Parte 19 · Clase 182 de 830

ARQ-182 · Tipos de suelo y propiedades de comportamiento

Parte 19 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.12.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-181, ARQ-028. Sin calendario. Los casos y parámetros son ficticios; no son levantamientos, ensayos ni pruebas con personas reales. Revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Por qué dos suelos con una descripción semejante pueden responder de manera diferente, y qué relaciones físicas permiten comenzar a explicar esa diferencia?

Resultado y continuidad

GEO-BASE-01 conserva sus tres registros y sus propiedades desconocidas. Esta clase no completa esas propiedades con valores de un libro. Construye un modelo independiente, SUE-FASES-01, para relacionar masa, volumen, agua y vacíos. Aprenderás a distinguir clasificación, estado y comportamiento; entregarás un balance de fases y una explicación de qué información falta para anticipar una respuesta. ARQ-183 abordará cómo se obtienen y documentan evidencias mediante investigación y ensayos profesionales.

1. Describir un material no es predecir toda su respuesta

El tamaño de partículas, su composición, forma, distribución y organización influyen en el comportamiento del suelo. Sin embargo, no basta con escribir arena o arcilla. También importan el agua, la densidad, la historia de esfuerzos y las condiciones bajo las que se aplica una carga.

Una descripción granulométrica organiza tamaños de partículas. La mineralogía estudia su composición; puede importar especialmente cuando las interacciones con agua modifican la respuesta. La estructura o fábrica describe cómo están dispuestas y relacionadas. Ninguna de estas perspectivas reemplaza automáticamente las otras. Los apuntes de MIT distinguen propiedades de composición e índices, sin presentarlas como predicción completa del comportamiento [GEO-PHASES].

Para un arquitecto, esta distinción cambia las preguntas al especialista. «Aparece arcilla» no responde cuánto se deformará bajo una alternativa, durante cuánto tiempo o con qué cambios de agua. La interpretación requiere parámetros y condiciones pertinentes. La clase enseña ese razonamiento, no una tabla para elegir fundaciones según un nombre.

2. Un volumen contiene sólidos y vacíos

En el modelo de fases, el volumen total V se divide en sólidos Vs y vacíos Vv. Los vacíos pueden contener agua Vw y aire Va. Por tanto, V = Vs + Vv y Vv = Vw + Va. Esta contabilidad no supone que los poros sean cavidades grandes ni que todos estén conectados de igual manera.

La masa total se aproxima como masa de sólidos Ms más masa de agua Mw, despreciando la del aire en este ejercicio. La relación entre masa y volumen necesita distinguir qué se incluye en cada término. Escribir «densidad del suelo» sin aclararlo puede mezclar magnitudes diferentes.

El modelo simplifica una organización microscópica compleja en cantidades agregadas. Sirve para comprobar coherencia y relacionar medidas, no para representar la forma de cada poro. Dos muestras pueden tener la misma porosidad y diferente permeabilidad por su organización, conectividad y otros factores. Un balance correcto de fases no determina por sí solo cómo circulará el agua.

3. Porosidad e índice de vacíos usan denominadores distintos

La porosidad es n = Vv/V: vacíos respecto del volumen total. El índice de vacíos es e = Vv/Vs: vacíos respecto del volumen sólido. Si se mantiene la definición de volúmenes, ambas expresiones se relacionan mediante n = e/(1+e) y e = n/(1−n).

Para derivar la primera, reemplaza Vv por eVs en V = Vs + Vv. Resulta V = Vs(1+e) y entonces Vv/V = eVs/[Vs(1+e)]. Se cancela Vs, no las unidades de cualquier magnitud arbitraria. El resultado es una razón adimensional.

El índice de vacíos puede superar uno porque su denominador es solo el volumen sólido. La porosidad del modelo debe estar entre cero y uno. No son dos porcentajes intercambiables. Confundir sus denominadores puede producir valores aparentemente razonables que rompen después el balance de agua o de densidad.

4. Humedad y saturación tampoco son sinónimos

La humedad gravimétrica se expresa aquí como w = Mw/Ms: masa de agua respecto de masa seca de sólidos. El grado de saturación es S = Vw/Vv: volumen de agua respecto de volumen de vacíos. Uno trabaja con masas; el otro, con volúmenes. Los apuntes de relaciones de fases muestran estas distinciones [GEO-PHASES].

Un suelo con humedad del veinte por ciento no está necesariamente al veinte por ciento de saturación. Para relacionarlos se necesitan densidades y volumen de vacíos. Asimismo, saturación completa significa que el modelo no conserva volumen de aire en sus vacíos; no que toda la muestra sea agua.

Si la densidad del agua es ρw y la densidad de sólidos es ρs, definimos Gs = ρs/ρw. A partir de las definiciones se obtiene w = S e/Gs: sustituye Mw por ρwVw y Ms por ρsVs, y luego Vw por SVv. Es una identidad bajo el modelo, no una correlación empírica entre suelos diferentes.

5. Caso trabajado: cerrar masas y volúmenes

SUE-FASES-01 tiene un volumen total de 1 m³. Los sólidos ocupan 0,60; el agua, 0,30; el aire, 0,10. Adoptamos Gs = 2,65 y ρw = 1.000 kg/m³ como datos ficticios. La densidad de sólidos es 2.650 kg/m³, por lo que Ms = 2.650 × 0,60 = 1.590 kg. El agua tiene Mw = 1.000 × 0,30 = 300 kg.

La masa total es 1.890 kg y la densidad aparente húmeda, 1.890 kg/m³. La densidad seca utiliza Ms dividido por el volumen total conservado: 1.590 kg/m³. No se divide por 0,60, porque eso devolvería la densidad de los sólidos, una magnitud distinta.

Los vacíos suman 0,40 m³. Resultan n = 0,40, e = 0,40/0,60 = 0,6667, S = 0,30/0,40 = 0,75 y w = 300/1.590 = 0,18868, aproximadamente. La humedad es 18,87 %, mientras la saturación es 75 %. La diferencia no es un error: responde a denominadores diferentes.

Figura 182. SUE-FASES-01: masas y volúmenes pertenecen a un modelo independiente de los registros GEO. Humedad y saturación no se promedian ni se intercambian.

6. Una variante cambia el agua, no el volumen sólido

Imagina que se llenan con agua los 0,10 m³ inicialmente ocupados por aire, manteniendo todos los volúmenes geométricos del modelo. El agua pasa a 0,40 m³ y 400 kg. La masa total asciende a 1.990 kg y la densidad aparente saturada a 1.990 kg/m³.

La porosidad y el índice de vacíos permanecen iguales porque no cambian V, Vs ni Vv. La saturación llega a uno. La humedad sube a 400/1.590 = 25,16 %, aproximadamente. Esta cuenta no describe automáticamente lo que sucederá en un suelo real al humedecerse: algunos materiales pueden experimentar cambios de volumen que aquí se excluyeron expresamente.

Una segunda variante podría reducir volumen manteniendo Ms. Entonces cambiarían densidad seca, vacíos y probablemente otros estados. No se pueden aplicar simultáneamente las conclusiones de «volumen fijo» y «compactación» sin reconstruir el balance. Tampoco estas cuentas proporcionan una energía, equipo o procedimiento de compactación para una obra.

7. Consistencia y límites de una clasificación

Los límites de Atterberg caracterizan estados de consistencia mediante procedimientos definidos. Aquí solo interpretamos resultados ficticios ya entregados: límite líquido wL = 45 % y límite plástico wP = 22 %. El índice de plasticidad es IP = wL − wP = 23 puntos porcentuales. No es el cociente entre ambos límites.

Si la humedad natural informada es 31 %, el índice de liquidez del ejemplo es IL = (31−22)/(45−22) = 9/23 = 0,3913. La operación ubica ese contenido de agua respecto del intervalo definido por los límites. No entrega resistencia de diseño ni identifica por sí sola un mecanismo de falla. Los apuntes consultados presentan estas relaciones como propiedades índice [GEO-PHASES].

Para utilizar un resultado habría que conocer muestra, preparación, método, unidades y representatividad. No describimos un ensayo casero ni pedimos manipular muestras desconocidas. Un número sin trazabilidad puede pertenecer a otro estrato o a una condición alterada. La clasificación sirve para organizar información y orientar investigación; no reemplaza el análisis de comportamiento.

8. Estado de esfuerzos, historia y drenaje

Una misma composición puede responder de modo diferente según su historia. Haber soportado esfuerzos mayores, haber sido removida o haber cambiado de humedad puede modificar su estructura y su respuesta. No debe tratarse una muestra remoldeada como representación perfecta del terreno intacto.

También importa la rapidez de una acción respecto de la posibilidad de disipar presiones de agua. Las palabras drenado y no drenado describen condiciones de respuesta que deben justificarse; no son propiedades permanentes equivalentes a «arena» y «arcilla». Un tamaño de partícula orienta preguntas, pero no decide todas las escalas de tiempo y trayectorias de flujo.

ARQ-184 estudiará el esfuerzo efectivo y ARQ-185 la deformación. Por ahora basta reconocer que las relaciones de fases no contienen una ley completa de resistencia o rigidez. No se obtiene un módulo de deformación simplemente convirtiendo una porosidad en porcentaje. Las correlaciones existentes tienen ámbitos y dispersión que necesitan evaluación específica, no aplicación automática.

9. Leer un resultado con preguntas concretas

Ante una tabla, comprueba qué magnitud se midió o calculó, qué unidad utiliza y qué muestra representa. Una densidad puede estar expresada como masa por volumen; un peso unitario es fuerza por volumen. Para pasar de una a otro hace falta la aceleración de gravedad y conservar unidades: no se cambia kg por kN sin operación.

Comprueba también el estado de la muestra y sus límites. Si Vw supera Vv en el modelo simple, hay una inconsistencia que debe investigarse, no corregirse truncando S a cien por ciento. Si w se anotó como 18,87 en una fórmula que espera razón decimal, el resultado se multiplicará indebidamente por cien.

La respuesta profesional ante una inconsistencia es revisar registros y métodos, no seleccionar el valor que favorece una alternativa. El estudiante puede detectar el conflicto dimensional y preparar la pregunta. La interpretación del material y la validez del ensayo corresponden a responsables con el alcance y competencia adecuados.

Práctica independiente

Un segundo volumen ficticio de 0,75 m³ contiene 0,50 m³ de sólidos y 0,15 m³ de agua. El resto es aire. Usa Gs = 2,70 y ρw = 1.000 kg/m³. Calcula volúmenes de aire y vacíos, masas, densidades húmeda y seca, porosidad, índice de vacíos, humedad y saturación. Comprueba w = Se/Gs.

Una tabla distinta informa wL = 50 %, wP = 25 % y humedad 35 %. Calcula IP e IL y explica por qué no puedes asignarlos al segundo volumen sin evidencia de que pertenecen al mismo material. Finalmente identifica qué cambiaría al llenar con agua todos sus vacíos bajo volumen constante, y qué información seguiría faltando para calcular un asentamiento.

Autoevaluación y enlace

Puedes explicar cada denominador, conservar unidades y no convertir un índice en una autorización de carga. Revisa una cuenta por dos caminos antes de avanzar. ARQ-183 examinará quién produce estos datos, cómo se identifica una muestra y qué debe acompañar a un resultado para que sea interpretable.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Por qué dos suelos con una descripción semejante pueden responder de manera diferente, y qué relaciones físicas permiten comenzar a explicar esa diferencia?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 2 de la Parte 19. Se estudia después de ARQ-181 · Del mapa geológico a la investigación del terreno porque usa esa base para responder «¿Por qué dos suelos con una descripción semejante pueden responder de manera diferente, y qué relaciones físicas permiten comenzar a explicar esa diferencia?». Se ubica antes de ARQ-183 · Reconocimiento, muestreo y ensayos: quién los ejecuta porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-181, ARQ-028
• Capacidad que introduce: GEO-BASE-01 conserva sus tres registros y sus propiedades desconocidas. Esta clase no completa esas propiedades con valores de un libro. Construye un modelo independiente, SUE-FASES-01 , para relacionar masa, volumen, agua y vacíos.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-183, ARQ-184, ARQ-187

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-181, ARQ-028"] --> B["ARQ-182 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · GEO-PHASES Advanced Soil Mechanics: Soil Composition, Index Properties and Soil Classification"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-183, ARQ-184, ARQ-187"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de tipos de suelo y propiedades de comportamiento.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: GEO-BASE-01 conserva sus tres registros y sus propiedades desconocidas. Esta clase no completa esas propiedades con valores de un libro. Construye un modelo independiente, SUE-FASES-01 , para relacionar masa, volumen, agua y vacíos.
3. Justificar una decisión de tipos de suelo y propiedades de comportamiento mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Un segundo volumen ficticio de 0,75 m³ contiene 0,50 m³ de sólidos y 0,15 m³ de agua. El resto es aire. Usa Gs = 2,70 y ρw = 1.000 kg/m³.

Evidencia mínima: GEO-BASE-01 conserva sus tres registros y sus propiedades desconocidas. Esta clase no completa esas propiedades con valores de un libro. Construye un modelo independiente, SUE-FASES-01 , para relacionar masa, volumen, agua y vacíos.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-182/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Por qué dos suelos con una descripción semejante pueden responder de manera diferente, y qué relaciones físicas permiten comenzar a explicar esa diferencia?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Un segundo volumen ficticio de 0,75 m³ contiene 0,50 m³ de sólidos y 0,15 m³ de agua. El resto es aire. Usa Gs = 2,70 y ρw = 1.000 kg/m³.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-183.
• Puedes explicar cada denominador, conservar unidades y no convertir un índice en una autorización de carga. Revisa una cuenta por dos caminos antes de avanzar.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-183 · Reconocimiento, muestreo y ensayos: quién los ejecuta; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los casos, dibujos, derivaciones docentes y soluciones son originales. Las referencias respaldan los conceptos indicados, no las cifras ficticias. Consulta de fuentes nuevas: 21 de septiembre de 2026. Las referencias heredadas conservan su alcance; no se afirma lectura íntegra cuando el acceso fue parcial.

[GEO-PHASES] Advanced Soil Mechanics: Soil Composition, Index Properties and Soil Classification

Charles C. Ladd y Lucy C. Jen / MIT OpenCourseWare. https://ocw.mit.edu/courses/1-361-advanced-soil-mechanics-fall-2004/0fc6eb64481a47dd76dbd2f465784cd3_part_ii_1.pdf

Consulta: Páginas físicas 1–3 y 9–12 del PDF, incluidas relaciones de fases, propiedades índice, plasticidad e historia de esfuerzos; inspección visual. Apuntes docentes históricos. Apoyo: Masa y volumen de fases, porosidad, humedad, saturación; distinción entre índices, estado e interpretación del comportamiento. Límite: No se reproduce el apunte ni se usan sus correlaciones empíricas como valores de proyecto. La clasificación detallada y las normas citadas requieren consulta propia.