Relaciones entre las Fases del Suelo.

Por tratarse de un sistema discontinuo de partículas, un elemento de suelo constituye intrínsecamente un sistema de varias fases. La Fig. 3.1 muestra un elemento típico de suelo que contiene 3 fases diferenciables: sólida (partículas minerales), gaseosa y líquida (agua generalmente). La Fig. 3.la, representa las 3 fases como podrían presentarse en un elemento de suelo natural. En la parte (b) se han separado las fases con el fin de facilitar la deducción de las relaciones entre ellas. A la izquierda de la figura las fases se han expresado en volumen, mientras que a la derecha lo han sido en peso.

Debajo de la Fig. 3.1 se dan las expresiones que relacionan las distintas fases. Existen tres importantes relaciones de volumen: porosidad, relación de vacíos * y grado de saturación. La porosidad es la relación entre el volumen de huecos y el volumen total, mientras que la relación de vacíos es el cociente entre el volumen de huecos, poros o vacíos y el de partículas sólidas. La porosidad se suele multiplicar generalmente por 100, dándose así los valores en porcentaje. La relación de vacíos se expresa en forma decimal (por ejemplo, una relación de vacíos de 0.55 etc.) y puede alcanzar valores superiores a la unidad. Tanto la porosidad como la relación de vacíos indican el porcentaje relativo del volumen de poros en una muestra de suelo. Este volumen de vacíos está lleno de un fluido, gaseoso o líquido, pero en general se trata de agua.

Aunque los dos términos se emplean en mecánica de suelos, se usa más la relación de vacíos1 . Existen las siguientes relaciones entre la porosidad n y la relación de vacíos e.

En castellano existen diversas versiones del concepto void ratio como son “relación de vacíos”, “índice de poros”, “índice de huecos”, etc. (N.T.).

El grado de saturación indica el porcentaje de volumen de huecos que está relleno de agua. Así pues un valor de S = O, indica un suelo seco, S = 100 % corresponde a un suelo saturado y un valor comprendido entre O y 100 % indica un suelo semisaturado o parcialmente saturado.

La relación entre pesos de fases más empleada es el contenido de agua humedad, que es el peso de agua dividido por el peso de partículas sólidas en un elemento de suelo. La humedad de una muestra de suelo se obtiene directamente por el siguiente método: se pesa el suelo natural; se seca en una estufa; se pesa el suelo seco y por último se calcula la humedad como diferencia entre los pesos inicial y seco, dividida por el peso seco. Este método supone que el agua es el único producto evaporable del suelo, lo cual es razonable excepto cuando se trabaja con suelos orgánicos o suelos que contienen volátiles como el asfalto. Para un suelo saturado, la humedad y la relación de vacíos están directamente relacionados, como puede verse aminando las expresiones de ambos términos. Como lo más fácil obtener pesos que calcular volúmenes, se utiliza bastante la variación de humedad de un suelo saturado para medir deformaciones volumétricas.

En la parte inferior de la Fig. 3.1 se dan las expresiones de los distintos pesos específicos, o pesos de un determinado volumen. El peso específico aparente o total es, por ejemplo, el peso de un elemento de suelo dividido por el volumen de dicho elemento2. El peso específico seco, es el peso de las partículas minerales dividido por el volumen total del elemento. Los pesos específicos se expresan en unidades de peso por volumen, como gramos por centímetro cúbico (gr/cm3) y toneladas por metro cúbico (ton/m3).

1 Al comprimir un elemento de suelo (prueba típica) tanto el numerador como el denominador de la porosidad disminuyen, mientras que sólo disminuye el numerador de la relación de vacíos. Este hecho da lugar í que la relación de vacíos sea más útil que la porosidad para estudiar la compresión o consolidación de un suelo.

2  También se utiliza el símbolo ‘ para el peso específico total. 

 Figura 3.1  Relaciones entre las fases de un suelo. a) el elemento del suelo natural b) División de un elemento en fases.

Del suelo sumergido: 

Del suelo saturado: 

El peso específico relativo se obtiene dividiendo el peso específico de un material por el peso específico del agua. En la tabla 3.1 se dan los valores del peso específico relativo de las partículas de un determinado grupo de minerales.

Tabla 3.1 Pesos específicos relativos de algunos minerales 

 

La expresión Gw = Se sirve para comprobar los cálculos de las diversas relaciones.

El estudiante de mecánica de suelos debe conocer el significado de las relaciones de la Fig. 3.1, convencerse de una vez para todas de que son correctas e incorporar estos términos a su vocabulario habitual. Estas relaciones son básicas para la mayoría de los cálculos de mecánica de suelos y constituyen, por tanto, una parte esencial de esta ciencia.

-Valores Típicos de las Relaciones Entre Fases para Suelos Granulares.

-Valores Típicos de las Relaciones entre Fases para Suelos Cohesivos.