Relaciones volumétricas y gravimétricas

II.5 Relaciones Volumétricas Y Gravimétricas en los SuelosII.5.1 Fases del suelo. Símbolos y definiciones.En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida); La líquida por el agua (libre, específicamente),aunque en los suelos puede existir otros líquidos de menor significación; La fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.). La capa viscosa del agua adsorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y la líquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado).Las fases líquida y gaseosa del suelo suele comprenderse en el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los Sólidos. Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular, de sólo dos fases, la sólida y la líquida. Muchos suelos yacientes bajo el nivel friáticos son totalmente saturados. En los laboratorios de Mecánica de Suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno y el peso específico relativo de los suelos. La figura II.19 representa el esquema de la muestra de suelos, en el que aparecen las fases principales, así como los conceptos de uso más común.Volúmenes ( V )Pesos ( W )VmVvVaFase GaseosaWa WmVwFase LíquidaWwVsFase SólidaWs En donde:Vm=Volumen total de la muestra de suelo (volumen de la masa)Vs=Volumen de la fase sólida de la muestra (volumen de sólidos).Vv=Volumen de los vacíos de la muestra de suelo (volumen de vacíos).Vw=Volumen de la fase líquida contenida en la muestra (volumen de agua).Va=Volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen de aire).Wm=Peso total de la muestra del suelo (peso de la masa).Ws=Peso de la fase sólida de la muestra de suelo (peso de los sólidos).Ww=Peso de la fase líquida de la muestra (peso de agua).Wa=Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente considerado como nulo en Mecánica de Suelos.Figura II.19 Fases del SueloExiste problema para definir el peso de sólidos, o sea del suelo seco, obtenido eliminando la fase líquida. El problema proviene del hecho de que la película de agua adsorbida no desaparece por completo al someter al suelo a una evaporación en horno, a temperaturas prácticas ; la cuestión está convencionalmente resuelta en Mecánica de Suelos al definir como estado seco de un suelo al que se obtiene tras someter el mismo a un proceso de evaporación en un horno, con temperaturas de l05° C a 110° C y durante un período suficiente para llegar a peso constante, lo que se logra generalmente en 18 ó 24 horas. II.5.2 Relaciones de Pesos y VolúmenesEn Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspondientes, por medio del concepto de peso específico, es decir, de la relación entre el peso de la sustancia y su volumen.Se distinguen los siguientes pesos específicos:o=Peso específico del agua destilada, a 4° C de temperatura y a la presión atmosférica correspondiente al nivel del mar.w=Peso específico del agua en las condiciones reales de trabajo; su valor difiere poco de del de  y, en muchas cuestiones prácticas, ambos son tomados como iguales.m=Peso específico de la masa del suelo. Por definición se tiene: .......................1s=Peso específico de la fase sólida del suelo........................2En la siguiente tabla se muestra la variación de los valores de w en función de la temperatura, que es el concepto que más influye en dicha variación. °C012345678900.99990.99991.00001.00001.00001.00001.00000.99990.99990.9998100.99970.99960.99950.99940.99930.99910.99900.99880.99860.9984200.99820.99800.99780.99760.99730.99710.99680.99650.99630.9960300.99570.99540.99510.99470.99440.99410.99370.99340.99300.9926400.99220.99190.99150.99110.99070.99020.98980.98940.98900.9885500.98810.98760.98720.98670.98620.98570.98520.98480.98420.9838600.98320.98270.98220.98170.98110.98060.98000.97950.97890.9784700.97780.97720.97670.97610.97550.97490.97430.97370.97310.9724800.97180.97120.97060.96990.96930.96860.96800.96730.96670.9660900.96530.96470.96400.96330.96260.96190.96120.96050.95980.9591 Tabla II.2 Variación de w (gr/cm3) respecto a la temperatura en °CEl peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua, a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de presión.Sm = Peso específico relativo de la masa del suelo........................3 Ss = Peso específico relativo de la fase sólida del suelo (de sólidos)........................4II.5.3 Relaciones FundamentalesLas relaciones que se dan a continuación son importantísimas, para el manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecánica de Suelos.Se denomina Relación de Vacíos, Oquedad o Indice de Poros a la relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo:.......................5La relación puede variar teóricamente de 0 (Vv = 0) a (valor correspondiente a un espació vacío). En la práctica no suele hallarse valores menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente comprensibles.Se llama Porosidad de un suelo a la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje:.......................6Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con sólo fase sólida) a 100 (espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%. Se denomina Grado de Saturación de un suelo a la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacíos. Suele expresarse también como un porcentaje:.......................7Varía de 0 (suelo seco) a l00 (suelo totalmente saturado).Se conoce como Contenido de Agua o Humedad de un suelo, la relación entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su fase sólida. Suele expresarse como un porcentaje :.......................8Varía teóricamente de 0 a . En la naturaleza la humedad de los suelos varía en entre límites muy amplios. El Grado de Saturación de Aire es una magnitud de escasa importancia práctica, respecto a las anteriores relaciones........................9