Propiedades Índice de los Suelos PDF

PROPIEDADES ÍNDICE DE LOS SUELOS El suelo es un material trifásico constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios llenos de agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar la mezcla de sólidos, agua y aire en...

PROPIEDADES ÍNDICE DE LOS SUELOS El suelo es un material trifásico constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios llenos de agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar la mezcla de sólidos, agua y aire en términos de algunas propiedades físicas estándar. La definición de dichas propiedades se hace tomando como referencia la figura que se tiene a continuación, la cual representa de manera esquemática las proporciones en volumen y en masa de las fases que constituyen una muestra típica de suelo. La figura de la derecha es un modelo físico equivalente, el cual se consigue suponiendo que todo el volumen de partículas sueltas se concentra, quedando el resto del volumen ocupado por los vacíos. Relaciones fundamentales Para definir el estado inicial de un suelo se intenta determinar, en primer lugar, la concentración relativa de sólidos, volumen relativo de vacíos y contenido relativo de agua en un volumen elemental representativo de un punto o zona del suelo. Porosidad, 𝜂 Debido a que las moléculas de los sólidos no se tocan en todos sus puntos, quedan entre sí espacios o vacíos, los cuales se denominan poros. La porosidad de un suelo es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen total de la muestra considerada. 𝑉𝑣 𝜂= 𝑉 Los valores reales de la porosidad suelen darse con un % y pueden variar entre un 20% y un 95%. Relación de vacíos, e La relación de vacíos para una muestra de suelo se representa por el cociente entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos de la muestra. 𝑉𝑣 𝑒= 𝑉𝑠 Teóricamente, esta relación puede variar entre cero e infinito. En la práctica, este valor suele variar entre 0.25 para arenas muy compactas y 1.5 para arcillas altamente compresibles. Para suelos muy flojos y con materia orgánica llega a alcanzar valores cercanos a 3 o más. Cuanto mayor es la relación de vacíos, más flojo o blando es el terreno y mayor es su deformabilidad. Grado de saturación, S El grado de saturación de un suelo consiste en la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos de dicho suelo. 𝑉𝑤 𝑆= 𝑉𝑣 Suele expresarse en porcentaje. Su valor puede variar entre cero (para un suelo seco) y hasta 100 (para un suelo totalmente saturado). Contenido de humedad, w La humedad representa el contenido de agua presente en una muestra de suelo. Suele representarse como la relación entre la masa del agua contenida en la muestra y la masa de la fase sólida. 𝑚𝑤 𝑤= 𝑚𝑠 Suele variar entre un 5 y un 8% en suelos granulares y entre un 60 y un 70% en suelos arcillosos. En algunos suelos orgánicos y marinos alcanza valores de hasta 400%. Densidad, 𝜌 La densidad aparente de un elemento de suelo se define fundamentalmente como su masa por unidad de volumen. 𝑚 𝜌= 𝑉 En ocasiones es necesario conocer el peso por volumen unitario de suelo excluyendo el agua, esto se conoce como densidad seca:  𝑚𝑠 𝜌𝑑 = 𝑉 Gravedad específica de sólidos, 𝐺𝑠 La gravedad específica de la fase sólida del suelo se define como la densidad de las partículas dividida entre la densidad del agua destilada a cuatro grados Celsius. 𝜌𝑠 𝐺𝑠 = 𝜌𝑤 𝑚𝑠 donde: 𝜌𝑠 = 𝑉𝑠 Por tanto: 𝑚𝑠 𝐺𝑠 = 𝑉𝑠 ∙ 𝜌𝑤 La expresión que da lugar al contenido de humedad puede modificarse de la siguiente forma: 𝑚𝑤 𝜌𝑤 ∙ 𝑉𝑤 𝑉𝑣 𝑉𝑣 𝑉𝑤 1 𝑆∙𝑒 𝑤= = ∙ = ∙ ∙ = 𝑚𝑠 𝐺𝑠 ∙ 𝜌𝑤 ∙ 𝑉𝑠 𝑉𝑣 𝑉𝑠 𝑉𝑣 𝐺𝑠 𝐺𝑠 Otra expresión de importancia se obtiene a partir de la ecuación de la densidad aparente: 𝑚𝑤 𝑚 𝑚𝑠 + 𝑚𝑤 𝑚𝑠 (1 + 𝑚𝑠 ) 𝐺𝑠 (1 + 𝑤)𝜌𝑤 𝜌= = = = 𝑉 𝑉𝑣 + 𝑉𝑠 𝑉𝑣 1+𝑒 𝑉𝑠 (1 + ) 𝑉𝑠 𝑆∙𝑒 Si en la expresión anterior se reemplaza 𝑤 por , se tiene que: 𝐺𝑠 𝐺𝑠 + 𝑆 ∙ 𝑒 𝜌= ∙ 𝜌𝑤 1+𝑒