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• Cristian Sonco

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RELACIONES FUNDAMENTALES La importancia de las relaciones fundamentales en Mecánica de suelos está en que brinda información de gran importancia sobre un suelo estudiado, ayudando de esta manera al ingeniero civil a tener información básica para realizar un proyecto; para un ingeniero es de gran importancia la información obtenida por este medio para analizar el comportamiento de un suelo seco o húmedo que son los casos que se encontrará. El manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio del mismo es imprescindible para obtener datos necesarios y conclusiones con los resultados obtenidos.

RELACION DE VACIO Relación de vacíos, oquedad o índice los poros a la relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo e  Vv/Vs La relación puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) en un suelo saturado a ∞ (valor correspondiente a un espacio vacío). En la práctica no suelen hallarse valores menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente compresibles. POROSIDAD En un suelo se denomina porosidad a la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje: n (%)=Vv/Vm x 100 Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con sólo fase sólida) a 100 (espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%. Grado de saturación: Hace referencia a la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos del suelo analizado, expresado en forma decimal o porcentual: n%  100%  Vw *Vv Varía de 0 (suelo seco) a 100% (suelo totalmente saturado). CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD Es la relación entre el peso de agua contenida en una muestra de suelo y el peso de la fase sólida. Suele expresarse como un porcentaje: W%  =Ww/Ws X100 Varía teóricamente de 0 a ∞. En la naturaleza la humedad de los suelos varía entre límites muy amplios. La humedad es un factor fundamental en el comportamiento del suelo, afectando su composición química, y por ende generando algunos cambios en sus propiedades físicomecánicas. COMPACIDAD RELATIVA: En los suelos formados por partículas gruesas, como las gravas y las arenas, es muy importante conocer su estado de compacidad, que viene definida por la llamada “compacidad relativa” y que se expresa como sigue:

Cr =emax-e nat e max – emin GRADO DE SATURACION DE AIRE es una magnitud de escasa importancia práctica, respecto a las anteriores relaciones. Se define: Ga(%) = Va/Vv x 100 OBJETIVOS: Determinar las relaciones fundamentales de las muestras de suelo, su contenido de agua y su peso unitario . ESPECÍFICOS 1. Analizar el peso unitario del suelo con los datos obtenidos en el laboratorio y aprender a interpretar estos valores. 2. Interpretar el peso específico de cada muestra de suelo con los pesos unitarios obtenidos. 3. Obtener los volúmenes de las muestras de suelo con forma regular e irregular. EQUIPO Y MATERIAL  Equipo:     

1 balanza mecánica A±0.01g. Cap.310g 1 balanza mecánica A±0.1g. Cap. 1000g Horno de secado T 105 ºC ± 5 ºC constante 1 calibrador A±0.1mm 1 estufa eléctrica

 Herramientas:        

1 posavasos metálico 8 recipientes metálicos cap. 60 cm3 1 espátula 1 recipiente de acero inoxidable. Cap. 282.82 cm3 1 canastilla malla de acero 6. 1 regla para enrazar 1 recipiente metálico para disolver la parafina 1 balde de plástico. Cap. 12 L Franela o paño para limpieza y esponja

 Materiales:      

1 muestra de suelo no saturado 1 muestra de suelo saturado 1 muestra de suelo alterado 1 muestra de suelo alterado 1 muestra de suelo remoldeado 1 muestra de suelo remoldeado

   

1 muestra de suelo inalterado de forma irregular 1 muestra de suelo inalterado de forma irregular Parafina disuelta (cantidad necesaria) Agua

PROCEDIMIENTO IDENTIFICACION Y DESCRIPCION DE SUELOS 1. Se procede a tomar indicaciones de cómo se debe realizar la práctica y los datos que se deben obtener, a cargo de la ayudante de laboratorio. 2. Retiramos las muestras de suelos que se van a ensayar y procedemos a tomar la identificación de cada uno de ellos, los cuales son: proyecto, obra, localización, perforación, profundidad, numero de muestra y fecha 3. A continuación tomamos una porción de muestra y observamos detenidamente sus propiedades físicas tales como olor (orgánico o inorgánico), color, plasticidad, consistencia, tipo de suelo (suelo fino, suelo grueso o arena), y de igual manera ver si tiene presencia de otras sustancias como raíces. 4. La plasticidad y consistencia la encontramos seleccionando una pequeña muestra y agregando un poco de agua sobre ella, con la ayuda de la espátula se realiza una especie de amasado hasta observar que consistencia tiene, de igual manera intentar realizar alguna forma con ella, si lo hace tiene una plasticidad alta caso contrario será media o baja. PESO UNITARIO EL SUELO DE FORMA REGULAR 1. Se toma el peso de las muestras con forma regular, siendo estas las de los cilindros, y anotando los valores obtenidos en el cuadro respectivo. 2. Con la ayuda del calibrador tomar las medidas del diámetro, la altura y anotar los valores obtenidos para así poder hallar su volumen. PESO UNITARIO EL SUELO DE FORMA IRREGULAR 1. La muestra de suelo con la que vamos a trabajar está recubierta de una capa de parafina, por lo que se debe retirar dicha capa con la ayuda de una espátula. 2. Se pesa el suelo sin la parafina anotando los resultados obtenidos en el cuadro respectivo. 3. A la muestra se la vuelve a recubrir de parafina de tal manera que esta quede bien recubierta sin que tenga espacios por donde pueda penetrar el agua. 4. Volver a pesar la muestra con la parafina, y con los datos anteriores se tendrá el peso de la parafina. 5. Colocar la muestra en la canastilla y sumergirla en el agua para obtener su peso en agua. PESO UNITARIO DE LA ARENA 1. Para este ensayo se debe tomar dos muestras de la arena para determinar su contenido de humedad, registrando los valores en su tabla respectiva.

2. Determinar el peso del recipiente con el que se va a trabajar. 3. Introducir una pequeña muestra de arena en los recipientes. 4. Se pesa el recipiente más la arena se anota los resultados obtenidos y con los datos anteriores se obtiene el peso del suelo. CÁLCULOS TÍPICOS Contenido de Agua del Suelo W%= (W2 - W3 /W3 - W1) *100 Dónde: W1=peso del recipiente W2= peso del recipiente + suelo húmedo. W3= peso del recipiente + suelo seco. Recipiente # 224 Datos: W1= 7.45g W2= 48.84g W3= 45.80g W%= (W2 - W3/ W3 - W1 )*100 𝐖% =( 48.84 g – 45.80 g/45.80 g– 7.45 g) ∗ 100 𝐖 𝟏% = 7.93 % Recipiente # 173 Datos: 𝐖 𝟐% = 8.19 % Contenido de agua promedio: 𝐖 𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐% = W1% + W2% /2 𝐖 𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐% = 7.93% + 8.19 % /2 𝐖 𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐% = 𝟖. 𝟎𝟔 % Suelos con forma regular Cálculo del volumen 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝜋 ∗ ( Ø2 /4 ) ∗ ℎ Datos: Ø= 10.05 cm, h= 11.40 cm V = π Ø2 /4 ∗ ℎ V = π ∗ 10.052 /4 ∗ 11.40 V = 𝟗𝟎𝟒.𝟖𝟑 𝒄𝒎 Peso unitario del suelo húmedo

Datos: W = peso del suelo = 1082 g. V = volumen del suelo = 904.83 cm³ γ = W /V γ = 1082 g/ 904.83 cm³ γ = 𝟏. 𝟏𝟗 𝒈 𝐜𝐦³ PESO UNITARIO DEL SUELO SECO Datos: γ = peso unitario del suelo =1.19 𝑔 cm³ %𝑊 = contenido de agua = 51.36% γd = 𝛾 /1 + %𝑊 100 γd = 1.19/ 1 + 51.36 100 γd = 𝟎. 𝟎𝟐𝟑 𝒈 𝐜𝐦³ SUELOS SIN FORMA DETERMINADA Peso unitario del suelo Seco Datos: W = peso del suelo = 529.50 g. V = volumen del suelo = 282.82 cm³ γ = W/ V γ = 529.50 g/ 282.82 cm³ γ = 𝟏. 𝟕𝟕 𝒈 𝐜𝐦³ Peso unitario del suelo seco Datos: γ = peso unitario del suelo =1.72 𝑔 cm³ %𝑊 = contenido de agua = 0.03% γd = 𝛾 1/ + %𝑊 100 γd = 1.72 /1 + 0.06 100 γd = 𝟏. 𝟕𝟐 𝒈 𝐜𝐦³ SUELOS CON FORMA IRREGULAR

PESO EN EL AIRE Peso parafina (g) Formula 𝑾𝒑 = 𝑾 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂 − 𝑾 Variables:  𝑾 𝒔𝒖𝒆𝒍 𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂= peso + parafina  W =peso del suelo  𝑾𝒑 =peso parafina Datos:  𝑾 𝒔𝒖𝒆𝒍 𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂= 411.50 g  𝑾 𝒔𝒖𝒆𝒍 𝒐= 397.77 g 𝑊𝑝 = 411.50 − 397.77 𝑾 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂 = 𝟏𝟑. 𝟕𝟑 𝒈 PESO EN EL AGUA Suelo + parafina (g) Formula: 𝑤𝑠𝑝 = 𝑊𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙 𝑎+𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 − 𝑊𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙 Variables:  𝑊𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎+𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎= peso del suelo + peso de la canastilla + parafina  𝑊𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎 =peso de la canastilla  𝑊𝑠𝑝 =peso del suelo + parafina Datos:  𝑊𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎+𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎= 158.90g  𝑊𝑐𝑎𝑛𝑎𝑠𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎= 80.30 g 𝑤𝑠𝑝 = 158.90 − 80.30 𝑤𝑠𝑝 = 78.6𝑔 Peso del agua desplazada (g) Formula: 𝒘 𝒘´ = 𝑾 − 𝑾 𝒔𝒑 Variables:  𝑾 = peso del suelo  𝑾 𝒔𝒑=peso del suelo + parafina  𝒘 𝒘´ =peso del agua desplazada Datos:  𝑾 = 397.77g  𝑾 𝒔𝒑= 78.6g 𝑤 𝑤´ = 397.77 − 78.6 𝒘 𝒘´ = 𝟑𝟏𝟗.𝟏𝟕 𝒈 Volúmenes  Suelo + parafina

𝑽 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂 = 𝑾 𝒘´ 𝑉𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎 = 331.20 𝑐𝑚3 Volumen de la parafina (cm3 ) Formula: 𝑽 𝒑 = 𝑾𝒑 𝝆 𝒑 Variables:  𝑾𝒑 = peso de la parafina  𝑽 𝒑 = volumen de la parafina Datos  𝑾𝒑 = 13.73 g  𝝆 𝒑=0.87 𝑉𝑝 = 13.73 0.87 𝑽 𝒑 = 𝟏𝟓. 𝟕𝟖 𝒄𝒎 𝟑 Volumen del suelo (cm3 ) Formula: 𝑽 = 𝑽 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂 − 𝑽 𝒑 Variables  𝑽 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂= volumen del suelo + parafina  𝑽 𝒑 = volumen de la parafina  𝑽 =volumen del suelo Datos:  𝑽 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐+𝒑𝒂𝒓𝒂𝒇𝒊𝒏𝒂= 331.20 cm3  𝑽 𝒑 = 15.78 cm3 𝑉 = 331.20 − 15.78 𝑽 = 𝟑𝟏𝟓.𝟒𝟐 𝒄𝒎 𝟑 Peso unitario del suelo húmedo Datos: W = peso del suelo = 397.77 g. V = volumen del suelo = 315.42 cm³ γ = W /V γ = 397.77 g 315.42 cm³ γ = 𝟏. 𝟐𝟔 𝒈 𝐜𝐦³ PESO UNITARIO DEL SUELO SECO Datos: γ = peso unitario del suelo =1.26 𝑔 cm³ %𝑊 = contenido de agua = 51.36% γd = 𝛾/ 1 + %𝑊 100 γd = 1.26/ 1 + 51.36 100 γd = 𝟎. 𝟖𝟑 𝒈 𝐜𝐦³ Dato Erróneo de la práctica: γd = 𝟎. 𝟎𝟐𝟒 𝒈 𝐜𝐦³

RELACIONES FUNDAMENTALES DE LOS SUELOS Datos: W = peso del suelo = 408.60 g V = volumen del suelo = 282.82 cm³ w = contenido de agua = 8.06 % γs = peso unitario de las partículas sólidas = 2.7 g/cm³ γ = peso unitario del suelo húmedo = 1.44 g/cm γd = peso unitario del suelo seco = 0.16 g/cm³ CONCLUSIONES Conclusiones sobre la práctica De acuerdo con los resultados se puede ver que tanto las arenas como los limos presentaron porcentajes de humedad, la diferencia radica en que las arenas tuvieron un porcentaje menor en comparación con las muestras de limo siendo estos: 0.03% para la muestra de arena seca y 8.06% la muestra saturada. Estos resultados se deben principalmente a las características físicas de cada uno de los suelos ya que las partículas de las arenas pertenecen a la clasificación de suelos gruesos, por otro lado las muestras de limo pertenecen a suelos finos. De acuerdo con los resultados se puede ver que tanto las arenas como los limos presentaron porcentajes de humedad, la diferencia radica en que las arenas tuvieron un porcentaje menor en comparación con las muestras de limo siendo estos: 0.03% para la muestra de arena seca y 8.06% la muestra casi saturada.El limo de la muestra de suelo que tiene mayor porcentaje de humedad de 51,36% es el mayor valor en comparación de los otros como la arena que se obtuvo 8,06% la muestra saturada presenta esta característica ya que los suelos finos en este caso el limo tiene mayor capacidad de absorción de agua a diferencia de la arena que se obtuvo un menor porcentaje de humedad analizando los resultados obtenidos por la práctica podemos decir que los suelos que presentan mayor cantidad de agua o con exceso de agua puede dañar la consistencia del suelo ya que el contenido de agua está relacionado con la porosidad. En los suelos con forma regular se puede apreciar que los valores no son muy similares esto se da porque sufrieron de manipulación y esto afecta a las propiedades de los suelos en cambio a los suelos con forma irregular como es la papa de suelo con parafina no se altera sus propiedades ya que la parafina ayuda a conservar todas sus propiedades físicas y mecánicas. En la práctica se obtuvo valores de relación de vacíos en arenas de 0.48 y mayores a 112 lo que significa que teóricamente los resultados obtenidos son correctos ya que la relación de vacíos varía de 0 a infinito según el libro de Mecánica de suelos de Juárez Badillo página 54 2da edición, pero a su vez da a recalcar que los valores en práctica no suelen pasar de 15 ni bajar de 0.25. Lo que significa que los resultados obtenidos se analizan con criterio propio. Para el análisis de la Porosidad (n) de las muestras de suelo se toma el criterio propuesto por Juárez Badillo en su libro Mecánica de Suelos, de que los valores oscilan entre 20 y 95% en práctica. Consecuentemente Los resultados obtenidos en la práctica varían desde 32.43% a 99.12% en el caso extremo, lo cual nos da a suponer que todas las relaciones fundamentales se

analizan con criterio propio para obtener una conclusión de los mismos. Los resultados de porosidad dependen del tipo de suelo que se trate y de las condiciones en las que el suelo sea sometido a práctica. El peso específico puede variar para un mismo suelo, dependiendo de la cantidad relativa de agua que contenga el suelo por ejemplo las dos muestras de arena analizada en el laboratorio presentan humedades de 0,03 en seco y 8,06 en estado húmedo; datos que confirman la conclusión. Puede concluirse que los contenidos de humedad de los suelos finos son mayores al de los suelos gruesos como se observa en el arena húmeda tiene un contenido de humedad de 8.06 y el suelo de Fábrica de Aceite (Limo húmedo) tiene 51.36% y el suelo de Educación Física (Limo húmedo) tiene un valor de 51.36%. Conclusiones sobre Ingeniería Civil Para la Ingeniería Civil es importante saber el peso específico del suelo sobre el que se planea realizar un proyecto, esto con el objetivo de conocer aproximadamente la cantidad de agua que puede albergar el mismo ya que una característica de los suelos finos es albergar grandes cantidades de agua que a la larga produce grandes variaciones en su volumen y en la estructura se traducen en asentamientos diferenciales, desestabilizando a la misma con el tiempo y pudiendo causar accidentes. Es por esto que al conocer su peso unitario se puede mejorar el suelo en caso de ser necesario y evitar percances. En Ingeniería Civil es de suma importancia conocer características del suelo como es la saturación o la porosidad para tomar las medidas pertinentes y saber si el suelo es apto o no para una construcción. De forma General las Relaciones gravimétricas y volumétricas del suelo nos ayuda a entender las propiedades físicas y mecánicas del suelo. Si utilizamos el contenido de agua nos ayudará a resolver problemas con arcillas y ver cuál es la capacidad absorción que tiene el tipo de suelo en una obra y tener las precauciones del caso (Dejar el mismo suelo o retirar y colocar un suelo mejorado).Tener conocimiento de relaciones fundamentales en importante para conocer las propiedades mecánicas del suelo; por ejemplo la porosidad y el contenido de humedad que son variantes que ayudan a determinar la cantidad de agua que posee el suelo y lo que este puede absorber; dato que es importante para construir. RECOMENDACIONES    

Se debe poner la parafina completamente en la papa ya que si no se lo hace así el agua puede ingresar al suelo y esto puede variar al momento de hacer los cálculos. Se recomienda que al momento de parifinar las papas no hay que dejar que la muestra permanezca mucho tiempo dentro de la parafina. Al retirar la parafina de la muestra de suelo con forma irregular, se debe tener cuidado, para no destruir demasiado la muestra y así poder recubrirla de nuevo con la parafina. Para tomar una muestra del suelo de la muestra irregular procurar que sea del centro de la masa ya que es el lugar donde las partículas de muestra están menos alteradas.

BIBLIOGRAFÍA 1. JUAREZ, B. (2005). Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. En B. JUÁREZ, Mecánica de Suelos, Tomo 1 (págs. 51-61). México: Limusa. 2. LEONI, Augusto. Mecánica de Suelos – “Área Geotécnica” – Cap. Relaciones volumétricas y gravimétricas. Tomo I.; Páginas Utilizadas: 6-8.

3. GONZALES, F. Mecánica de Suelos - Capitulo 2-Componentes del Suelo y sus relaciones volumétricas y gravimétricas; página 15 – 26 4. OSORIO, S. APUNTES DE GEOTECNIA CON ENFASIS EN LADERAS, Recuperado 18 de noviembre del 2010 SITIO WEB: http://geotecnia- sor.blogspot.com/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde.html