W = m . g
[1.8]
Por conveniencia se considerarán las unidades de masa en lugar de las del peso excepto donde no corresponde, debido a que la masa a diferencia del peso no es influida por la gravedad. Las unidades de está serán expresadas en kg o g dependiendo a su cantidad.
Para las relaciones de peso se considerará únicamente la masa de la fase sólida y líquida, mientras que la masa de la fase gaseosa es despreciada por ser una cantidad muy pequeña. La masa total (M) de la masa de suelo será:
[1.9]
Contenido de humedad (w).
El contenido de humedad, se define como el cociente entre la masa de agua contenida y la masa de los sólidos de una masa de suelo, que se escribe:
[1.10]
La mayor parte de los ensayos en mecánica de suelos, requieren la determinación del contenido de humedad del suelo. Para lo cual, la idea general es determinar la masa del suelo libre del contenido de agua (masa de los sólidos del suelo) y también la masa del agua que contiene el suelo.
La masa de la muestra de suelo será: M1.
Si la muestra de suelo es secada en un horno de laboratorio de tal manera que ya no tenga contenido de agua, la masa de la muestra sin contenido de agua será: M2.
Entonces la masa del agua que contiene el suelo será: M1 – M2.
Por lo tanto el contenido de humedad del suelo será:
[1.11]
El valor del contenido de humedad, por lo general es expresado en porcentaje.
Densidad .
La densidad del suelo es definida como la relación entre la masa y el volumen, que se expresa:
[1.12]
La densidad puede variar para un mismo suelo, dependiendo de la cantidad relativa de agua que contenga el suelo.
Peso unitario .
El peso unitario es definido como la masa de una masa por unidad de volumen. El peso unitario del suelo varía de acuerdo al contenido de agua que tenga el suelo, que son: húmedo (no saturado), saturado y seco.
El peso unitario húmedo , es definido como el peso de la masa de suelo en estado no saturado por unidad de volumen, donde los vacíos del suelo contienen tanto agua como aire, que será:
[1.10]
El peso unitario seco, se define como el peso de suelo sin contenido de agua por unidad de volumen, que se escribe:
[1.11]
El peso unitario saturado , se define como el peso de suelo en estado saturado por unidad de volumen, donde los espacios vacíos están llenos de agua, que será:
[1.12]
El Peso unitario del agua , es peso del agua por unidad de volumen que será:
[1.13]
se conoce como a la diferencia del peso unitario húmedo del suelo y el peso unitario del agua, que será:
[1.14]
En la Tabla 1.4 se muestran valores típicos del peso unitario seco para algunos suelos.
Tabla 1.4. Índice de vacíos, contenido de humedad y peso unitario seco (Coduto, 1999).
El valor del peso unitario del suelo dependerá del contenido de humedad como del tipo de partículas que componen el suelo. Una manera de determinar es midiendo la masa del suelo y el volumen que ocupa esta misma masa de suelo.
La masa total de la masa de suelo al aire será: M1.
Si se cubre la masa de suelo con cera con el objetivo de impermeabilizarla, la masa de la masa total de suelo mas cera al aire será: M2.
La masa de la cera que cubre la masa de suelo será:
Mcera = M2 – M1
El volumen de la cera que cubre la masa de suelo será:
La masa de la masa de suelo más cera, ambas sumergidas en agua será: M3.
Según al principio de Arquímedes, la masa del agua que es desplazada por el volumen que ocupa el suelo más cera, será:
Magua = M2 – M3
El volumen de agua desplazada por la masa de suelo más cera, será:
entonces el volumen del suelo sin cera, será:
Vsuelo = Vagua – Vcera
El peso unitario húmedo del suelo será:
Por lo general el peso unitario del suelo es expresado en KN/m3. El peso unitario saturado y seco puede ser determinado implícitamente mediante relaciones de peso-volumen que involucren el peso unitario húmedo y otros valores conocidos.
Gravedad específica (Gs).
La gravedad específica del suelo, se define como la relación entre la masa de los sólidos del suelo (Msuelo) y la masa del agua para el mismo volumen (Magua) que ocupan estos sólidos es:
[1.15]
Mediante la gravedad específica puede determinarse el valor de otras relaciones de peso o volumen del suelo que sean de interés, una forma de hallar este valor es determinando la masa de las partículas sólidas del suelo y la masa del volumen de agua que ocupan estas.
La masa del suelo secado en horno (sin contenido de agua), será: M1.
La masa de un frasco (o picnómetro) con agua destilada (sin aire) hasta el tope será: M2.
Si se introduce la masa de suelo en el frasco con agua hasta el borde, esta desplazara un cierto volumen de agua, la masa del frasco con agua hasta el borde mas suelo será: W3. Es importante que no exista aire en el suelo, por lo que la muestra de suelo es saturada completamente de agua, esto es agitando el frasco que contiene suelo y agua.
La masa del volumen de agua desplazada por los sólidos del suelo será:
Magua = (M2 + M1) – M3
Entonces, la gravedad específica será:
Según la norma ASTM D854, el valor de la gravedad específica en los suelos generalmente varia entre 2.60 a 2.80, pero en el caso de suelos que contienen materia orgánica el valor de la gravedad específica desciende por debajo de 2. Más detalles acerca de este ensayo pueden consultarse en un manual de laboratorio especializado. En la Tabla 1.5 se muestran valores típicos de la gravedad específica para algunos minerales.
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