Propiedades Fisica de Los Suelos
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PROPIEDADES FISICAS BASICAS DE LOS SUELOS
Robinson Herlless Llacctas Lizana
Ingeniero Civil
Lima-Peru
Agosto 2015
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Modelo del suelo y propiedades basicas
1. Las propiedades físicas básicas del suelo son las que se requieren para definir su estado físico.
2. Para los propósitos del análisis y diseño de ingeniería es necesario cuantificar las tres fases constituyentes(solido, liquido y gaseoso).
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Modelo del suelo y propiedades basicas
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Modelo del suelo y propiedades
A la cantidad y volumen de suelo que no esta ocupado por solidos, se le llama volumen de vacíos, siendo “e” la relación de volumen de vacíos al volumen de solidos.
CONTENIDO
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Modelo del suelo y propiedades
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Modelo del suelo y propiedades
• Se muestra un modelo de suelo en detalle con las diferentes dimensiones de masa y volumen.
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Modelo del suelo y propiedades
• Relación de vacíos(e).-el volumen no ocupado por los solidos se conoce como volumen de vacíos; puede estar ocupado por agua, aire o por una mezcla de ambos.
� =������� � ����
������� �����
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Modelo del suelo y propiedades
• Porosidad(n).- otra forma de expresar la cantidad de vacíos, consiste en relacionar el volumen de estos con el volumen total.
� =������� � ����
������� �����
� =�
1 + �
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Modelo del suelo y propiedades
• Volumen específico(ѵ).-el volumen total del modelo del suelo es igual a:
� = 1 + �
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Modelo del suelo y propiedades
• Grado de saturación(Sr).-la cantidad de agua en el suelo puede expresarse como una fracción del volumen de vacíos.
�� =������� � ����
������� � ����=
��
��
Ó ��= �� . �
Porcentaje de saturación: 100��
Suelo perfectamente seco: �� = 0
Suelo saturado: �� = 1
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Modelo del suelo y propiedades
• Relación de aire-vacíos(Av).-es la parte del volumen de vacíos no ocupado por el agua.
�� = �(1 − ��)
Porcentaje de vacíos de aire: 100��
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Modelo del suelo y propiedades
• Peso específico relativo de los sólidos(Gs) .-la relación de la masa de un volumen dado de un material a la masa del mismo volumen de agua.
�� = �. !�
donde:
!� = ���"� �� ����
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Modelo del suelo y propiedades
• Densidad de partículas(ρs).-es la masa por unidad de volumen de las partículas solidas.
!� = �. !�
La masa del agua en el modelo del suelo es:�� = �� . �. !�
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Modelo del suelo y propiedades
• Contenido de humedad(m).-es la proporción de la masa de agua a la masa de solidos.
� =���� �� ����
���� � ���"��=
��
��
� =�� . �
�
Porcentaje de contenido de humedad: 100m
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Modelo del suelo y propiedades
• Densidades de los suelos.-proporciona una medición de la cantidad del material con relación a la cantidad de espacio que ocupa.
• Se puede definir diversos tipos de densidades:Densidad seca:
!# =$%�% #& �'()#'�
�'(*$&+ ,',%(=
-../0
12&=
/.
12&
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Modelo del suelo y propiedades
• Densidad total:
! =���� �����
������� �����=
���� � ���� + ���� � ���"��
������� �����
! = �. !� + �� . �. !�
1 + �=
!� + �� . �. !�
1 + �
! = (1 + �)!#
Densidad saturada es la densidad total del suelo cuando esta saturado: �� = 1
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Modelo del suelo y propiedades
• La densidad saturadaLa densidad saturadaLa densidad saturadaLa densidad saturada, es la densidad total del suelo cuando esta saturado: �� = 1
!�%, = � + �
1 + �!�
• La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un La densidad sumergida o densidad efectiva de un suelosuelosuelosuelo, es la masa efectiva por volumen unitario (total ) cuando esta sumergido.
!´= !�%, − !�
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Modelo del suelo y propiedades
• Pesos UnitariosPesos UnitariosPesos UnitariosPesos Unitarios, es el peso de una unidad de volumen de suelo:
• Peso unitario seco: L# = !#.g
• Peso unitario total: L = !. �
• Peso unitario saturado: L�%, = !�%,. �
• Peso unitario del agua: L� = !� . �
• Peso unitario sumergido: L´= L�%, − L�
Donde g=9.81 m/s2
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Modelo del suelo y propiedades
• Compacidad relativa(CCompacidad relativa(CCompacidad relativa(CCompacidad relativa(Crrrr) o índice de ) o índice de ) o índice de ) o índice de densidad(Idensidad(Idensidad(Idensidad(IDDDD)))), la relación de vacíos real de un suelo, esta situada en un punto entre los valores mínimos y máximos posibles, esto es, �$%X y �$)+, dependiendo del estado de compactación.
Y� = Z[ =�$%X − �
�$%X − �$)+
La compactación relativa se puede expresar en términos de densidades ya sea secas o saturadas
]# =!# $%X(!# )+ �),* − !# $)+)
!# )+ �),*(!# $%X − !# $)+)^100
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Modelo del suelo y propiedades
• Para un suelo, su estado de densidad máxima Cr=1, y cuando esta suelto al máximo Cr=0
• Estados relativos de compactación
Compacidad
relativa(%)
0-15 15-35 35-65 65-85 85-100
Estado de compactación
Muy suelto Suelto Intermedio Denso Muy denso
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Modelo del suelo y propiedades
• Ejemplo 1:Determinar la porosidad y la relación aire-vacíos de un suelo que tiene una relación de vacíos de 0.75 y un porcentaje de saturación de 85%
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Modelo del suelo y propiedades
• Ejemplo 2:Al pesar una cápsula que contiene una muestra de suelo húmedo, se obtiene una masa de 37.82 g; la cápsula vacía tiene una masa de 16.15 g. Después de secar la cápsula y el suelo se vuelven a pesar y tienen una masa de 34.68 g. Determine la relación de vacíos del suelo cuando la relación aire-vacíos es:
a)Cero
b) 5% (Gs=2.70)
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Modelo del suelo y propiedades
• Ejemplo 3:La densidad total de una arena en condiciones drenadas por encima del nivel freático es de 2.06 Mg/m3 y su contenido de humedad es de 18%. Supongase que Gs=2.70, calcular:
a. El peso unitario de la arena drenada
b. El peso unitario sumergido y el contenido de humedad de la misma arena por debajo del nivel freático.
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Modelo del suelo y propiedades
• Ejemplo 4:En una prueba de laboratorio de un espécimen de arcilla, se obtuvieron los siguientes datos:
Masa del espécimen húmedo: M1=148.8 g
Masa del espécimen seco: M2=106.2 g.
Volumen del espécimen húmedo: V=86.2 cm3
Peso especifico relativo de las partículas: Gs=2.70
Determinar:
a. Contenido de humedad
b. Densidad total y seca
c. Relación de vacíos y porosidad
d. Grado de saturación