Relações Volumétricas e Gravimétricas

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Mecánica de suelos
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CI561 – MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
Facultad de Ingeniería Civil
RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y 
GRAVIMÉTRICAS DEL SUELO
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Logro de la Unidad1
Competencias:
Pensamiento Crítico y Competencia 6 de ABET.
Al finalizar la unidad, el estudiante determina las características físicas y relaciones 
volumétricas y gravimétricas del suelo, así como la gradación y plasticidad del mismo.
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Contenido
1. Introducción
2. Importancia
3. Relaciones Peso - Volumen
4. Densidad relativa
5. Ejemplos
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INTRODUCCIÓN
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DIAGRAMA DE FASES
Fase sólida
Fase gaseosa
Fase líquida
Esqueleto
mineral
Idealización:
Diagrama
de tres fases
Sólidos
Aire
Agua
=
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DIAGRAMA DE FASES
SUELO SECO, SATURADO Y NO SATURADO
L
• Suelo seco: dos 
fases – no hay 
fase líquida.
Sólidos
Aire
• Suelo saturado: 
dos fases – no 
hay fase gaseosa.
No hay fase gaseosa, 
análisis mas sencillo.
Sólidos
Agua
• Suelo no 
saturado: tres 
fases.
Si hay 3 fases, el análisis
es mas complejo.
Sólidos
Aire
Agua
No hay fase líquida, 
análisis más sencillo.
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DIAGRAMA DE FASES
• Aproximamos un medio discreto 
por un medio continuo.
• Diagrama de fases:
– Gas (aire)
– Líquido (agua)
– Sólido (partículas)
• Va+Vw = Vv 
• Vv+Vs = Vt
• Ww+Ws = Wt
AIRE
AGUA
SUELO
 Vv
Va
Vw
Vs
Ww
Ws
Volumenes Pesos
Vt
Wt
El diagrama de fases del suelo muestra, esquemáticamente, las tres fases del suelo por separado (aire, agua y 
sólidos). En el lado izquierdo se indican los volúmenes de las fases, y en el lado derecho los pesos o masas de las 
fases.
Wa ≈ 0
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RELACIONES ENTRE PESOS
1. Contenido de Humedad (w)
Esta propiedad indica cuánta agua tiene el suelo independientemente del grado 
de saturación y no tiene límite superior.
Se define como la relación entre el peso del agua y el peso de sólidos de un
determinado volumen de suelo𝝎 = 𝑊𝑤𝑊𝑠 × 𝟏𝟎𝟎%
• No es raro que arcillas de origen marino o volcánico tengan un contenido de
humedad con valores del orden de 300 a 400%, en turbas se tiene valores
entre 100~3000%.
• El contenido de humedad para la mayoría de suelos húmedos están en el
orden de 10 a 60%.
Para arena saturada: 20~30%
Para arcilla saturada: 25~60%
• Suelos con apariencia seca presentan contenido de humedad del orden de 2
a 3%.
• El contenido máximo de humedad de un suelo depende del índice de
vacíos.
0 ≤ w ≤ ∞ (ó en %)
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RELACIONES ENTRE PESOS
Speed test
Método del secado en horno
1. Obtención del contenido de Humedad (w) en laboratorio y campo
NTP 339.127 / ASTM D2216
ASTM D4944
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RELACIONES ENTRE VOLÚMENES
1. Porosidad (n)
0 ≤ n ≤ 1
2. Índice de poros (e) 0 ≤ e ≤ ꝏ
mas variabilidad
A mayor valor de “e” más tendencia
a ser compresible. 
Esta propiedad se usa para cálculos
de deformaciones del suelo.
𝒏 = 𝑽𝒗𝑽𝒕 × 𝟏𝟎𝟎%
𝒆 = 𝑽𝒗𝑽𝒔
Se define como la relación entre el volumen de
vacíos y el volumen total del suelo:
Según IAEG (1979), la 
porosidad y el índice de 
vacío pueden ser 
clasificados según el 
siguiente cuadro:
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RELACIONES ENTRE VOLÚMENES
3. Grado de Saturación (Sr)
Es la relación entre el volumen de agua que contiene el suelo y el volumen de 
vacíos del mismo, expresado en porcentaje
– 0 ≤ Sr ≤ 1 (ó en %)
– Para arcillas, en general Sr > 0.8
– Para arenas, 0 ≤ Sr ≤ 1
𝑺𝒓 = 𝑽𝒘𝑽𝒗 × 𝟏𝟎𝟎%
Grado de 
saturación (%)
Denominación
0 Naturalmente seco
1 -25 Ligeramente húmedo
25-50 Húmedo
50-80 Muy húmedo
80-95 Altamente saturado
100 Saturado
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RELACIONES ENTRE PESOS Y VOLÚMENES
NOTA: Peso específico = Pesos volumétrico = Peso 
unitario = Densidad
1. Peso Específico del suelo natural (g)
Es definido como la relación entre el peso de la muestra del suelo (𝑾 ) y su
volumen (𝑽 ). Implica cierto contenido de agua almacenada entre las partículas
(suelo húmedo) y volumen de vacíos.
2. Peso Específico de los sólidos (gs)
Se refiere la relación peso – volumen de las partículas sólidas. Es definido como
la relación entre el peso de los sólidos que constituye el suelo (𝑾𝒔) y su
volumen (𝑽𝒔) sin considerar los vacíos.
3. Peso Específico del agua (gw)
Es definido como la relación entre el peso de una cantidad de agua (𝑾𝒘) y su 
volumen (𝑽𝒘).
𝜸 =𝑾𝒕𝑽𝒕
𝜸𝒔 = 𝑾𝒔𝑽𝒔
Para efectos de cálculos se suele asumir que el peso específico del 
agua es 1 gr/cm3 (sin tomar en cuenta los cambios de temperatura).
𝜸𝒘 =𝑾𝒘𝑽𝒘
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RELACIONES ENTRE PESOS Y VOLÚMENES
NOTA: Peso especifico = Pesos volumétrico = Peso 
unitario = Densidad
4. Peso Relativo de los sólidos (Gs)
Es definido como la relación del peso específico de sólidos del suelo (𝜸𝒔) y el 
peso específico del agua (𝜸𝒘). También es denominado gravedad específica de 
sólidos 𝑮𝒔 = 𝜸𝒔𝜸𝒘
Fuente: Das, 2013
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RELACIONES ENTRE PESOS Y VOLÚMENES
5. Peso Especifico del suelo seco (gd)
Es definido como la relación entre el peso de la muestra seca del suelo (𝑾𝒔)
y su volumen (𝑽 ). Implica volumen de vacíos.
Si se conoce la humedad de un suelo y su peso especifico, se puede 
determinar el peso específico del suelo seco a partir de la siguiente 
expresión:
6. Peso Especifico del suelo saturado (gsat)
7. Peso Especifico del suelo sumergido (g ’)
Este valor corresponde al peso específico del material cuando se encuentra 
bajo el nivel freático aminorado por el empuje que le ejerce el agua (hacia 
arriba por el volumen desalojado).
𝜸𝒔𝒂𝒕 =𝑾𝒔 + 𝑽𝒗 ∙ 𝜸𝒘𝑽𝒕
𝜸𝒅 = 𝑾𝒔𝑽𝒕
𝜸𝒅 = 𝜸(𝟏 + 𝒘)
𝜸′ = 𝜸𝒔𝒂𝒕 − 𝜸𝒘𝜸𝒘 = 𝟏 𝒈𝒓𝒄𝒎𝟑 = 𝟏𝟎 𝒌𝑵𝒎𝟑NOTA:
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En el laboratorio:
RELACIONES ENTRE PESOS
Peso volumétrico del suelo cohesivo
NTP 339.139 / BS 1377
Gravedad específica de los sólidos
NTP 339.131 / ASTM D854
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DIVERSAS RELACIONES PARA 𝜸, 𝜸𝒅 𝒚 𝜸𝒔𝒂𝒕
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DENSIDAD O COMPACIDAD RELATIVA 
• Esta relación es muy importante en suelos formados por partículas gruesas, como gravas y arenas.
• Generalmente la “compacidad” pierde su significado en suelos con contenidos apreciables de arcilla y limo por no tener valores 
definidos de emáx y emín.
Estado Suelto
Estado Denso
Otra forma de expresar la compacidad relativa es haciendo uso de los pesos volumétricos 
“secos” en estado natural, en estado suelto y en estado máximo, tal como se indica a 
continuación:
Así según la densidad relativa de las gravas y 
arenas se puede clasificar a los materiales 
granulares como:
ESTADO MÁS SUELTO
• Para llevar a un material granular a su estado más suelto posible 
(relaciónde vacíos máxima), éste es secado y luego vaciado, desde 
una altura pequeña, dentro de un recipiente.
Entonces:
Fuente: Das, 2013
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DENSIDAD O COMPACIDAD RELATIVA 
Embudo
Molde
Ensayo para determinar 𝑒𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜Ensayo para determinar 𝑒𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜
Molde
Sobrecarga
Placa base
Sistema de
ajuste
Mesa 
vibradora
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Que aprendimos hoy?
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Resumen
✓ Una masa de suelo puede ser considerado como un conjunto de partículas encerrando 
vacios de forma y tamaños variados, estos vacíos pueden contener agua y aire al mismo 
tiempo. Ocasionalmente puede estar llenado sólo por agua (Saturado)
✓ Las propiedades mecánicas, de compresibilidad e hidráulicas del suelo dependen en gran
medida de las relaciones gravimétricas y volumétricas del suelo.
✓ El índice de vacios es una medida de densidad y por tanto, representa una 
de las características más importantes para la definición del suelo.
✓ El contenido máximo de humedad de un suelo depende del índice de vacios.
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Lecturas recomendadas
Revisar el texto: “Soil mechanics fundamentals”; Muni Budhu 
Capítulo 2. Pág 23 a la 36, y responda:
Cual es el rango de valores del índice de vacíos, 
porosidad, grado de saturación.
Explicar como se puede saturar una muestra de suelo sin 
incrementar el contenido de humedad
Que relación hay entre el peso unitario del suelo, la 
gravedad específica, el contenido de humedad y el índice 
de vacíos.
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Gracias por su atención.
Material producido por la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas 
Elaborado por: Lydice S. Estrada Polanco
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