Este documento trata sobre la mecánica de suelos e introduce el tema. Explica que los suelos se forman a través de procesos de meteorización física, química y biológica de las rocas, los cuales crean un perfil de meteorización. También define la mecánica de suelos como la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a problemas de ingeniería relacionados con sedimentos y otras acumulaciones de partículas sólidas producidas por la desintegración

1. MECANICA DE SUELOS - INTRODUCCION
Moquegua , Agosto del 2014
Ing. Tulio Guadalupe Mendizábal
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
FACULTAD: INGENIERIA Y ARQUITECTURA

2. “Así, todo el que escucha
mis palabras y las pone en
práctica, puede compararse a un
hombre sensato que edificó su
casa sobre roca. Cayeron las
lluvias, se precipitaron los
torrentes, soplaron los vientos y
sacudieron la casa; pero ésta no
se derrumbó porque estaba
construída sobre roca. Al
contrario, el que escucha mis
palabras y no las practica, puede
compararse a un hombre
insensato, que edificó su casa
sobre arena. Cayeron las lluvias,
se precipitaron los torrentes,
soplaron los vientos y
sacudieron la casa: ésta se
derrumbó, y su ruina fue grande”
(Mateo 7, 24-27)

5. Hidráulica Estructuras y Construcción
Ing.Civil
Transporte
Geotécnica
Metalurgia
Ing.Minas
Operaciones
Mineras
Geotecnia
Minera
Geología
Minería y Energía
Paleontología
Ambiental e
Hidrogeología
Petrología
Aplicada
Estructural y Tectónica

6. Geotecnia

7. Proyecto Geotecnico Tipico

8. Historia de la Mecánica de Suelos
Leonardo da Vinci (fines S.XV)
Coulomb (1773)
Darcy (1856)
Rankine (1857)
Boussinesq (1872), Mohr (1882)
Prandtl , Fellenius (entre 1900 y 1920)
Terzaghi (1925, 1936, ......)
Peck, Casagrande, Meyerhoff, Taylor,
Skempton, Bjerrum
Porter, Proctor, Hveem, Seed
Hansen, Lambe, Mitchel, Poulos

10. Karl Terzaghi (1943)
“La Mecánica de Suelos es la
aplicación de las leyes de la
Mecánica y la Hidráulica a los
problemas de ingeniería que tratan
con sedimentos y otras
acumulaciones de partículas
sólidas, producidas por la
desintegración mecánica o
descomposición química de las
rocas, independientemente de que
tengan o no contenido de materia
orgánica”

11. La geósfera corresponde a la porción sólida del planeta y
está formada por tres grandes zonas que son:
Corteza terrestre: porción en la cual se encuentra un
lecho rocoso y duro, constituido por distintos tipos de
rocas. Su espesor varía entre 6 y 70 kilómetros. En ella
se distinguen la corteza continental y la corteza oceánica.
Esta corteza terrestre posee a su vez varias capas con
características diferentes:
-Capa superficial: tiene un grosor que varía de 500 a
1.000 metros. Formada fundamentalmente por una
delgada porción externa, llamada suelo, y por rocas
sedimentarias.
-Capa intermedia: corresponde a la corteza continental,
tiene un espesor medio muy variable entre 25 km y 70 km
, su densidad media es de 2,7 gr/cm3.
- Capa basáltica inferior: es la misma corteza oceánica, y
es la base de los océanos. Tiene un espesor de 10 a 20
Km.
Manto terrestre: está inmediatamente después de la
corteza oceánica, su espesor es de unos 2.800
kilómetros. Las rocas que lo forman pueden desplazarse
lentamente una sobre otra.
Núcleo terrestre: parte más profunda de la geósfera, en
la que se distingue el núcleo externo, parcialmente
fundido, de unos 2.000 kilómetros de espesor y el núcleo
sólido interno, que tiene un espesor de 1.500 kilómetros.

12. El suelo es algo más que un agregado de partículas orgánicas
e inorgánicas, sin organización: es un conjunto con
organización definida y propiedades que varían
"vectorialmente". En la dirección vertical generalmente sus
propiedades cambian mucho más rápidamente que en la
horizontal: el suelo tiene un perfil.
Para el agrónomo, los suelos son la parte superficial de la
corteza capaz de sustentar vida vegetal. El apreciará el hecho
de que el cultivo a que está destinada la capa superficial no es
el más adecuado de acuerdo a la naturaleza de las sustancias
químicas presentes.
Para el geólogo es todo material intemperizado en el lugar en
que ahora se encuentra y con contenido de materia orgánica
cerca de la superficie (no toma en cuenta los materiales
transportados no intemperizados posteriormente a su
transporte).
Para Juárez Badillo y Rico Rodríguez, por suelo se entiende
todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio,
hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves (se
excluyen las rocas sanas, ígneas o metamórficas y los
depósitos sedimentarios altamente cementados, que no se
ablanden o desintegren rápidamente por acción de la
intemperie)..

13. Los suelos tienen su origen en los
macizos rocosos preexistentes que
constituyen la roca madre, sometida
a la acción ambiental disgregadora de
la erosión en sus tres facetas:

14. PROCESOS EXTERNOS DE LA
TIERRA
• Meteorización – fragmentación física
(desintegración) y alteración química
(descomposición) de las rocas de la superficie
terrestre
• Procesos gravitacionales – transferencia de roca y
suelo pendiente abajo por influencia de la
gravedad
• Erosión – eliminación física de material por
agentes dinámicos como el agua, el viento, el hielo
o la gravedad

15. METEORIZACIÓN
• Dos tipos
• Meteorización mecánica – fragmentación de
rocas en piezas más pequeñas
• Tipos de meteorización mecánica
– Fragmentación por el hielo
– Descompresión
– Expansión térmica
– Actividad biológica

16. FRAGMENTACIÓN POR EL HIELO
Fragmentación por el hielo
Figura 6.3

17. METEORIZACIÓN
• Meteorización química
• Descomposición de los componentes de las
rocas y las estructuras internas de los
minerales
• El agente más importante es el agua
– Responsable del transporte de iones y moléculas
implicadas en el proceso químico

18. METEORIZACIÓN
• Los principales procesos de meteorización
química
• Disolución
– Con ayuda de una pequeña cantidad de ácido en el agua
• Oxidación
– Se produce cuando se pierden electrones de un elemento durante
la reacción
• Hidrólisis
– La reacción de cualquier sustancia con el agua
– Los iones de hidrógeno atacan y sustituyen a otros iones

19. METEORIZACIÓN
• Alteraciones causadas por la meteorización química
• Descomposición de los minerales inestables
• Formación o retención de los materiales
estables
• Cambios físicos como el redondeado gradual
de las de las esquinas y los bordes

20. TABLA 6.1 Productos de meteorización
Mineral Productos residuales Material en solución
Cuarzo
Feldespato
Anfíbol
(Homblenda)
Olivino
Granos de cuarzo
Minerales de la arcilla
Minerales de la arcilla
Limonita
Hematites
Limonita
Hematites
Sílice
Sílice K+, Na+, Ca2+
Sílice
Ca2+, Mg2+
Sílice

21. VELOCIDADES DE METEORIZACIÓN
Factores que afectan a la meteorización
• Área superficial
• Características de la roca
– Las rocas que contienen calcita (mármol y piedra
caliza) se disuelven fácilmente incluso en una
solución débilmente ácida
– Los minerales silicatos se meteorizan en el mismo
orden que el de su cristalización

22. METEORIZACIÓN DE LOS
SILICATOS COMUNES
Feldespato potásico
Mica moscovita
Figura 6.9
Ambiente de
formación
Temperatura
elevada
(primero en
cristalizar)
Temperatura
baja (último en
cristalizar)
Silicatos
Susceptibilidad a la
meteorización química
Cuarzo
Plagioclasa cálcica
Plagioclasa
sódica
Menos
resistente
Más
resistente
Piroxeno
Anfíbol
Biotita
Olivino

23. CRECIMIENTO EN EL ÁREA
SUPERFICIAL
Figura 6.1
4 unidades cuadradas x
6 lados
x 1 cubo =
__________________
24 unidades cuadradas
1 unidad cuadrada x
6 lados
x 8 cubos =
__________________
48 unidades cuadradas
0,25 unidades cuadradas x
6 lados
x 64 cubos =
_____________________
96 unidades cuadradas
4 unidades
cuadradas
1 unidad
cuadrada

24. VELOCIDADES DE METEORIZACIÓN
• Clima
– Factores como la temperatura y la humedad
– La meteorización química es más efectiva en
áreas de clima húmedo y cálido
• Meteorización diferencial
– Las rocas no se meteorizan de una manera
uniforme debido a factores locales y regionales
– Es responsable de la creación de formaciones
rocosas y morfologías inusuales, a veces
espectaculares

25. Meteorización
esferoidal de
una roca
intensamente
diaclasada
Figura 6.6 A y B
Diaclasas

26. METEORIZACIÓN CONTROLADA DE
UNA ROCA DIACLASADA
Figura 6.6 D

27. FACETA FÍSICA
Debida a cambios térmicos (lo que origina dilataciones
diferenciales entre los diferentes minerales y da lugar a
acciones y fisuras internas) y a la acción del agua
(arrastres de fragmentos ya erosionados; posible acción
directa por congelación, que produce tensiones internas
por el aumento de volumen del hielo respecto al agua;
acción alternante de humedad-sequedad a lo largo del
tiempo, etc.).

28. Estas acciones físicas tienden a romper la roca inicial y
a dividida en fragmentos de tamaño cada vez más
pequeño, que pueden ser separados de la roca por
agentes activos (agua, viento, gravedad) y llevados a
otros puntos en los que continúa la acción erosiva.
Es decir, tienden a crear las partículas que van a
formar el suelo.

29. FACETA QUÍMICA
Originada por fenómenos de hidratación (por ejemplo,
paso de anhidrita o sulfato hemihidratado a yeso o
sulfato
dihidratado), disolución (de sales, como los sulfatos en el
agua), oxidación (de minerales de hierro por efecto
ambiental), cementación (por agua conteniendo
carbonatos previamente disueltos a partir de otra roca),
etc.

30. Esta acción, por lo tanto, tiende tanto a disgregar
como a cementar, lo que quiere decir que puede
ayudar a la acción física y, posteriormente,
cementar los productos
formados, dando unión química a las partículas
pequeñas, tamaño suelo, que se forman, aunque la
mayor parte de las veces contribuye más a destruir y
transformar que a unir.

31. FACETA BIOLÓGICA
Producida por actividad bacteriana, induciendo
putrefacciones de materiales orgánicos y mezclando el
producto con otras partículas de origen físico-químico,
actuando de elemento catalizador, etc.

32. Todo ello da lugar a fenómenos de disgregación
(alteración o meteorización) y transformación de
la roca, creándose el perfil de meteorización

33. En este perfil la roca madre ocupa la parte más baja y
alejada de la superficie, y el suelo la más alta. Cuando el
suelo permanece in situ sin ser transportado, se le
conoce como suelo residual, y cuando ha sufrido
transporte, formando depósitos coluviales, aluviales,
etc., se
denomina suelo transportado.

34. FERFIL DE METEORIZACION O INTEMPERIZACION

35. A continuación se resumen los
distintos procesos que intervienen en la
formación de los suelos, caracterizados por:

36. - Ser un sistema particulado de sólidos de diverso origen,
que pueden considerarse indeformables.
- Tener una granulometría de gruesos (centímetros) a
finos (micras); las partículas más finas (por debajo de
las
2 ó 5 micras) necesitan procesos físico-químicos para su
constitución; las de mayor tamaño solo necesitan
procesos físicos, aunque pueden intervenir los
químicos.

37. - Una estructura y fábrica en función del origen
de los minerales, agentes cementantes,
transformaciones químicas, medio de
deposición, etc.
- Presencia importante de huecos (o poros o
intersticios), con agua (suelo saturado), aire y
agua (semisaturado) o solo aire (seco), situación
prácticamente inexistente en la naturaleza. El fluido
intersticial se considera, a las temperaturas
normales, incompresible.
- Las deformaciones del conjunto del suelo se
producen por giros y deslizamientos relativos
de las partículas y por expulsión de agua; solo
en raras ocasiones se producen por roturas de
granos.

38. FORMACIÓN DE LOS SUELOS

39. LOS SUELOS
La acción antrópica, en un entorno geográfico, que altera
las condiciones del medio natural cuando se realizarse
excavaciones, explanaciones, aplicación de cargas
al terreno, etc. La respuesta del terreno frente a esa
alteración depende de su constitución y características,
de los condicionantes geológicos del entorno, de las
propiedades que están relacionadas con las actuaciones
humanas y del acomodo de la obra realizada al entorno
natural. La respuesta del terreno, por lo tanto, es compleja,
dependiendo en primer lugar del material o materiales
preexistentes en la zona y del tipo de acciones a que se le
someta

40. Si el terreno es un macizo rocoso, la respuesta
vendrá condicionada por la resistencia de la
roca, la presencia de zonas alteradas, las
discontinuidades, etc. Pero si se trata de suelos,
es decir, materiales sueltos fruto de la erosión
ejercida sobre rocas pre-existentes y depositados
por acción del agua o del aire, la respuesta
cambia sustancialmente, así :

41. Los suelos están formados por partículas
pequeñas (desde micras a algunos centímetros) e
individualizadas que, a efectos prácticos, pueden
considerarse indeformables.
Entre partículas no cementadas (o ligeramente
cementadas) quedan huecos con un volumen
total del orden de magnitud del volumen
ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces
superior).

42. Un suelo es un sistema multifase (bifase o
trifase).
Los huecos, poros o intersticios pueden estar
llenos de agua, suelos saturados, o con aire y
agua, suelos semisaturados, lo que condiciona
el conjunto del material. En condiciones normales
de presión: y temperatura, el agua se considera
incompresible.

43. SUELO
Se le define como un agregado de minerales, unidos por
fuerzas débiles de contacto, separables por medios
mecánicos de poca energía o por agitación en agua.

44. Fases del suelo
Suelo: material trifásico, constituido por partículas sólidas rodeada por
espacios de agua y aire:
Suelo mezcla de sólidos, agua y aire.
La Figura representa esquemáticamente las proporciones en volumen
y peso o masa de las fases que constituyen el suelo.
aire
aire agua
agua
sólidos
sólidos

45. Fase gaseosa: Comprende específicamente el aire.
Fase líquida: Constituida por el agua (libre,
específicamente).
Fase sólida: Partículas minerales del suelo (incluyendo
la capa sólida absorbida).
En el modelo de fases, se separan volúmenes (V) y
pesos (W), así:

46. • a) Volúmenes:
• Vm = Vt = Volumen total de la muestra de suelo
• Va = Volumen del aire o de la fase gaseosa
• Vw = Volumen de agua o de la fase líquida
• Vs =Vol. de las partículas sólidas o de la fase sólida
• Vv = Volumen de vacíos de la muestra de suelo
•
• Vm = Vt = Vv + Vs = Va + Vw + Vs
•
• Vv = Va + Vw
• Al agruparse las partículas minerales unas a otras para
formar el suelo, quedan espacios vacíos (oquedades)
que son ocupados por el agua total o parcialmente.

47. Relaciones de volumen: η, e, Gw, Ar, Dr
• Porosidad (η): Probabilidad de encontrar vacíos en volumen total
del suelo. Por eso 0 < η < 100% . Se expresa en porcentaje.
• En un sólido perfecto η = 0. En un suelo η ≠ 0 y η ≠ 100%
• Relación de vacíos (e): Proporción de vacíos o índice de poros.
• Relación entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos.
• Su valor puede ser e >1 y alcanzar valores muy altos.
• Teóricamente: 0 < e → ∞.
• En la práctica, según Juárez Badillo: 0,25 ≤ e ≤ 15
•
• e = 0,25; se trata de arenas muy compactas con finos
• e = 15; Se trata de arcillas altamente compresibles.

48. • Según: Meter L. Berry – David Reid:
En suelos granulares:
• Estado más suelto, corresponde al máximo volumen de
vacíos: emáx = 0,91, η = 47,6%.
• Estado más denso, corresponde al mínimo volumen de
vacíos: emín = 0,35, η = 26%
• Práctica: Valores extremos para suelos granulares:
• Arenas bien graduadas: 0,43 ≤ e ≤ 0,67.
• Arenas de tamaño uniforme: 0,51 ≤ e ≤ 0,85
• Arenas bien graduadas: 30% ≤ e ≤ 40%.
• Arenas tamaño uniforme: 34% ≤ e ≤ 46%
• b) En Suelos cohesivos, la proporción de vacíos es
mucho más alta que en suelos granulares, ello se debe
a la actividad electroquímica asociada con las partículas
de arcilla:
• 0,55 ≤ e ≤ 5; 35% ≤ η ≤ 83%.

49. • Compacidad (Compacatación): Grado de acomodo
alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o
menos vacíos entre ellas.
• En suelos compactos, las partículas sólidas que lo
constituyen tienen alto grado de acomodo y la capacidad
de deformación bajo cargas será pequeña.

50. • Turba: Se caracteriza por tener alto contenido
de materia orgánica.
• Gran capacidad para retener y almacenar agua,
los valores de “e” están en rango de 10 – 15.
• Por tanto: un depósito típico de turba de 3,0m
de espesor podrá haber menos de 300mm de
materia sólida.
• La turba es un material muy compresible y los
depósitos superficiales podrían experimentar
una deformación del 50% o más, si es sometido
a la acción de una carga equivalente a 1,0 m del
suelo de relleno.

51. • Grado de saturación (Gw): Probabilidad de encontrar
agua en los vacíos del suelo. (proporción de vacíos
ocupada por el agua).
• Relación entre el volumen de agua y el volumen de
vacíos, se conoce también como humedad relativa del
suelo.
*100(%)
Vw
Vv
Gw 
• Su valor puede variar entre: 0% ≤ Gw ≤ 100%.
• Físicamente Gw ≠ 0; pero admitiendo los extremos:
• Gw = 0% , si se trata de un suelo seco.
• Gw = 100%, si se trata de un suelo saturado.

52. • 1.2.4. Contenido de aire (Ar): Probabilidad d encontrar
aire en los vacíos del suelo. (proporción de aire presente
en el suelo).
•
• Se expresa como la relación entre el volumen de aire y
el volumen total de la muestra de suelo.
• Su valor puede variar entre: 0% ≤ Ar ≤ 100%
Va
• En suelo saturado, los vacíos están ocupados por el
agua: Ar = 0%
• En suelo seco: No hay agua y Ar = 100%.
• Naturalmente que Gw + Ar = 100%.
• En la práctica: 0 ≤ Ar ≤ η
Vm
Ar 

53. • Contenido de agua o de humedad del suelo (ω): Expresa la
proporción de agua presente en el suelo.
• Relación entre el peso de agua del espécimen, al peso de los
sólidos (porcentaje).
•
*100(%)
Ww
Ws
 
• Problema: ¿Cuál es el peso del agua?
• Existen varias formas de agua en el suelo, unas requieren más Tº y
tiempo de secado que otras para eliminarlas.
• En consecuencia, el concepto “suelo seco” es arbitrario, como lo
es el agua que pesemos en el suelo de muestra.
• Suelo seco: Proceso de secado en la estufa, a Tº 105ºC -110ºC,
hasta peso constante durante 24 o 18 horas (con urgencia).
• Valor teórico del contenido de humedad: 0 ≤ w → ∞.
• En la práctica: varía de 0 a 100%, incluso límites muy amplios.
•
• P.ej.: Suelos valles de México, humedad normal entre 500 – 600%.
Arcillas japonesas: registro contenidos de agua de 1200 – 1400%.

54. • Densidad Relativa (Dr) o Compacidad Relativa:
Parámetro nos informa si un suelo esta cerca o lejos de
los valores máximos y mínimo de densidad.
• Además 0 ≤ Dr ≤ 1, siendo más reciente el suelo cuando
• esta compactado y Dr ≈ 1, y menor cuando esta suelto y
• Dr ≈ 0. Se puede calcular por la fórmula de Terzaghi.
•
*100(%)
e 
e
máx nat
e e
. .
• emáx = Rel. vacíos de un suelo máx .
en mín
su estado + suelto.
• emín = Rel. vacíos de un suelo su estado + compacto.
• enat. = Relación vacíos de un suelo en estado natural
Dr Cr

 

55. • OTRA FORMA: En función de peso unitario (PU) seco o peso esp.
Seco; mediante el BUREAU RECLAMATION, fórmula empírica,
utilizada en diseño y construcción de presas de tierra:
•
*100(%)
  
( 
)
dmáx d dmín Dr Cr
. .
  
( 
)
d dmáx dmín
. .
 
لا • dmáx. = PU seco del suelo en su estado + compacto, es decir
cuando la relación de vacíos es mínimo.
لا • dmín = PU seco del suelo en su estado + suelto es decir cuando
la relación de vacíos es máximo.
لا • d = PU seco insitu (p. volumétrico seco en estado nat.)
• Suelos cohesivos, generalmente tienen mayor proporción de
vacíos que los granulares, los valores típicos de η y e son: e = 0,55
- 5,0 y η = 35% - 83%.
Tabla Nº 1.1: Estado de un material granular (grava o arena), por su Dr.
ESTADO Dr o Cr (%)
Muy flojo
Flojo
Medio
Denso
Muy denso
0 -15
16 -35
36 - 65
66 - 85
86 - 100
d 

56. • Estos parámetros se relacionan del siguiente modo:
•
• a) Como: Vv
Vv
; dividiendo entre volumen total o Vm, se tiene:
•
•
Vv
Vt
•
Vv
Vv



1
e
Vv
• También: y
•
• Igualando tenemos: Despejando:
•
e  Vv  eVs Vt
• Ahora, como: Remplazando, tenemos:
•
Luego:
Vt Vv
Vs


Vt
Vs


1 
e
e


1

Vs
Vv
  Vv Vt
eVs
Vt 
eVs Vt 
eVs
Vt VvVs  eVs 
Vs

 e 1
e

e (e 1)
1

e
e





1
e
Relación entre e y η

57. PESO ESPECÍFICO DEL SUELO
Es la relación entre el peso del suelo y su volumen.
•
( / ) 3 gr cm
W
V
 
• También se llama peso volumétrico (peso del suelo
contenido en la unidad de volumen).
لا • o = P.específico del agua destilada; a Tº de 4ºC y 01
atmósfera de presión equivale a 1,0 gr/cm2
• Tenemos: P. específicos Absolutos y p.esp. relativos.
• 1.4.1. Pesos Específicos absolutos:
• a) P. específico sólidos: Se denomina también , peso
específico real, peso específico verdadero.
S
W
S
 
S V

58. • b) Peso específico del agua: Contenida en el suelo
•
• W
W
gr/cm3
 
W V
W
• En problemas prácticos, tomamos:
W O   
• c) Peso específico total de la masa de suelo:
• gr/cm3
W
•
m
  
m t V
m
• También se denomina Peso específico húmedo.
• p.e. aparente.
• p.e. peso volumétrico del suelo,
• p.e. volumétrico húmedo del suelo.
•

59. • Pesos Específicos Relativos del Suelo
• Relación entre el p. específico de una sustancia y el
peso específico del agua.



 

O W
S
• a) P. específico relativo de sólidos: llamado también
gravedad específica:
• o
V W
M

   S
S W
S
S
S
densidad .
partículas
GS .
• b) W
P. específico W
S W
relativo de la masa de suelo:
• Se conoce como p. volumétrico de la masa de suelo
V
W
Ss
  
S
S V
G
.

densidad agua

m

  
m V
m W
W
m
m
m
W
V W
W
S
  

60. Peso Unitario de referencia ( لاo) : El peso PU de
referencia es لاo, que es el valor del PU para el
agua destilada y a 4ºC.
•
• (Para g = 1 m/seg2)
• Este es el resultado de multiplicar la densidad
del agua por la gravedad.
• Dado que densidad es masa sobre volumen y
• Peso, es el producto de la masa por la
gravedad.
3 3 3 3
0   9,81.kn/m 1,0Tn /m  62,4.lb / ft 1,0gr / cm

61. GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS (GS)
Relación del peso unitario de un cuerpo referida a la
densidad del agua, en condiciones de laboratorio
y por lo tanto a su peso unitario لاo.
En geotecnia solo interesa la gravedad específica de
la fase sólida del suelo. Esta dada por:

S Gs

W

• Pero referida al Peso Unitario de la fase
líquida del suelo ( لاw), para efectos prácticos.

62. • P. Unitario del suelo: Producto de su densidad por la
gravedad.
• El valor depende, entre otros, del contenido de agua del
suelo.
d  SA T 
• Puede variar del estado seco hasta el saturado
•
d t SAT   
• 1.8. Peso Unitario del agua y de los sólidos:
• a) Suelo seco:
Ws
Ws
 
 
d d • P. U. Seco Vt
o
Vm
• b) PU del agua:
Ww
 
W •
Vw
• c) Suelo húmedo (parcialmente saturado):
• P.U. Húmedo:
Wt
Vt
t  
Wm
Vm
m  

63. • En el suelo, Ws es prácticamente una constante, no así Ww, ni Wt.
Además se asume que, siendo Gs un invariante.
• No se trabaja nunca con el PU de los sólidos ( لاs), sino con su
equivalente, Gs. لاw.
• En la práctica los suelos presentan gravedades específicas (Gs)
con valores comprendidos entre 2,5 y 3,1 (adimensional).
• El más frecuente es 2,65 (adimensional), se asume como máximo
valor de Gs teórico.
• Algunos valores de p. unitario seco de los suelos, los que resultan
de interés
Tabla Nº 1.2: Valores de η y لاd para suelos granulares (MS Lambe)
DESCRIPCION η (%) لاd (gr/cm3)
Arena limpia y uniforme 29 – 50 1,33 – 1,89
Arena limosa 23 – 47 1,39 – 2,03
Arena micácea 29 – 55 1,22 – 1,92
Limo INORGANICO 29 – 52 1,28 – 1,89
Arena limosa y grava 12 – 46 1,42 – 2,34
Arena fina a gruesa 17 – 49 1,36 – 2,21

64. • Peso unitario sumergido ( لا´ )
• Los suelos sumergidos se ubican debajo del nivel
freático, son suelos saturados.
•
• Esto supone considerar el suelo saturado y sumergido.
• Al sumergirse, según Arquímedes, el suelo experimenta
un empuje, hacia arriba, igual al peso del agua
desalojada.
•
W Vt
W W

• Entonces, el PU sumergido es: (Que
es la situación bajo el NF del suelo).
SAT W
SAT W SAT W
Vt
Vt
 

 
 

 
*
SAT w    

65. • 1.10. Gravedad específica del espécimen:
• Podemos considerar la muestra total (Gt), pero el valor
no tiene ninguna utilidad.
• La fase sólida (Gs) que es de vital importancia por
describir el suelo, y
• La fase líquida (Gw), que se asume es igual a 1 por ser
لاw el mismo del agua en condiciones de laboratorio.
• En cualquier caso, el valor de referencia es لاo y
لا • o ≈ لاw.
•
•


 
S S Gs

W

0
 S Gs 
0 

66. RELACIÓN BÁSICA ENTRE Ω, GW, E, Y
GS
Vw
*


Vs Gs
Ww
Ws
W
W
* *

 Ws
1
 S
 *
Vs
W W
Gs
 
W 
Ww Vv
1
Vs Gs
Vw
Vv
Ws
 * *
Vv
Vv
Gw*e
  Gs. Gw.e
Gs
ya que
Cancelamos: e introducimos:

67. • Otra relación fundamental que surge de considerar el
PU húmedo, es:

Ww




1










Ws 
Ww

Wt
  
Vv
Vs
Vs
Ws
Ws
Vs Vv
Vt
m t
1
 
Gs

(1 
)



t (1 e
)
W 
Ss w
(1 
)

 .
m (1 e
)
W 
Hay que tener presente que no se escribió لاS sino Gs. لاW. Ahora
sustituimos Gs.ω por Gw.e , y obtenemos las expresiones para el PU
húmedo, seco y saturado.
Gs Gw e


 *
t 1
e
W *







Gs e



 *
1 . 
SAT W e





Gs


 *
1 
d W e





Si: Gw = 1 (PU Saturado)
Si: Gw = 0 (PU seco)

68. • Dos relaciones deducibles, útiles en geotecnia, al analizar
resultados de compactación son:


 1   (1) m t d
Ws
 
Ww
Ws Ww
Wm
• Pero
• Entonces
• Luego



 
Ws
Vm
Vm
Vm
Luego, efectuando la suma de volúmenes
VtVa VsVw



 Ws
1
  *
Vs


Ww Ws
Ws
S
    






Ww
Va
 Gs
Ws
Gs
Gs
Vt
Vt
W W W
1
* *
1
  
W
Va
Ww
Ws

Gs
Vt
Gs
Ws
Vt
*

1
1










 
Gs Ar
1


 *
d 1 Gs *
w
W 
W W
Gs
 

69. 1.11. DIAGRAMAS DE FASES CON BASE UNITARIA
• a) Para , y Vs =1 . En el gráfico necesariamente Vv = e
• ; Sabiendo que: recordando que: , y
• también:
f (e) t  
Vv
Vs
e 
Ww
Ws
w 
W Ws  Gs *Vs *
W Ww  w*Gs *
Ws Ww
t 
Vs Vw
Wt
Vt

  
Gs * w * Gs *
W W
e


t 1


Gs w W
* (1 )
e
t m 

 
1
 
Va F. G Wa = 0
Vv = e
Vt Vw = wGs F. L Ww = wGs لا
Wt
Vs = 1 F. S Ws = Gs لاW
Fig. Nº 1.3: Suelo con tres fases
(Parcialmente saturado)
W Ws  Gs *

70. b) Para: ; con Vt = 1; en el gráfico necesariamente: Vv = η,
donde:
Vv
F.G
) (nf t  
Vt
n 
W Ws  (1 n)*GS *
W Ww  w(1 n)*Gs *
n=Vv F. L
Ww=wGs لاw(1-η)
1=Vs F. S Ws=Gs لاW (1-η)
Fig. Nº 1.4: Suelo con tres fases
Wt  
(1 )* * (1 )* * W W
1
t m
n Gs w n Gs
Ws Ww
Vt
Vt
 
  


  
Gs * *(1 n)*(1 w) t W     