Este documento presenta los conceptos fundamentales de mecánica de suelos, incluyendo las relaciones volumétricas y gravimétricas de suelos en diferentes estados. Define índice de poros, porosidad, grado de saturación, contenido de humedad, peso específico y peso específico relativo. Además, describe las fórmulas para calcular las densidades de suelos parcialmente saturados, saturados, secos y sumergidos.
1. FORMULARIO DE MECANICA DE SUELOS
VOLÚMENES
PESOS
Va
Aire
0
Vw
Agua
Ww
Vs
Sólido
Ws
Vv
V
W
CUADRO DE CASAGRANDE
I.
Relaciones Volumétricas
INDICE DE POROS ú OQUEDAD (e)
Vv
e = ----------Vs
Varía de 0.25 < e < 15
0.25 : Arenas muy compactas
15
: Arcillas altamente compresibles
POROSIDAD (n)
Vv
n (%) = --------- * 100
V
GRADO DE SATURACIÓN (S)
Vw
GW = S (%) = ------ * 100
Vv
II.
Varía de 20% a 95%
Varía de 0% a 100%
Relaciones Gravimétricas
CONTENIDO DE HUMEDAD(W)
Ww
w (%) = -------- * 100
Varía teóricamente de 0 a ∞
Ws
Arcillas japonesas: 1200 % - 1400 % (excepcionales)
México:
1000% (Sureste del país)
500% - 600% (valle de México)
2. FORMULARIO DE MECANICA DE SUELOS
EL PESO ESPECÍFICO (peso unitario de una masa de suelo), es la razón del
peso de la masa del suelo al volumen de la masa del suelo, se expresa en g/cm³ ó
kg/m³.
W
γ = ----V
El p.e. del agua es γw = γο = 1 g/cm³ ,γw = 1000 kg/m³ ,1Ton/m³,62.4lbs/pie³
EL P.E RELATIVO DE UNA SUSTANCIA, es la razón de su peso al peso de
igual volumen de agua.
PER DE MASA (Gm):
γ
W
Sm=Gm = --------- = ---------γw
Vγw
PER DE SÓLIDOS (Gs) ó Gravedad Específica:
γs
Ws
Ss= Gs = --------- = ---------γw
Vs γw
FORMULAS REFERENTES A DIVERSOS ESTADOS DEL
SUELO
a) Suelos Parcialmente Saturados
Si asumimos que Vs = 1 u³.
De
Ws
Gs = ---------Vs γο
De
De
Ww
w = ---------Ws
Ww
γ w = γο = -------Vw
Ws = Gs Vs γο = Gs γο
Ww = w Ws = w Gs γο
Ww
w Gs γο
Vw = -------- = -----------γο
γο
3. FORMULARIO DE MECANICA DE SUELOS
Entonces:
Vw = w Gs
En el cuadro de Casagrande, tenemos:
e–w Gs
Aire
0
w Gs
Agua
w Gs γο
1
Sólido
Gs γο
e
1+e
Gs (1 + w) γο
γ = -------------------,
1+ e
Luego:
Gs γο (1+w)
w Gs
S = ----------e
b) Suelos Saturados
En este caso: S = 100%, Vv = Vw = e
De la misma manera que para suelos parcialmente saturados, Vs = 1
Ws = Gs γο, Ww = γο Vw = γο e
El cuadro de Casagrande queda definido:
e
Agua
e γο
1
Sólido
Gs γο
(Gs + e) γο
1+e
La densidad saturada:
(Gs + e) γο
γ sat = -------------------,
1+e
e = w Gs
4. FORMULARIO DE MECANICA DE SUELOS
c) Suelos Secos
En este caso: Ws = W, Vv = Va = e
e
Aire
0
1+e
Gs γο
1
Sólido
Gs γο
La densidad seca ó densidad de campo se expresa como:
Gs γο
γd = ----------- o γd = γ sat
1+e
1+w
γd=
ws
vm
d) Suelos Sumergidos
Los suelos sumergidos están ubicados por debajo del nivel freático. Todos los suelos
sumergidos son saturados (S = 100%, Vv = Vw). Se diferencian de los suelos
saturados, debido a que sobre ellos actúa el “EMPUJE HIDROSTATICO NETO”, que
es el peso en agua del volumen desalojado por los sólidos.
G ’s = Gs – 1 (p.e. sumergido de sólidos)
G’m = Gm – 1
(p.e. sumergido de masa)
γ ’s
Si G’s = --------γο
Luego:
γ ’s = G’s γο = (Gs – 1) γο
γ ’s = Gs γο – γο = γs – γο
También:
γ ’ = γ sat - γο
De la fórmula de suelo saturado:
(Gs + e) γο
γsat = ---------------1+e
(Gs + e) γο
Gs γο + e γο – γο - e γο
γ’ = ----------------- γο = -----------------------------1+e
1+e
(Gs – 1 ) γο
γ’ = --------------1+e