Consistencia del suelo

La consistencia se define como la firmeza o solidez que presenta la masa de suelo, esta característica particular del suelo está estrechamente relacionada a las estructuras que las partículas del suelo forman entre si. Para el caso de suelos de grano grueso la textura y la forma de ubicación de las partículas dentro la masa de suelo determina la consistencia, mientras que en los suelos finos el contenido de humedad define la consistencia ya que el agua contribuye a la cohesión, debido a las propiedades eléctricas de los minerales de arcilla.

Densidad relativa (D_r).

Debido a la variedad de formas que tienen las partículas de textura granular en suelos de grano grueso, estas pueden acomodarse de diversas maneras en la masa de suelo, donde para cada caso variará el índice de vacíos. La Figura 1.25 muestra una porción de suelo con diferentes formas de empaquetamiento de sus partículas.

Figura 1.25. Formas de empaquetamiento de las partículas del suelo (Das, 1998).

(a) Densa. (b) Suelta.

En la Figura 1.25a las partículas están acomodadas de tal manera que la cantidad de vacíos es mínima, a diferencia de la forma de empaquetamiento en la Figura 1.25b que tiene una mayor cantidad de vacíos. Se llama compacidad a la forma de empaquetamiento que tienen las partículas del suelo dentro su masa lo cual determinará el índice de vacíos del suelo, este concepto de compacidad solo será aplicable a suelos con partículas de textura granular.

Cada suelo tiene una compacidad de tal manera que el índice de vacíos sea el mínimo, logrando un suelo denso (Figura 1.25a) o caso contrario un suelo suelto que tendrá un índice de vacíos máximo (Figura 1.25b). La compacidad de un suelo es medida con la densidad relativa, que evalúa el grado de empaquetamiento de las partículas del suelo en situ de acuerdo al índice de vacíos máximo y mínimo que permita el suelo, está será:

[1.47]

Donde:

D_r = Densidad relativa del suelo.

e_max = Índice de vacíos máximo permitido por el suelo.

e_min = Índice de vacíos mínimo permitido por el suelo.

e = Índice de vacíos actual del suelo.

Este valor generalmente es expresado en porcentaje y varía de 0% para muy suelto a un máximo de 100% para muy denso, sin embargo en situ la densidad relativa comúnmente varía de 20 a 85%. La Tabla 1.12 muestra valores característicos de la densidad relativa para evaluar el grado de empaquetamiento de las partículas del suelo.

Tabla 1.12. Descripción del suelo según la densidad relativa (Lambe & Whitman, 1969).

En base a la ecuación [1.6], la densidad relativa es expresada en función a la porosidad, que será:

[1.48]

Donde:

D_r = Densidad relativa del suelo.

n_max = Porosidad máxima permitida por el suelo.

n_min = Porosidad mínima permitida por el suelo.

n = Porosidad actual del suelo.

La norma ASTM D2049 sugiere un procedimiento para determinar la densidad relativa de un suelo de grano grueso en campo utilizando un molde, mediante la ecuación [1.49] que está en función al peso unitario seco máximo, mínimo y el actual del suelo, que será:

[1.49]

Para la determinación del peso unitario mínimo, el suelo suelto luego de ser secado en horno es vaciado con un embudo al molde cuidadosamente hasta el tope, teniendo el volumen que ocupa este se determina la masa del suelo. Para determinar el peso unitario máximo se aplica una carga al suelo en la parte superior del molde lleno de suelo y se somete todo el conjunto a vibración por un tiempo, con la masa del suelo y el volumen que ocupa este en el molde se determina el peso unitario máximo. Para obtener más detalles acerca de este ensayo puede consultarse a un manual de laboratorio especializado.

Figura 1.26. Variación de e_max y e_min respecto a la angularidad y C_U (Youd, 1973).

Youd (1973) elaboró un ábaco que se muestra en la Figura 1.26 para determinar los valores de: e_max y e_min del suelo, en base a la angularidad de las partículas y el coeficiente de uniformidad del suelo. La Figura 1.27 muestra una relación aproximada entre la densidad relativa, el índice de vacíos actual y el peso unitario seco del suelo.

Figura 1.27. Relación aproximada de g_d, e y D_r para suelos de grano grueso (Das, 1998).