Relaciones Volumétricas y Gravimétricas de los Suelos

domingo 5 de diciembre de 2010

Relaciones Volumétricas y Gravimétricas de los Suelos.

Definiciones. Lo suelto o lo compacto de una muestra de suelo puede determinarse cuantitativamente en el laboratorio. Los términos porosidad, relación de vados, y el peso especifico relativo de los sólidos se usan comúnmente para definir la densidad de la muestra. La fig. 1.4 es un diagrama de una muestra de suelo en un recipiente sellado, con el aspecto que presentaría si fuera posible separar las fases sólida, líquida y

gaseosa. El volumen de sólidos se designa por el símbolo Vs, el volumen de agua por y el volumen de gas por V10. Como la relación entre V9 y V10 cambia usualmente con las condiciones del agua en el subsuelo, así como bajo el efecto de las cargas aplicadas, es conveniente designar todo el volumen que no está ocupado por material sólido como volumen de vacíos, Vv,. Si se designa el volumen total de la muestra por V, entonces la porosidad se define con la ecuación:

Usualmente, este valor se expresa como porcentaje. Cuando un suelo se comprime, cambian los valores de la ecuación anterior tanto del numerador como del denomi-

Figura 1.4. Diagrama de una muestra de suelo que ilustra el significado de los símbolos usados en relaciones gravimétricas y volumétricas.

nador, por lo que es conveniente en muchos de los cálculos que es necesario efectuar para determinar los asentamientos, referir el espacio vacío a un denominador invariable. Por esta razón se usa la cantidad conocida como relación de vacíos u oquedad. Se define como:

Una de las propiedades índice más importantes de los suelos finos es el contenido de agua o humedad, w. Se define como:

En esta ecuación, Ww es el peso del agua y Ws, es el peso de la materia sólida secada en el horno. El peso del agua se refiere a la cantidad invariable Ws. en vez de al peso total de la muestra. Al aumentar la temperatura de una mezcla de suelo y agua que se está secando, la mezcla continúa perdiendo humedad, hasta que a una temperatura relativamente elevada, los minerales que constituyen el suelo se descomponen y pierden el agua de constitución. Por esta razón, las comparaciones de humedades no tienen significado, a menos que la temperatura a la que se seca el suelo se estandarice. La temperatura estándar del horno es de 105° a 115°C.

Muchos suelos que se encuentran abajo del nivel del agua freática y algunos suelos finos que están arriba del mismo, se encuentran saturados. Sin embargo, los vacíos de la mayor parte de los suelos que están arriba del nivel del agua freática están

llenos en parte de agua y en parte de aire. Incluso algunos suelos sumergidos tienen una proporción importante de aire o de gas. El grado de saturación se define como:

Grado de saturación,

Por lo tanto, cuando el grado de saturación es de 100 por ciento todo el espacio vacío está lleno de agua.

El peso por unidad de volumen o peso volumétrico ‘y es una de las propiedades físicas más importantes de un suelo. Por ejemplo, deberá conocerse para poder calcular la presión de tierra o la producida por sobrecargas.

Por definición:

en la que W es el peso total del suelo incluyendo el agua y V es el volumen total. Es conveniente indicar los valores especiales del peso volumétrico por medio de subíndices. Si el suelo está completamente saturado, es decir, si Vg = O, su peso volumétrico se designa por γsat Si el suelo está secado en el horno, su peso se indica con γd , llamándose peso volumétrico seco, y se define.

Si se conoce la humedad, puede calcularse el peso volumétrico seco de la siguiente manera:

En estudios de compactación de suelos en ocasiones es útil calcular el peso volumétrico seco que se hubiera obtenido, si se hubiera disminuido el volumen de una muestra húmeda, expulsando el aire hasta que el grado de saturación de la muestra llegara al 100 por ciento. A este estado se le designa exento de huecos con aíre.

Este peso volumétrico puede calcularse con la expresión: El peso volumétrico del suelo seco exento de huecos con aire,

En la práctica, con frecuencia es inconveniente determinar directamente el valor de γ, midiendo el peso total y el volumen total. Es más común determinarlo indirectamente basándose en el conocimiento del peso volumétrico de los componentes sólidos γs. Esta cantidad se define como:

Peso unitario de los componentes sólidos,

Frecuentemente, es preferible utilizar el peso específico relativo de los sólidos G, definidos como:

Peso específico relativo de los sólidos G,

Definidos como:

Peso especifico relativo de los solidos.

donde γw es el peso volumétrico del agua, tomado como 1 g/cm3. El valor de γs, o G puede determinarse por pruebas en el laboratorio, pero puede estimarse usualmente con suficiente precisión. Para los cálculos de rutina, puede tomarse como 2.65 el valor de G para las arenas. Las pruebas efectuadas en gran número de suelos de arcilla han indicado que el valor de G usualmente está comprendido en el intervalo de 2.5 a 2.9 con un valor promedio de aproximadamente 2.7.

La tabla 1.3 proporciona el peso específico relativo de los sólidos de los componentes de los suelos más importantes. Puede ayudar a estimar el valor de G para un suelo de composición mineralógica conocida.

En la tabla 1.4 se da una lista de los valores típicos de la porosidad, relación de vacíos, y de pesos volumétricos de varios suelos.

Densidad del agregado del suelo. En el comportamiento del suelo influye mucho lo suelto o lo compacto de su estructura. Sin embargo, es necesario señalar una diferencia a este respecto entre los suelos de grano grueso sin cohesión y los materiales cohesivos. En una masa de suelo de grano grueso, la mayor parte de los granos tocan a otros, produciendo contactos de punto a punto, y los esfuerzos que se hagan para compactar la masa pueden reducir la relación de vacíos solamente por el reacomodo de las partículas o por su ruptura. Por otra parte, la densificación de los suelos finos, especialmente de la arcilla, depende de otros factores como la cohesión y la presencia de películas de agua sobre las superficies de las partículas.

Tabla 1.3 Peso Específico relativo de los más Importantes Componentes del Suelo

Tabla 1.4 Porosidad, Relación de

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