Ejercicios esueltos mecanica de suelos

Propiedades básicas de los suelos



Capítulo 1. Propiedades básicas de los suelos. Identificación y clasificación
PROBLEMA 1.

Una muestra de suelo saturado, que tiene un peso de 900 gr, se coloca en estufa a 100º C durante 24 horas, tras lo cual pesa 750 gr. Obtener su humedad natural, su índice de poros, su porosidad, su densidad natural y su densidad seca (I = 2.7 gr/cm3).

Figura1.1 Distribución de las fases en el suelo

La obtención de parámetros característicos de un suelo tales como su índice de poros, su humedad y sus distintas densidades, se realiza a partir de la medida en laboratorio del peso en diferentes condiciones (p.e. suelo natural, suelo seco) y aplicando la definición de dichos parámetros. Humedad. Se define como peso de agua relativo al peso del sólido(w = Ww / Ws). El peso de agua (Ww) puede calcularse por diferencia como Ww = Wt - Ws = 900 - 750 = 150 gr y, por tanto, la humedad resultante es:
w



150 gr  0.2 (20 %) 750 gr

Índice de poros. Se define como volumen de huecos relativo al volumen de sólido (e = Vh / Vs). Dado que,

© los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escritade los titulares del "copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo públicos, así como la exportación e importación de ejemplares para su distribución y venta fuera del ámbito dela Unión Europea.



Mecánica de Suelos. Problemas resueltos

en este caso, el suelo se encuentra saturado (Sr = 1), se tiene Vh = Vw (volumen de huecos igual a volumen de agua). Dichos volúmenes se obtienen mediante las expresiones:
Vw



Ww

w



150 gr 1.0 gr/cm  150.0 cm
3

3

Vs



Ws

s



750 gr 2.7 gr/cm  277.78 cm
3

3

donde se ha supuestouna densidad de 2.7 gr/cm! para las partículas sólidas. Una vez determinados los volúmenes de huecos (agua) y sólido, se calcula el índice de poros como cociente entre el volumen de huecos y el volumen de sólido:
e



150 cm 277.78 cm  0.54
3 3

Porosidad. Se define como volumen de huecos relativo al volumen total ( n = Vh / Vt). El volumen total se obtiene como Vt = Vw + Vs = 150 +277.78 = 427.78 cm!. Con ello se obtiene una porosidad de:

150 n  427.78  0.35 (35%)

La porosidad (n) se puede calcular en función del índice de poros (e). Ambas variables evalúan la misma propiedad del suelo (el volumen relativo de huecos) y por tanto, pueden usarse indistintamente, aunque sus valores no coinciden. Sin embargo, en Geotecnia, sobre todo en temas relacionados con elcomportamiento mecánico, es más conveniente la utilización del índice de poros, mientras que en Hidrogeología, se trabaja usualmente con la porosidad. El índice de poros es relativo al volumen de sólido, lo que facilita el cálculo de sus variaciones al producirse cambios de volumen del suelo. Sin embargo, es más cómodo referirse a la porosidad para calcular el volumen de agua almacenado en un volumen demedio. La equivalencia entre porosidad e índice de poros se obtiene como:
n



Vh Vt



Vh Vh Vs





(

Vh Vs

Vs Vh Vs



/

)/



1

e

e

análogamente, se puede despejar e en función de n:

e n
1

n

Densidad natural. Se define como peso total relativo al volumen total (n = Wt / Vt). Si se aplican los valores de este problema resulta:

n 900 gr 427.78 cm  2.10 gr/cm
3

3

Densidad seca. Se define como peso de sólido relativo al volumen total (d = Ws / Vt). Si se usan los valores de este problema resulta:

d 

750 gr  1.75 gr/cm 427.78 cm
3

3

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PROBLEMA 2.

Un suelo natural tiene una...