Apuntes Comportamiento De Suelos 130101 1 1

APUNTES DE

COMPORTAMIENTO DE SUELOS
VOLUMEN 1

Agustín Deméneghi Colina
Margarita Puebla Cadena
Profesores del Departamento de
Geotecnia
División de Ingenierías Civil y
Geomática
Universidad Nacional Autónoma
de México

ÍNDICE
Capítulo
Relaciones de
fase y
clasificación de
suelos

Flujo de agua en
suelos

Tema

Página

Relaciones de fase

3

Granulometría
Plasticidad
Sistema Unificado deClasificación de Suelos
Referencias

14
17
20
24

Capilaridad y proceso de contracción

25

Esfuerzos totales, neutros y efectivos
Ley de Darcy
Métodos para determinar el coeficiente de
permeabilidad
Ecuación general del flujo de agua en suelos
Solución gráfica. Redes de flujo
Solución analítica de la ecuación de flujo
Solución numérica de la ecuación de flujo
Referencias

31
37
39
45
47
60
60
61

Anexo1

Solución de la ecuación de flujo de agua en
suelos, mediante el método del elemento finito

62

Anexo 2

Excavaciones bajo el nivel de agua freática

69

3
RELACIONES DE FASE Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS
Agustín Deméneghi Colina*
Un suelo está formado por tres fases:
a) Fase sólida, constituida por las partículas minerales
b) Fase líquida, formada por agua con sales minerales disueltas
c) Fasegaseosa, constituida por el aire
Dividamos estas fases esquemáticamente como se muestra en las figuras 1 y 2. En la figura 1
estamos colocando las masas y en la figura 2 los pesos del suelo.
VOLÚMENES

MASAS

Va

AIRE

Vw

AGUA

Mw

Vs

SÓLIDO

Ms

Ma = 0

Vv

Vm

Mm

ESQUEMA DE LAS FASES DE UN SUELO (MASAS)
FIGURA 1

Definamos a continuación las siguientes cantidades, denominadas propiedadesíndice de los
suelos (véanse las figuras 1 y 2):
Contenido de agua o humedad, w

w

Mw
Ms

(1)

O bien

w%  

Mw
 100
Ms

(2)

Como

W  Mg

*

(3)

Profesor del Departamento de Geotecnia. División de Ingenierías Civil y Geomática. Facultad de
Ingeniería. UNAM

4
M

W
g

(4)

donde g = aceleración de la gravedad, las ecuaciones 1 y 2 las podemos poner
VOLÚMENES

PESOS

Va

AIRE

Vw

AGUA

Ww

VsSÓLIDO

Ws

Wa = 0

Vv

Vm

Wm

ESQUEMA DE LAS FASES DE UN SUELO (PESOS)
FIGURA 2

Ww
W
g
w
 w
Ws Ws
g

(5)

w%  

(6)

Ww
 100
Ws

Relación de vacíos, e

e

Vv
Vs

(7)

Porosidad, n

n

Vv
Vm

(8)

O bien

n(%) 

Vv
 100
Vm

(9)

5
Volumen específico, v

v

Vm
Vs

(10)

Grado de saturación, Sr

Vw
Vv

Sr 

(11)

O bien

S r %  

Vw
 100
Vv

(12)

Relaciones entre masas yvolúmenes
(Véase la figura 1)
Definimos las siguientes propiedades, usando la masa del suelo
Masa específica, ρ



M
V

(13)

Masa específica de los sólidos, ρs

s 

Ms
Vs

(14)

Masa específica del agua, ρo

o 

Mw
Vw

(15)

En esta ecuación 15, la masa del agua Mw debe estar al nivel del mar y a una temperatura de
4°C. Entonces

o  1

Mg
m3

(16)

Si no se cumplen las condiciones anteriores, lamasa específica del agua, ρw, definida como

w 

Mw
Vw

(17)

tiene un valor diferente al dado por la fórmula 16. Sin embargo, la variación de ρw en la
naturaleza es pequeña, y puede tomarse para fines prácticos como

w  1

Mg
m3

(18)

6

Densidad de sólidos o gravedad específica, Gs

s
o

Gs 

(19)

Masa específica húmeda, ρm

m 

Mm
Vm

(20)

Masa específica seca, ρd

d 

Ms
Vm(21)

Relaciones entre pesos y volúmenes
(véase la figura 2)
Trabajamos ahora con los pesos del suelo
Peso específico o peso volumétrico, γ



W
V

(22)

Peso específico de los sólidos, γ s

s 

Ws
Vs

(23)

Peso específico del agua, γ o

o 

Ww
Vw

(24)

En esta ecuación, la masa del agua debe estar al nivel del mar y a una temperatura de 4°C.
Entonces, de acuerdo con 16

o  1

Mg
m3

Elpeso específico del agua γo es

o 

Pero

Ww M w g
Mg 
m
Mg  m

  o g  1 3  9.81 2   9.81 3 2
Vw
Vw
m 
s 
ms

1N  1kg 

m
s2

7

Mg  m
kg  m
N
 9810 3 2  9810 3
3 2
ms
ms
m
kN
 o  9.81 3
m

 o  9.81

(25)

Si no se cumplen las condiciones anteriores, el peso específico del agua, γw, definido como

Ww
Vw

w 

(26)

tiene un valor diferente al dado por la fórmula 25. Sin...