2. 1 FASES DEL SUELO
Son: solido , liquido y gaseoso
Fase solida.- esta constituida por partículas solidas de los minerales
incluyendo el material no evaporable del agua evaporada que queda
absorbida
Fase liquida.- constituida por el agua libre, la humedad higroscópica
Y la humedad intersticial evaporables a 105ºC
Fase gaseosa.- constituida por el aire y otros gases o vapores que
ocupan los vacíos intergranulares (los gases mas frecuentes son
vapores de sulfuros y anhídrido carbónico)
3. 2 REPRESENTACION ESQUEMATICA
La representación de una muestra de suelo se la designa según la siguiente
nomenclatura:
Vt =Vs +Vv
Vv=Vw+Va
-> Vt=Vs +Vw +Va
Vt = volumen total
Vs = volumen de solidos
Vv= volumen de vacíos
Vw= volumen del agua (fig III-1)
Va= volumen del aire
Se puede representar en función de pesos dichos volúmenes
Wt= Ws + Ww + Wa
Wa=0
-> Wt=Ws + Ww
Wt= peso total
Ws= peso de solidos
Ww= peso del agua
4.
5. 3 RELACIONES FUNDAMENTALES
los métodos normalizados de los ensayos de laboratorio nos dan valores de Wm , Vt,
Ws, Gs. Con valores aceptables y no exactos
Por definición se denomina:
Relación de vacíos (e).- es la relación de volúmenes de vacíos y solidos e=Vv/Vs
0,6 < e < 5,3 (ver tabla III-2 y tabla III-6 (valores y materiales mas comunes)
Porosidad (n).- es la relación entre el volumen e vacíos y el volumen total n=Vv/Vt
%n= (Vv/Vt)*100; n<1 ; %n < 100% tabla III-2 ; tabla III-6
Saturación.(Sw) .- es la relación entre el volumen el agua y el volumen de vacíos
Sw=Vw/Vv; %Sw=(Vw/Vv)*100 ; Sw= 0 (suelo seco) ; Sw= 1 (suelo saturado)
Aereacion (Sa) .- relación entre el del aire y el volumen de vacíos
Sa = 1-Sw; %Sa= 100- %Sw; Sa= 0 (suelo saturado) ; Sa = 1 (suelo seco)
6. 3 RELACIONES FUNDAMENTALES
Contenido de humedad(w).-relación del peso del agua y el peso de los solidos
w=Ww/Ws; %w= (Ww/Ws9*100, w=0 (suelo seco); 0<w<2 suelo húmedo
w=1 -> Sw=1 => e= Gs;
w> 1 -> e > 2,65 => arcillas bentonitas
ver tablas III-2, III-6
Peso especifico de los solidos (γs).- relación entre el peso de los solidos y el volumen
de los solidos.
γs=Ws/Vs -> se denomina también ( gravedad especifica; densidad absoluta;
peso especifico aparente; peso unitario verdadero) ver tabla III-1
Densidad del agua (γwt).- relación entre el peso del agua destilada, contenido en un
volumen unitario a una determinada temperatura (T).
γwt =Ww/Vu: (gr/cc = kg/dm3=Tn/m3); T=°C; γwt >= 0,9591
denominado (gravedad especifica del agua; peso especifico del agua;
densidad absoluta del agua; peso unitario dela agua)
7. 3 RELACIONES FUNDAMENTALES
Gravedad especifica de los solidos (Gs).- es la relación entre el peso de un material con
el peso de agua pura de un volumen similar y una misma temperatura.
Gs= γs/γwt:T=°C ; γwt= 1 gr/cc:T=°C; γw= 1
Gravedad especifica del agua (Gw).- es la relación entre la densidad del agua, con
respecto a la densidad del agua a la temperatura de calibración (Tc=20°C)
Gw= γwt/γwtc
Peso unitario húmedo de un suelo (γm).- relación entre el peso húmedo de la muestra
(Wm) con respecto al volumen total (Vt)
γm=Wm/Vt; 0< Sw < 1 => 0< w < 1 ver tabla III-2
Peso unitario seco de un suelo (γd).- relación entre el peso seco de la muestra con
respecto al volumen total de muestra.
γd=Ws/Vt; Sw= 0 => w=0 ver tabla III-2
8. 3 RELACIONES FUNDAMENTALES
peso unitario saturado (γsat).- relación entre el peso masivo total saturado y el
volumen total de la muestra
γsat=Wsat/Vt; Sw= 1; tablas II-2 y III-6
denominado también ( peso especifico saturado, densidad saturada )
Peso unitario sumergido (γb).- es la diferencia entre el peso unitario saturado y la
densidad del agua
γb= γsat- γw; γw=1 gr/cc = 1 ton /m3 = 1 kg/dm3; a la temperatura de ensayo
Grado de compacidad (GC) o (Dr) .- es el estado natural de un suelo no cohesivo
GC= Dr = (emax-enat)//(emax-emin) *100
emax= γs/γdmin -1; emax= γs/γdmax -1; enat= γs/γnat -1
tabla III-4; pesos específicos : γd seco, γs solido
9. 4 ENSAYOS BASICOS DE LABORATORIO
De las muestras inalteradas y alteradas llevadas a laboratorio se puede determinar los
demás datos (ver cuadro -1)
nivel de muestras básicas
Gravedad especifica de los
solidos (Gs);
peso muestra (Wm);
w=humedad ;
γm =peso especifico húmedo
γs=peso especifico solido
γd=peso especifico seco
γb=peso unitario sumergido
e= relación de vacíos
n= porosidad
S= saturación
10. Determinación de parámetros
Determinación de (Wm).- el peso total de una muestra se determina por el pesaje
directo del suelo húmedo en una balanza
En carreteras se usa la formula:Wm = Dmax*Kg.
Determinación de (Ws).- el peso seco de una muestra, se determina secando una
porción de ella y secarla conforme a especificaciones y aplicar los resultados a toda la
muestra.
Las muestras de humedad se secan en hornos normalizados con termostatos a 105°C +-
5°C, hasta peso constante.
Para pesar el Ws , se utiliza balanzas normalizadas, para cada ensayo.
Determinación del (Vt).- el volumen total de una muestra se determina según:
1.- Suelos finos plásticos: tallando formas geométricas de cuerpos regulares, (cubos,
paralelogramos, cilindros, etc), manteniendo las muestras inalterables, se mide
directamente las dimensiones medias. Ejem Vt=A*h
11. Determinación de parámetros
2.- Suelos plásticos y granular: no es posible obtener figuras geométricas, entonces se
toma un trozo de muestra natural y sumergirlo en un recipiente lleno de mercurio,
pesando la cantidad de Hg desplazado y dividido por el peso especifico del Hg.
Vt=WHg/γHg ; γHg 013,56 gr/cc
3.- Suelos en general.- tiene cohesión y fricción (gruesos y finos), sacara un pequeño
bloque representativo y sumergirlo en parafina derretida y luego aplicar el principio de
Arquímedes y determinar el volumen total de la muestra, por pesaje en el aire y
sumergido, de la muestra con y sin parafina, según la siguiente formula:
12. Determinación del γs.- peso especifico de la partículas solidas del suelo según la form:
γs= Ws/Vs, el Ws se encuentra secando la muestra, utilizando hornos normalizados hasta un peso cnst.,
y para determinar el volumen neto de los solidos del suelo (Vs), se aplica el principio de Arquímedes ,
pesando la muestra en aire y luego sumergido. De manera que la diferencia de peso nos da el volumen,
sin embargo en importante considerar la variación de la densidad el agua con la temperatura γWT
(Ws) peso muestra seco
(T)Temperatura del agua
(WwT) peso del agua a temperaturaT
(Vs) volumen de solidos
(D) Peso Pignómetro lleno de agua
(A) peso seco de la muestra saturada
(E) Peso pignometro +muestra
SegúnASTM ,AASHTO
13. Determinación γm densidad húmeda de un suelo se determina mediante la form.
γm=Wm/Vt:
(Wm) peso total de una muestra, (Vt) volumen total de la muestra. Analizados
Determinación de (w).- la humedad de un suelo por definición se determina mediante:
w= Ww/Ws: (Ww) peso del agua contenida en una muestra húmeda; (Ws) peso
de la muestra seca
1ªse pesa la muestra húmedaWm,
2ª se seca en horno hasta obtener el Ws, a 60ºC o 110ºC, a presión reducida de aire
el peso del agua es la diferencia Ww=Wm-Ws
Determinación de (γd).-peso unitario seco de una muestra
γd=Ws/Vt o también γd= γm /(1+w )
Determinación de (e).- la relación de vacíos se puede determinar mediante:
e=Vv/Vs; 1ªobtener (Vt) -> (Ws) -> (γs) -> (γwT) , ver tabla III-5
e= γs/ γd-1
Determinación de parámetros
14. 5 PESOS ESPECIFICOS
El peso especifico es la relación entre el peso al aire de las partículas solidas de un suelo
y el volumen que ocupan dichas partículas. (γs)
El cuadro III-2 especifica los diferentes métodos para determinar los pesos específicos
de los diferentes materiales de un suelo (gravas , arenas y finos) y cada uno tiene
diferentes procedimientos.
entre las especificaciones mas importantes se tiene las siguientes normas: ASTM,
AASHTO
16. 6 COMPACTACION
Proceso de disminución de vacíos de un suelo, aumentando la cantidad de solidos en un
volumen unitario de medida. y para que este estrechamiento sea posible se lubrica sus
partículas con agua, y se aplica energía o trabajo que ponga en movimiento sus
partículas.
Estados del suelo.
Suelo seco sin lubricación -> pequeño incremento de la densidad y energía de
compactación excesiva
Suelo seco con lubricación -> incremento de la densidad y misma energía de
compactación
Suelo seco con excesiva lubricación -> disminución de la densidad y ya no absorbe la
energía de compactación y se pierde su forma
Existe por tanto una punto ideal de humedad con el cual la densidad es máxima, para
una misma cantidad de energía de compactación, dicho humedad se denomina.
humedad optima y su densidad correspondiente se llama densidad máxima (fig III-5)
curva de compactación
18. 6 COMPACTACION
Métodos de compactación:
Naturales.-
• vibraciones símicas
• Lluvia
• Fuerza de filtración
• Hinchamiento y contracciones
• Alternos combinados con la acción de la gravedad y peso de otras capas
Artificiales:
• Vibración del trafico
• Aplicación de equipos de compactación (compactadoras)
Los métodos de compactación en laboratorio son formas equivalentes de lo que ocurre
en obra
Ver tabla III-8
19.
20. 7 DENSIDAD EN SITIO
Son ensayos de comprobación y verificación de densidades en sitio de terraplenes
compactados, esta verificación se la somete a tratamientos estadísticos, a fin de evitar
discusiones interminables entre partes interesadas.
Al determinar la densidad del punto analizado en una plataforma, se la compara con la
densidad máxima determinada por el método de compactación especificada para
laboratorios.
Existen varios procedimientos para determinar la densidad de una plataforma en
construcción, similares a las señaladas para la densidad natural.
Suelos finos o gravosos-> a) cubrimiento con parafina (ya explicado) ; b) método nuclear
Método nuclear.- son densímetros nucleares que miden la densidad y humedad con
equipos electromecánicos y se las mide de dos maneras:
• transmisión directa.- introducir una varilla en la plataformas a una profundidad deseada y
su pastilla radiactiva en el extremo
• transmisión indirecta.- la pastilla radiactiva se apoya al suelo sin ninguna perforación por
la varilla
