝑚 − 𝑛. 𝑉𝑚 ; 𝑉𝑠 = 𝑉𝑚(1 − 𝑛)
• 3. 𝛾𝑠 =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
𝑊𝑠 = 𝑉𝑠 ∗ 𝛾𝑠 ; 𝑊𝑠=𝑉𝑚(1 − 𝑛)𝛾𝑠
𝑝𝑒𝑟𝑜 𝑆𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾0
; 𝑆𝑠 𝛾𝑜 = 𝛾𝑠
𝑊𝑠=𝑉𝑚 1 − 𝑛 𝛾𝑠. 𝑆𝑠
4. w =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
; 𝑊𝑤 = 𝑤𝑊𝑠
𝑊𝑤 = 𝑤𝑉𝑚. (1 − 𝑛)𝑆𝑠 𝛾𝑜

33. 5.- 𝑊𝑚 = 𝑊𝑠 + 𝑊𝑤
𝑊𝑚 = 𝑉𝑚. 1 − 𝑛 𝑆𝑠 𝛾𝑜 +w. 𝑉𝑚. 1 − 𝑛 𝑆𝑠 𝛾𝑜
𝑊𝑚 = 𝑉𝑚. 1 − 𝑛 𝑆𝑠 𝛾𝑜(1 + 𝑤)
6.- 𝛾 𝑤 =
𝑊 𝑤
𝑉 𝑤
; 𝑉𝑚 =
𝑊 𝑤
𝛾 𝑤
=
𝑤.𝑉 𝑤.(1−𝑛)𝑆 𝑠 𝛾 𝑜
𝛾 𝑤
𝑉𝑤 = w. 𝑉𝑚. 1 − 𝑛 𝑆𝑠
Si 𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
𝑒 =
𝑛.𝑉 𝑚
𝑉 𝑚(1−𝑛)
; 𝑒 =
𝑛
1−𝑛
; 𝑛 =
𝑒
1+𝑒

34. • 𝐺 𝑤 =
𝑉 𝑤
𝑉𝑣
𝐺 𝑤 =
𝑤𝑆 𝑠 𝑉 𝑚(1−𝑛)
𝑛.𝑉𝑚
• 𝐺 𝑤 =
𝑤𝑆 𝑠 (1−𝑛)
𝑛
𝐺 𝑤 =
𝑤𝑆 𝑠
𝑒
• 𝛾 𝑚 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚
𝑦 𝑆 𝑚 =
𝛾 𝑚
𝛾 𝑜
𝛾 𝑚 = 𝑆 𝑚. 𝛾𝑜 𝑆 𝑚 =
𝑊 𝑚
𝑉 𝑚.𝛾 𝑜
• 𝑆 𝑚 =
𝑉 𝑚 1−𝑛 .𝛾 𝑜.𝑆 𝑠.(1+𝑤)
𝑉 𝑚.𝛾 𝑜
• Sm = Ss.(1+w).(1-n)
• Expresando en función de «e» : 𝑛 =
𝑒
1+𝑒
𝑆 𝑚 = 𝑆𝑠 1 + 𝑤 . 1 −
𝑒
1 + 𝑒
𝑆 𝑚 =
𝑆𝑠. (1 + 𝑤)
1 + 𝑒

35. SUELO SATURADO
• Gw=100% Wmax 𝛾 𝑚 𝑚𝑎𝑥

36. • 1. 𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
𝑉𝑣 =e. 𝑉𝑠
• 2. 𝑉𝑚 = 𝑉𝑣 + 𝑉𝑠 = 𝑉𝑠 + 𝑒. 𝑉𝑠 ; 𝑉𝑚 = 𝑉𝑠(1 + 𝑒)
• 3. 𝛾𝑠 =
𝑊𝑠
𝑉𝑠
; 𝑊𝑠 = 𝑉𝑠 ∗ 𝛾𝑠
• Teniendo en cuenta que: 𝑆𝑠 =
𝛾𝑠
𝛾0
; 𝑆𝑠 𝛾𝑜 = 𝛾𝑠
• 𝑊𝑤 = 𝑤𝑉𝑠 𝑆𝑠 𝛾𝑜
• 4. 𝛾 𝑤 =
𝑊 𝑤
𝑉 𝑤
; 𝑊𝑤 = 𝛾 𝑤. 𝑉𝑤 ; 𝑊𝑤 = 𝛾 𝑤. 𝑉𝑤. 𝑒
pero 𝛾 𝑤 = 𝛾𝑜 ; 𝑊𝑤 = 𝛾 𝑤. 𝑉𝑤. 𝑒

37. SUELO SECO
• Ausencia total de agua
• Se obtiene en el lab. Sometido a temperaturas de
105°C durante 24 horas.

38. APLICACIONES.
PRESA CENTENARIO,
TEQUISQUIAPAN QUERÉTARO

39. APLICACIONES.
PUENTES.

40. APLICACIONES.
DESNIVELES.

41. APLICACIONES.
DESNIVELES.

42. APLICACIONES.
TALÚDES.

43. APLICACIONES.
TÚNELES Y VÍAS DE
COMUNICACIÓN

44. APLICACIONES.
EVITAR DESGAJES SOBRE VÍAS DE
COMUNICACIÓN.

45. APLICACIONES.
LIMITAR VÍAS DE COMUNICACIÓN.

46. APLICACIONES.
LECHOS DE RÍOS.