Cap 3 Parte I Propiedades físicas del suelo (despu

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MECÁNICA DE SUELOS
CAP 3. PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL
Mgtr. Francisco Chávez More
Ing. Jenny Sánchez Ramírez
CONTENIDO
3.1. MODELO TRIFÁSICO DEL SUELO. SÍMBOLOS Y 
DEFINICIONES
3.2. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS
3.3. MODELO VOLUMEN SÓLIDO UNITARIO
3.4. COMPACTACIÓN DEL SUELO
3.5. ENSAYO PRÓCTOR
3.6. PRUEBA DE DENSIDAD EN CAMPO
FASES CONSTITUYENTES DEL SUELO
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FASES CONSTITUYENTES DEL SUELO
Materia orgánica: Se presenta en 
diversas formas y cantidades, 
generalmente en zonas con NF 
cerca o sobre la superficie del 
suelo. Altamente compresible. No 
se considera para el cálculo en el 
modelo trifásico.
Turba: suelo orgánico; consiste en 
residuos vegetales parcialmente 
descompuestos.
FASES 
CONSTITUYENTES DEL 
SUELO
En los laboratorios de Mecánica de Suelos
pueden determinarse fácilmente magnitudes
como los pesos de las muestras (húmedo,
seco), PERO no son las únicas, es preciso
obtener relaciones sencillas y prácticas:
RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y 
GRAVIMÉTRICAS
3.1. MODELO TRIFÁSICO: SÍMBOLOS Y DEFINICIONES
W = Peso total de la muestra del suelo
Ws = Peso de la fase sólida de la muestra
Ww= Peso de la fase líquida de la muestra
Wa= Peso de la fase gaseosa de la muestra, 
considerado nulo.
V = Volumen total de la muestra de suelo 
Vs= Volumen de la fase sólida de la muestra
Vv=Volumen de los vacíos de la muestra 
Vw=Volumen de la fase líquida
Va=Volumen de la fase gaseosa de la muestra 
3.1. MODELO TRIFÁSICO: SÍMBOLOS Y DEFINICIONES
Suelo totalmente saturado: todos sus vacíos
están ocupados por agua.
𝑉𝑣 = 𝑉𝑤
Un suelo, en ese caso particular, consta de
solo dos fases, la sólida y la líquida. Muchos
suelos yacientes bajo el nivel freático son
totalmente saturados.
¿Suelo seco?
Suponiendo que el peso del aire es
despreciable, podemos asumir el peso
total de la muestra de suelo como:
(1)
(2)
𝑉 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑣 = 𝑉𝑠+ 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎
W= 𝑊𝑠 +𝑊𝑤
3.2.RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS
3.2.1. Relaciones Volumétricas: Porosidad y Relación de vacíos
Porosidad (n): relación del volumen de 
huecos al volumen total.
Relación de vacíos (e): relación del volumen 
de vacíos al volumen de sólidos. 
(3)
(4)
𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
𝑛 =
𝑉𝑣
𝑉
3.2.1. Relaciones Volumétricas: Porosidad y Relación de vacíos
𝑒 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
=
𝑉𝑣
𝑉− 𝑉𝑣
=
𝑉𝑣
𝑉
1− (𝑉𝑣/𝑉)
e =
𝑛
1−𝑛
𝑛 =
𝑒
1+e
3.2.2. Relaciones Volumétricas: Grado de saturación
• Grado de saturación (S): relación del volumen de agua al volumen 
de Vacíos.
(%)
(5)𝑆 =
𝑉𝑤
𝑉𝑣
3.2.3.Relaciones gravimétricas: Contenido de humedad y
pesos específicos
Peso unitario (g): peso del suelo por
volumen unitario. También se le
llama peso específico o peso
específico húmedo del suelo.
Contenido de Humedad (w): relación
del peso de agua entre el peso de
sólidos en un volumen dado de suelo.
w =
𝑊𝑤
𝑊𝑠
𝛾 =
𝑊
𝑉(6)
(7)
De las dos ecuaciones anteriores, podemos deducir la relación entre el peso unitario, el peso
unitario seco y el contenido de agua como:
El peso unitario, o peso específico (g), en términos del peso de los sólidos del suelo, el contenido
de humedad y el volumen total:
Movimiento de tierras: es necesario conocer el peso por unidad de volumen de suelo excluyendo
el agua→ Peso unitario seco o peso específico seco, (gd).
3.2.3. Relaciones gravimétricas: Pesos específicos
𝛾 =
𝑊𝑠(1 + 𝑤)
𝑉
(8)
𝛾𝑑 =
𝑊𝑠
𝑉
(9)
𝛾𝑑 =
𝛾
1 + 𝑤
(10)
3.2.4. Densidades de los suelos
• Cantidad de material con relación al espacio que ocupa.
• Densidad seca (ρd) = masa de sólidos / volumen total
• Densidad total (ρ) = masa total / volumen total
• Relación ρ/ρd
• Densidad saturada (ρsat) = densidad total del suelo, cuando está saturado.
• Densidad efectiva (ρ’) = ρsat – ρw
• Densidad de un suelo sumergido en agua.
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Relación entre Densidad y Peso unitario
Dado que el Newton es una unidad derivada, a veces conviene trabajar con densidades (r):
𝜌 =
𝑀
𝑉
𝜌𝑑 =
𝑀𝑠
𝑉
El peso unitario [kN / m3] puede obtenerse a partir de la densidad [kg / m3]:
𝛾
𝑘𝑁
𝑚3 =
𝑔. 𝜌 (
𝑘𝑔
𝑚3)
1000
𝛾𝑑
𝑘𝑁
𝑚3
=
𝑔. 𝜌𝑑 (
𝑘𝑔
𝑚3)
1000
g = 9.81 m / seg2.
Peso unitario del agua gw = 9.81 kN / m3 ó 62.4 lb / ft3 ó 1000 kgf / m3.
r = densidad del suelo (kg / m3 )
rd = densidad seca del suelo (kg / m3 )
M = masa total de la muestra de suelo (kg)
Ms = masa de sólidos del suelo en la muestra (kg)
3.2.5. Gravedad Específica Relativa de los sólidos (Gs o Ss )
Relación entre el peso 
unitario de un 
material dado y el 
peso unitario de agua. 
Se puede determinar 
con precisión en el 
laboratorio. 
3.2.6. Compacidad relativa
La definición de la compacidad relativa (o densidad relativa) implica comparar la densidad
del suelo respecto de sus estados más denso y más suelto posible. Eso se logra comparando
las relaciones de vacío.
𝐶𝑟 = 𝐼𝐷 =
𝑒𝑚á𝑥−𝑒
𝑒𝑚á𝑥−𝑒𝑚í𝑛
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Cr (%) 0-15 15-35 35-65 65-85 85-100
Estado de compactación Muy suelto Suelto Intermedio Denso Muy denso
Densidad máxima (Cr=1)
Suelto al máximo (Cr=0)
3.3. MODELO TRIFÁSICO DEL SUELO: Vs=1
3.3. MODELO TRIFÁSICO DEL SUELO: Vs=1
Relación de vacíos (e) y Porosidad (n)
Aire+agua
3.3.MODELO TRIFÁSICO DEL SUELO: Vs=1
Grado de saturación (S)
Volumen de vacíos
Vw = S.e
Suelo completamente seco: S=0
Suelo saturado: S=1
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→ Peso específico relativo del material.
Volumen de vacíos
Vw = S.e
Contenido de humedad (w)
Vw = S.e
Vw = w. Gs
Mw = S.e.ρw