laboratorio de suelos

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO : Mecánica de Suelos I

TEMA : Informe de Laboratorio

DOCENTE : Ing. Víctor VASQUEZ NIÑO

INTEGRANTES :

ARANDA LEIVA Rubén Darío 061.0203.041

BAZAN BRANDAN Pedro 05.1124.1.UC

BELLO ESPINOZA GESSIL 061.0709.

LIÑÁN SANTOYO Johan Víctor 02.0179.8.UC

PACHAS NORABUENA Javier 061.0709.343

HUARAZ – ANCASH

2010 - I

MECANICA DE SUELOS I

EXTRACCION DE SUELO

La extracción de nuestro suelo de laboratorio se obtuvo de las zonas altas del barrio de BELLA PAMPA. La profundidad de excavación fue de 50 cm por debajo de la materia orgánica que se encontró. Para la muestra inalterada se excavo unos centímetros más adentro, todos estos detalles se mostraran en las respectivas fotos de cada parte.

Limpieza del Terreno

Empezando la Excavación

2 LABORATORIO N°1


Fotografías del hoyo en excavación

3 LABORATORIO N°1


Muestra Inalterada

4 LABORATORIO N°1


RELACIONES VOLUMÉTRICAS GRAVIMÉTRICAS

I. OBJETIVO

Identificar los estados del suelo, conocer los parámetros de pesos y volúmenes de cada una de las fases del suelo, y obtener las relaciones existentes entre pesos y/o volúmenes.

II. FUNDAMENTO TEÓRICOII.1. INTRODUCCIÓN

El suelo es un material constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios libres (vacíos), en general ocupados por agua y aire.

Como resultado de la actuación de los factores formadores, se desarrollan unos procesos de formación que conducen a la aparición de los suelos, los cuales están constituidos por tres fases: fase sólida, fase líquida y fase gaseosa (Figura 1.1).

Figura 1.1. Fases del suelo

Figura 1.2. Fases del Suelo

5 LABORATORIO N°1


Sólida: Formada por partículas minerales del suelo, incluyendo la capa sólida adsorbida.

Líquida: Generalmente agua (específicamente agua libre), aunque pueden existir otros líquidos de menor significación.

Gaseosa: Comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases, por ejemplo: vapores de sulfuro, anhídridos carbónicos, 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).

La atmósfera penetra en el suelo a través de los poros y fisuras. Después de una lluvia cuando el exceso de agua ha drenado, el volumen de poros lleno de aire se denomina capacidad de aire, y es aproximadamente el 25%.

El aire del suelo normalmente está saturado de vapor de agua y tiene mayor concentración de dióxido de carbono (8 veces) y menos oxigeno. También presenta un mayor porcentaje de metano. La concentración de estos gases varía enormemente según la actividad de los microorganismos y del drenaje del suelo. Estos porcentajes se presentan en la Tabla.

Tabla 1. Composición del aire en porcentajes en la atmósfera (Bridges).

Algunos suelos contienen, además, materia orgánica (residuos vegetales parcialmente descompuestos) en diversas formas y cantidades.

Pese a que la capa adsorbida y el contenido de materia orgánica son muy importantes desde el punto de vista de las propiedades mecánicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes relativos de las tres fases principales.

6 LABORATORIO N°1


La fase líquida del suelo está constituida por el agua y las soluciones del suelo. El agua procede de la atmósfera (lluvia, nieve, granizo, humedad atmosférica) aunque también puede provenir de otras fuentes como infiltraciones laterales, capas freáticas etc. Las soluciones del suelo proceden de la alteración de los minerales y de la materia orgánica.

El agua ejerce importantes acciones, tanto para la formación del suelo (interviene decisivamente en la meteorización física y química, y translocación de sustancias) como desde el punto de la fertilidad. Su importancia es tal que la popular sentencia "donde no hay agua, no hay vida" podemos adaptarla en nuestro caso y decir que "donde no hay agua, no hay suelos".

La fase líquida circula a través del espacio poroso, queda retenida en los huecos del suelo y está en constante competencia con la fase gaseosa. Los cambios climáticos estacionales, y concretamente las precipitaciones atmosféricas, hacen variar los porcentajes de cada fase en cada momento.

Figura 1.3. El agua, el aire y las partículas minerales en el suelo

Las fases líquida y gaseosa conforman el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de Sólidos.

7 LABORATORIO N°1


Figura 1.4. Fases del Suelo

Suelo SecoTodos los vacios de encuentran con aire.No existe agua libre en el suelo.

Suelo Parcialmente SaturadoParte de los vacíos se encuentran con agua y parte con aire.

Suelo SaturadoTodos los vacíos se encuentran con agua.

Un suelo está totalmente saturado, cuando todos sus vacíos están ocupados únicamente por agua; en estas circunstancias consta, como caso particular, de sólo dos fases: la sólida y la líquida. Muchos suelos bajo la napa, están saturados.

Entre estas fases es preciso definir un conjunto de relaciones que se refieren a sus pesos y volúmenes, las cuales sirven para establecer la necesaria nomenclatura y para contar con conceptos mensurables, a través de cuya variación puedan seguirse los procesos ingenieriles que afectan a los suelos.

En los laboratorios de Geotecnia puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno, y el peso específico de los suelos.

8 LABORATORIO N°1


Como consecuencia de estas tres fases el suelo presenta unas determinadas propiedades que dependen de la composición y constitución de sus componentes. La fase líquida constituye el medio ideal que facilita la reacción entre las tres fases, pero también se producen reacciones dentro de cada fase.

Los minerales constituyen la base del armazón sólido que soporta al suelo (Figura 1.5.)

Figura 1.5. Representación de las fases del suelo

La fase sólida representa la fase más estable del suelo y por tanto es la más representativa y la más ampliamente estudiada. Es una fase muy heterogénea, formada por constituyentes inorgánicos y orgánicos.

Cuantitativamente en un suelo normal la fracción mineral representa de un 45-49% del volumen del suelo. Dentro de la fase sólida constituye, para un suelo representativo, del orden del 90-99% (el 10-1% restante corresponde a la materia orgánica).

En la figura aparece un esquema de una muestra de suelo separada en sus tres fases, y en ella se acotan los pesos y volúmenes cuyo uso es de gran interés.

9 LABORATORIO N°1


: Volumen total de la muestra del suelo (volumen da la masa)

: Volumen de la fase sólida de la muestra (volumen de sólidos)

: Volumen de la fase líquida (volumen de agua)

: Volumen de la fase gaseosa (volumen de aire)

: Volumen de vacíos de la muestra de suelo (volumen de vacíos).

: Peso Total de la muestra de suelo. (Peso de la Masa).

: Peso de la fase sólida de la muestra.

: Peso de la fase líquida (peso del agua).

: Peso de la fase gaseosa, convencionalmente considerado como nulo.

En el modelo de fases, se separan volúmenes V y pesos W así: Volumen total

, volumen de vacíos (espacio no ocupado por sólidos), volumen de sólidos ,

volumen de aire y volumen de agua . Luego:

En pesos (que es diferente a masas), el del aire se desprecia, por lo que .

El peso total del espécimen o muestra es igual a la suma del peso de los sólidos

más el peso del agua ; esto es:

10 LABORATORIO N°1


II.2. PROPIEDADES ÍNDICESPermiten definir cuantitativamente las propiedades de un suelo, sus

condiciones y su comportamiento físico y mecánico.

II.3. RELACIONES FUNDAMENTALES:II.3.1. Relaciones Volumétricas:

Relación de vacíos Porosidad Grado de saturación Densidad relativa Grado de saturación de aire

II.3.2. Relaciones Gravimétricas: Contenido de Humedad Peso especifico relativo de los sólidos o gravedad específica Peso unitario total húmedo Peso unitario seco Peso unitario saturado Peso unitario sumergido

RELACIONES VOLUMÉTRICAS: Relación de vacíos

Es la relación entre el volumen de vacíos y el de los sólidos.Su valor puede ser e > 1 y alcanzar valores muy altos.

En teoría

PorosidadSe define como la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total.

Por eso (se expresa en %).

En un sólido perfecto ; en el suelo y .

11 LABORATORIO N°1


El término compacidad se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas. En suelos compactos, las partículas sólidas que lo constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo cargas será pequeña. En suelos poco compactos el volumen de vacíos y la capacidad de deformación serán mayores. Una base de comparación para tener la idea de la compacidad alcanzada por una estructura simple se tiene estudiando la disposición de un conjunto de esferas iguales.Los parámetros adicionales y e (siempre ), se relacionan así: como

es la relación de vacíos, entonces:

Con la práctica, para suelos granulares, los valores típicos son:Arena bien gradada e = 0,43 – 0,67 = 30 – 40%Arena uniforme e = 0,51 – 0,85 = 34 – 46%

Grado de SaturaciónSe define como la probabilidad de encontrar agua en los vacíos del suelo,

por lo que . Físicamente en la naturaleza , pero

admitiendo tal extremo, suelo seco y suelo saturado.

Densidad RelativaEste parámetro nos informa si un suelo está cerca o lejos de los valores máximo y mínimo de densidad, que se pueden alcanzar. Además

12 LABORATORIO N°1


, siendo más resistente el suelo cuando está compacto y

y menor cuando está suelto y .

Algunos textos expresan en función del PU seco . Aquí, es para

suelo suelto, para suelo compactado y para suelo natural.Los suelos cohesivos, generalmente tienen mayor proporción de vacíos que los granulares; los valores típicos de y e son: e = 0,55 – 5,00 = 35 – 83%

Nota: En suelos granulares, es flojo, es

medio y es denso.

Grado de Saturación de Aire

Probabilidad de encontrar aire en los vacíos del suelo. . En

el suelo saturado, los vacíos están ocupados por agua y en el

suelo seco, por aire . Naturalmente, .

RELACIONES GRAVIMÉTRICAS: Contenido de Humedad

Es la relación, en %, del peso del agua del espécimen, al peso de los sólidos. El problema es ¿cuál es el peso del agua? Para tal efecto debemos señalar que existen varias formas de agua en el suelo, y unas requieren más temperatura y tiempo de secado que otras para ser eliminadas. En consecuencia, el concepto “suelo seco” también es arbitrario, como lo es el agua que pesemos en el suelo de muestra. Suelo seco es el que se ha secado en estufa, a temperatura de 105°C – 110°C, hasta peso constante durante 24 ó 18 horas (con urgencia).

13 LABORATORIO N°1


El valor teórico del contenido de humedad varía entre: En la práctica, las humedades varían de 0 (cero) hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%, en el valle de México.NOTA: En compactación se habla de óptima, la humedad de mayor rendimiento, con la cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima.

Peso especifico relativo de los sólidos o gravedad específica

Dónde:

: Gravedad específica

: Peso específico de los sólidos

: Peso específico del agua

Peso unitario total húmedo

Dónde:

: Peso unitario total

: Peso total

: Volumen total

Peso unitario seco

Dónde:

: Peso unitario seco

: Peso de sólidos

: Volumen total

Peso unitario saturado

14 LABORATORIO N°1


Dónde:

: Peso unitario saturado

: Peso de sólidos

: Peso del agua

: Volumen totalCaracterísticas:

Sr = 100 % Peso unitario sumergido

Haciendo una sumatoria de fuerzas verticales:

Recordar que:

Por lo tanto:

El Peso específico sumergido será =

III. EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

En el presente ensayo se utilizó:

15 LABORATORIO N°1


Balanzas de precisión de 0.1 y 0.01 gr.

16 LABORATORIO N°1


Horno.

Probeta graduada de 250 ml a 500 ml.

Vernier de 8’’.

Brocha de 2’’.

17 LABORATORIO N°1


Regla metálica.

Recipientes de geometría conocida (cilíndrica)

Cantidad de grava arenosa seca (de por ejemplo 2 a 20 mm) o arena, 5 Kg.

18 LABORATORIO N°1


IV. PROCEDIMIENTO1. Tomar adecuadamente los datos de peso y volumen del recipiente a utilizar.

Llenarlo con suelo, dándole una densidad al material que no permita cambios de volumen significativos al manipular el recipiente. Enrasar la superficie con la regla metálica realizando movimientos horizontales. Rellenar las oquedades con el suelo, resultado de nivelar la superficie. Anotar, el peso del recipiente con suelo en el sitio adecuado del formato provisto.

Determinación del volumen del recipiente

Llenado del recipiente con arena, luego se enrasa con la regla metálica

2. Llenar la probeta graduada con agua potable (de preferencia agua destilada) echar agua cuidadosamente en el recipiente por los lados o lentamente, evitar que se atrape demasiado aire en los vacíos del suelo. Llenar al recipiente hasta el nivel superior sin permitir que el agua se desborde y se pierda. Tener cuidado al llenar el agua hasta el tope, en no incurrir en el “redondeo” debido a la acción del menisco. Observar los lados del recipiente a medida que se llene y si aparecen burbuja de aire atrapadas, se debe balancear el recipiente suavemente o golpear

19 LABORATORIO N°1


ligeramente en el sitio donde se encuentra la burbuja para desalojarla, tener mucho cuidado en no introducir un cambio en el estado del suelo en este punto. Y, registrar el volumen de agua utilizando para llenar el recipiente de suelo.

Se introduce cuidadosamente agua al recipiente

3. Colocar cuidadosamente el recipiente lleno sobre la balanza (podría colocar el recipiente parcialmente lleno con agua en la balanza) una vez allí terminar el llenado, teniendo mucho cuidado en mantener el nivel del recipiente de forma que se encuentre completamente lleno de agua al final de la operación.Registrar el peso del suelo, más agua, más recipiente. Comparar en peso con los milímetros de agua añadidos. La diferencia debe ser del orden de 2 a 5 gr.; si es más que esto se debe verificar el cilindro graduado y/o las operaciones de peso realizadas.

El llenado se completa en la balanza para luego pesarla

4. Revisar antes de retirarse del laboratorio que todos los datos de los pesos y volúmenes de las fases del suelo en sus diferentes estados, se encuentren completos.

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21 LABORATORIO N°1


V. DATOS OBTENIDOSa) Peso del recipiente = 84.210 grs.b) Volumen del recipiente (V) = 1052.335 cm3 c) Peso del suelo seco + recipiente = 1694 grs.d) Peso de suelo + agua + recipiente = 2135.4 grs.e) Peso de suelo seco (Ws) (c) - (a) = 1609.79 grs.f) Peso del suelo saturado (W) (d) – (a) = 2051.19 grs.g) Vol. De agua para saturar (Vv) (d) – (c) = 441.4 ml o cm3

VI. ACTIVIDAD DE GABINETE1. Graficar el suelo, en cada uno de sus estados, con sus respectivas fases.

El Diagrama de Fases nuestra muestra de suelo, consta de 2 fases por ser saturado, en este caso el volumen de la fase gaseosa es cero.:

Esquema de una muestra de suelo.

Para completar el diagrama necesitaremos hallar cada una de las constantes de peso y volumen para cada fase, para ello usaremos los datos obtenidos y los conocimientos adquiridos.

22 LABORATORIO N°1


PARA OBTENER LOS PESOS:El peso de la fase gaseosa de la muestra es despreciable por lo tanto:

El peso de la fase líquida contenida en la muestra es:

Peso del suelo saturado - Peso de suelo seco = 2137.70 - 1609,79

El peso de la fase sólida es:

PARA OBTENER LOS VOLÚMENES:El volumen del agua debe ser igual al peso del agua (en módulo) debido a que en todos los ensayos utilizamos Agua Destilada por lo que:

El volumen de la fase gaseosa de la muestra lo obtenemos de la siguiente manera.

El volumen de la fase sólida por lo tanto será:

Finalmente completamos el diagrama de fases de nuestro suelo con los pesos y volúmenes obtenidos:

23 LABORATORIO N°1


2. Comentar las limitaciones del cálculo de Gs de esta forma. ¿Por qué se ha limitado tanto el tamaño de la partícula del suelo?

Este ensayo se realizo con una muestra de arena y no con nuestra muestra de suelo debido a que no se cuenta con el equipo necesario y también a que el tiempo necesario para realizar el ensayo seria mucho mayor.

3. Comentar sobre las mejoras que pueden hacerse en este primer laboratorio tales como:

El uso de agente remojante (unas gotas) en el agua, reduciendo la formaciónEl uso de agente remojante (unas gotas) en el agua, reduciendo la formación de burbujas de aire en el suelo o en la superficie interior del recipiente.de burbujas de aire en el suelo o en la superficie interior del recipiente.

El uso de dicho material sería necesario, ya que al eliminar la formación de las burbujas evitamos el aumento innecesario del volumen de aire en el suelo, dando así resultados más exactos.

¿Cuánto afecta los resultados el tamaño de volumen del recipiente?¿Cuánto afecta los resultados el tamaño de volumen del recipiente?

24 LABORATORIO N°1


Si el recipiente es de mayor tamaño, aumenta la posibilidad de que exista mayor cantidad de vacíos al llenarlo con el suelo creciendo el contenido de aire y dando resultados erróneos.

¿Cuál es el error introducido al no utilizar agua destilada y/o agua desairada¿Cuál es el error introducido al no utilizar agua destilada y/o agua desairada a 4 ºC?a 4 ºC?

Al no utilizar agua destilada en nuestros ensayos, el peso específico de líquido ya no se consideraría un valor igual a 1000 Kg/m3 o 1 gr/cm3.

Derivar la constante 9,807 utilizada para convertir de gr/cm3 a KN/m3 Derivar la constante 9,807 utilizada para convertir de gr/cm3 a KN/m3

¿Qué errores adicionales, pudiese haber cometido? Comentarlos.¿Qué errores adicionales, pudiese haber cometido? Comentarlos.

Al no tener los equipos ni materiales en buenas condiciones existe errores en la calibración de los instrumentos.

La temperatura y las impurezas pudieron afectar el peso específico del agua, arrastrando error a los demás valores hallados a partir de este dato.

25 LABORATORIO N°1


VII. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Deberá realizar previo análisis y explicación realizada los siguientes cálculos:

1) Relación de Vacíos ( )

2) Porosidad ( )

3) Grado de saturación ( )

4) Grado de saturación de aire ( )

5) Peso específico seco ( )

6) Peso específico saturado ( )

26 LABORATORIO N°1


7) Peso específico efectivo ( )

8) Gravedad específica de sólidos ( )

8 CONCLUSIONES

El diagrama de fase nos representa de manera esquemática las proporciones en volumen y en masa de las fases que constituyen nuestra muestra, también nos da un enfoque sobre el uso que le podríamos dar al suelo, en nuestro caso, si sirve para construcción, y si no, para hacerle las mejoras correspondientes.

Al analizar una muestra de suelo, un suelo inalterado nos dará resultados más representativos que una muestra suelta.

Los resultados obtenidos fueron satisfactorios.

De los resultados, se obtuvo que nuestro suelo, es suelo granular, estas están ordenadas en un arreglo cúbico con seis puntos de contacto por esfera

27 LABORATORIO N°1


2 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD ASTM D 2216-71

2.1 OBJETIVOS

o Este ensayo tiene por finalidad la determinación del contenido de humedad en una muestra de suelo; humedad cuya formación está dada por la suma de agua libre, capilar e higroscópica que posee la muestra de suelo.

o Es la determinación del contenido de humedad, hallando el agua presente en la cantidad de suelo en términos de su peso seco.Se define como:

w=(W w

W s)∗100

Donde: W w = peso del agua presente en la masa del suelo.

W s= Peso de los sólidos en el suelo.

2.2 MARCO TEORICO

Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los sueles en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen. El contenido de humedad de un suelo es la relación del cociente del peso de las partículas sólidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en términos de porcentaje.

28 LABORATORIO N°1


El proceso de la obtención del contenido de humedad de una muestra se hace en laboratorios, el equipo de trabajo consiste en un horno donde la temperatura pueda ser controlable. Una vez tomada la muestra del sólido en estado natural se introduce al horno. Ahí se calienta el espécimen a una temperatura de más de 100 grados Celsius, para producir la evaporación del agua y su escape a través de ventanillas. Se debe ser cuidadoso de no sobrepasar el límite, para no correr el riesgo de que el suelo quede cremado con la alteración del cociente de la determinación del contenido de humedad. El material debe permanecer un periodo de doce horas en el horno, por esta razón se acostumbra a iniciar el calentamiento de la muestra de suelo al final del día.

MECANISMOS DE RETENCIÓN DEL AGUA

2.3 EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

Recipientes para humedad (aluminio o latón), identificados, 04 unidades

29 LABORATORIO N°1


Horno con control de temperatura

adecuada (Temperatura a 110 +/- 5 ºC)

Balanza de precisión al 0.01 grs.

Muestra de selo variable de acuerdo a la granulometría que presente.

30 LABORATORIO N°1


Elementos de limpieza.

31 LABORATORIO N°1


2.4 PROCEDIMEINTO

32 LABORATORIO N°1

1

Pesar una cápsula o recipiente de aluminio, incluyendo su tapa, identificar y revisar adecuadamente el recipiente. Las capsulas de humedad normalmente pueden ser de diferentes tamaños, siendo las más populares las de 5 cm. de diámetro por 3 cm. de altura y las de 6.4 cm. de diámetro por 4.4 cm. de altura.

2

Colocar una muestra representativa del suelo húmedo en la cápsula y determinar el peso del recipiente más el del suelo húmedo. Si el peso se determina inmediatamente, no es necesario colocar la tapa. Si se presenta una demora de 3 a 5 minutos o más, coloque la cápsula bajo una toalla de papel húmeda que le permitirá mantener la humedad en la vecindad del recipiente.


33 LABORATORIO N°1

3

Después de pesar la muestra húmeda más el recipiente remueva la tapa - es práctica común colocar la tapa debajo del recipiente- y coloque la muestra en el horno.

45

Cuando la muestra se haya secado hasta mostrar un peso constante, determine el peso del recipiente más el suelo seco. Asegúrese de usar la misma balanza para todas las mediciones del peso.

w=Ww

W s

∗100 Por ciento


El suelo debe secarse en el horno a una temperatura de 110 º ± 5º C. hasta obtener un peso constante; y, mientras haya agua presente para evaporar, el peso continuará disminuyendo en cada determinación que hagamos en la balanza. En general, no es muy práctico hacer varias medidas del peso para determinar si se ha obtenido un estado de peso constante en la muestra; lo que se hace comúnmente es suponer que después de un periodo de horneado de 12 a 18 hrs. (a menudo en la noche) la muestra se encuentra en estado de peos constante y dicho peso se registra como el del suelo seco más el del recipiente. La experiencia indica que este método de secado de muestras es bastante adecuado para trabajo rutinario de laboratorio sobre muestras pequeñas.Es práctica común retirar del horno las muestras para contenido de humedad y pesarlas inmediatamente (se debe utilizar un par de pinzas o guantes de asbesto, pues se encuentran demasiado calientes). Si por alguna razón no es factible pesar las muestras secas inmediatamente, es necesario poner la tapa del recipiente tan pronto se haya enfriado lo suficiente para manipularla y/o colocar el recipiente de suelo seco en desecador eléctrico de manera que el suelo no absorba agua de la atmósfera del laboratorio.Para lograr una determinación confiable del contenido de humedad de un suelo se recomienda utilizar la siguiente cantidad mínima de muestra húmeda (muestra representativa).

34 LABORATORIO N°1

5

Calcule el contenido de humedad w. la diferencia entre el peso de suelo húmedo más el recipiente y el peso del suelo seco más el del recipiente y el peso del suelo seco más el del

recipiente es el peso del agua W w que estaba presente en

la muestra. La diferencia entre el peso del suelo seco más el del recipiente y el peso del recipiente solo es el peso del

suelo W s, y :


T.M D ELAS PARTÍCULAS DE LA MUESTRA

P.M. RECOMENDADO DE LA MUESTRA (grs.)

(95-100 mm para el tamiz dado)Nº 4 (4.75 mm.) 100Nº 40 (0.420 mm.) 10 a 5012.5 mm. 30050.0 mm. 1000

La temperatura de 110 ºC en el horno es demasiado alta para ciertos suelos orgánicos (turabas), para suelos con alto contenido calcáreo o de otro mineral, ciertas arcillas, y algunos suelos tropicales. Estos suelos contienen agua de hidratación levemente adherida, o agua molecular, que podía perderse a estos niveles de temperatura, dando como resultado un cambio en las características del suelo – notable en los límites de ATTERBERG, lo mismo que en la gradación y en la gravedad específica. La ASTM sugiere secar estos suelos a una temperatura de 60 ºC.

2.5 CALCULOS Y RESULTADOS

DATOS:

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDADNº DE RECIPIENTE

PARA ENSAYORUBEN PEDRO LIÑAN GESSIL PACHAS

PESO DE LA LATA + SUELO HUMEDO

147.119

143.109

134.797

155.893

138.037

PESO DE LA LATA + SUELO SECO

138.3 134.5 126.5 146.2 130.1

PESO DE LA LATA SOLA

21.032 21.003 24.321 20.663 24.468

PESO DEL SUELO SECO

117.268

113.497

102.179

125.537

105.632

35 LABORATORIO N°1


PESO DE AGUA EN LA MUESTRA

8.819 8.609 8.297 9.693 7.937

CONTENIDO DE HUMEDAD %w.

6.923% 7.585% 8.12% 7.72% 7.51%

PROCESO:

MUESTRA w %

RUBEN 6.923

PEDRO 7.585

LIÑAN 8.12

GESSIL 7.72

PACHAS 7.51

w 7.5716

NOTA: las muestras se encuentran en un rango del 5 % del resultado de la muestra promedio, lo cual nos da un resultado confiable para la representación.

2.6 CONCLUSIONES:

Existe poca variación del contenido de humedad en cada muestra.

Se puede decir que es un suelo con buena cantidad de agua.

No es muy favorable para la construcción.

2.7 BIBLIOGRAFIA.

www.arqhys.com/.../suelos-humedad.html.

www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-humedad.pdf.

36 LABORATORIO N°1

w−0.05∗w w w+0.05∗w

7.5216 7.5716 7.6216

http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-humedad.pdf

http://www.arqhys.com/.../suelos-humedad.html


Guia laboratorio Nº1 suelos.

37 LABORATORIO N°1


3.3. PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOSPESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS

(ASTM D 2937 – 71)(ASTM D 2937 – 71)

3.13.1 MARCO TEÓRICOMARCO TEÓRICO

RELACIONES VOLUMETRICAS - GRAVIMETRICAS

El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar

un suelo es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificación para ello se deben

estudiar sus propiedades y analizar su comportamiento ya que desde esta practica se

analizaran las tres faces que comprenden el suelo.

Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv),

mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). 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 solo dos fases, la sólida y la líquida. Es importante

considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas, en un

medio fluido.

Eso es el suelo.

· Fase sólida: Fragmentos de roca, minerales individuales, materiales orgánicos.

· Fase líquida: Agua, sales, bases y ácidos disueltos, incluso hielo.

38 LABORATORIO N°1


· Fase gaseosa: Aire, gases, vapor de agua.

Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases.

Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fases sólida, líquida y

gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la distribución de las partículas por

tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto.

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 la gravedad específica de

las partículas que conforman el suelo, entre otras.

Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de

Suelos para el cálculo de esfuerzos.

La relación entre las fases, la granulometría y los límites de Atterberg se utilizan para

clasificar el suelo y estimar su comportamiento.

Modelar el suelo es colocar fronteras que no existen. El suelo es un modelo discreto y eso

entra en la modelación con dos parámetros, e y h (relación de vacíos y porosidad), y con

las fases.

El agua adherida a la superficie de las partículas, entra en la fase sólida. En la líquida, sólo

el agua libre que

podemos sacar a 105 °C cuando, después de 24 o 18 horas, el peso del suelo no baja más y

permanece constante.

Fases, volúmenes y pesos

En el modelo de fases, se separan volúmenes V y pesos W así: Volumen total VT, volumen

de vacíos VV (espacio no ocupado por sólidos), volumen de sólidos VS, volumen de aire VA

y volumen de agua VW. Luego VT = VV +VS

39 LABORATORIO N°1


Y VV = VA +VW. En pesos (que es diferente a masas), el del aire se desprecia, por lo que

WA = 0. El peso total del espécimen o mu estra WT es igual a la suma del peso de los

sólidos WS más el peso del agua WW; esto es WT = WS + WW.

Esquema de una muestra de suelo, en tres fases

o húmedo, con la indicación de los símbolos usados:

En los costados, V volumen y W peso. Las letras subínice y

dell centro, son: A aire, W agua y S sólidos

Relaciones de volumen: h, e, DR, S, CA

Porosidad h.

Se define como la probabilidad de encontrar vacíos en el volumen total. Por eso 0 < h <

100% (se expresa en %). En un sólido perfecto h = 0; en el suelo h ¹ 0 y h ¹ 100%

.

40 LABORATORIO N°1


Relación de vacíos e.

Es la relación entre el volumen de vacíos y el de los sólidos. Su valor puede ser e > 1 y

alcanzar valores muy altos. En teoría 0 < e à ¥. El término compacidad se refiere al grado

de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre

ellas. En suelos compactos, las partículas

sólidas que lo constituyen tienen un alto grado de acomodo y la capacidad de

deformación bajo cargas será pequeña. En suelos poco compactos el volumen de vacíos y

la capacidad de deformación serán mayores. Una base de comparación para tener la idea

de la compacidad alcanzada por una estructura simple se tiene estudiando la disposición

de un conjunto de esferas iguales. En la figura 2.3 se presentan una sección de los estados

más suelto y más compacto posible de tal conjunto. Pero estos arreglos son teóricos y los

cálculos matemáticos

Los parámetros adicionales h y e (siempre h < e), se relacionan así: como Vv/Vs es la

relación de vacíos, entonces:

Con la práctica, para suelos granulares, los valores típicos son:

Arena bien gradada e = 0,43 - 0,67 h = 30 - 40%

Arena uniforme e = 0,51 - 0,85 h = 34 - 46%

Densidad relativa DR. (o Compacidad relativa)

Este parámetro nos informa si un suelo está cerca o lejos de los valores máximo y mínimo

de densidad, que se pueden alcanzar. Además 0 ð DR ð 1, siendo más resistente el suelo

41 LABORATORIO N°1


cuando el suelo está compacto y DR ð 1 y menor cuando está suelto y DR ð 0.Algunos

textos expresan DR en función del PU seco γd.. Aquí, e max es para suelo suelto, e min

para suelo compactado y e para suelo natural

Los suelos cohesivos, generalmente tienen mayor proporción de vacíos que los granulares;

los valores típicos de ð y e son: e = 0,55 - 5,00 ð = 35 - 83%

Grado de saturación S.

Se define como la probabilidad de encontrar agua en los vacíos del suelo, por lo que 0 ð S

ð 100%. Físicamente en la naturaleza S ð 0%, pero admitiendo tal extremo, S = 0% ð suelo

seco y S = 100% ð suelo saturado.

Contenido de aire CA.

Probabilidad de encontrar aire en los vacíos del suelo. 0 ð CA ð 100%. En el suelo

saturado, los vacíos están ocupados por agua CA = 0 y en el suelo seco, por aire CA =

100%. Naturalmente, S + CA =

100%.

Nota: En suelos granulares, DR < 35% es flojo, 35% ð DR ð 65% es medio y DR > 65% es

denso.

42 LABORATORIO N°1


LA CLAVE # 1 ES:

Relaciones Gravimétricas. Una masa de 1 Kg pesa distinto en la luna que en la tierra. El

peso es fuerza, la masa no.

La densidad relaciona masa y volumen, el peso unitario relaciona peso y volumen y la

presión, fuerza y área.

El valor de la gravedad en la tierra es g = 9,81 m/sg2 = 32,2 ft/sg2

El peso unitario del agua es 62,5 lb/ft3 = 9,81 KN/m3 = 1 gr/cm3 (si g = 1)

En presión 1 lb/ft2 = 47,85 N/m2 = 47,85 Pa.

1 lb/m2 = 6,90 KPa y 1 ft de agua º 2,99 KPa

Contenido de humedad: w

Es la relación, en %, del peso del agua del espécimen, al peso de los sólidos. El problema

es ¿cuál es el peso del agua? Para tal efecto debemos señalar que existen varias formas de

agua en el suelo, y unas requieren más temperatura y tiempo de secado que otras para

ser eliminadas. En consecuencia, el concepto “suelo seco” también es arbitrario, como lo

es el agua que pesemos en el suelo de muestra. Suelo seco es el que se ha secado en

estufa, a temperatura de 105°C - 110°C, hasta peso constante durante 24 ó 18 horas (con

urgencia).

43 LABORATORIO N°1


El valor teórico del contenido de humedad varía entre: 0 ð ð ð ð. En la práctica, las

humedades varían de 0 (cero) hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%, en el

valle de México.

NOTA: En compactación se habla de w óptima, la humedad de mayor rendimiento, con la

cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima.

dos curvas de compactación para un mismo material, dependiendo el valor de la humedad

óptima de la energía de compactación utilizada para densificar el suelo.

Peso unitario de referencia þ0

El peso PU de referencia es g0, que es el valor del PU para el agua

destilada y a 4 °C.

γ0 = 9,81 KN/m3 ð 1,00 Ton/m3 = 62,4 lb/ft3 = 1,0 gr/cc (para g = 1m/seg 2). Este es el

resultado de multiplicar la densidad del agua por la gravedad, dado que densidad es masa

sobre volumen y que peso es el producto de la masa por la gravedad.

Gravedad Específica de los sólidos GS.

44 LABORATORIO N°1


La gravedad específica es la relación del peso unitario de un cuerpo referida a la densidad

del agua, en condiciones de laboratorio y por lo tanto a su peso unitario 0 ? . En geotecnia

sólo interesa la gravedad específica de la fase sólida del suelo, dada por

GS = g s / W g pero referida al Peso Unitario de la fase líquida del suelo W g , para efectos

prácticos.

Peso unitario del suelo.

Es el producto de su densidad por la gravedad. El valor depende, entre otros, del

contenido de agua del suelo. Este puede variar del estado seco γd hasta el saturado γSAT

así:

Peso unitario del agua y de los sólidos

En el suelo, WS es prácticamente una constante, no así WW ni WT. Además se asume que

siendo GS un invariante, no se trabaja nunca con el PU de los sólidos, g s, sino con su

equivalente, GS W g, de conformidad con el numeral En general los suelos presentan

gravedades específicas GS con valor comprendido entre 2,5 y 3,1 (a dimensional).

Como el más frecuente es 2,65 (a dimensional) se asume como máximo valor de GS

teórico. Veamos además algunos valores del peso unitario seco de los suelos, los que

resultan de interés dado que no están afectados por peso del agua contenida, sino por el

relativo estado de compacidad, el que se puede valorar con la porosidad.

45 LABORATORIO N°1


Los suelos bien compactados presentan pesos unitarios de 2,2 g/cm3 a 2,3 g/cm3, en gd

para gravas bien gradadas y gravas limosas. En la zona del viejo Caldas, las cenizas

volcánicas presentan pesos unitarios entre 1,30 a 1,70gr/cm³.

Peso unitario sumergido þ

Esto supone considerar el suelo saturado y sumergido. Al sumergirse, según Arquímedes,

el suelo experimenta un empuje, hacia arriba, igual al peso del agua desalojada.

Gravedad específica del espécimen.

Puedo considerar la muestra total (GT) pero el valor no tiene ninguna utilidad, la fase

sólida (GS) que es de vital importancia por describir el suelo y la fase líquida (GW) que se

asume es 1 por ser W g el mismo del agua en condiciones de laboratorio. En cualquier

caso, el valor de referencia es γ0 y γ0 ð γW.

46 LABORATORIO N°1


CLAVE # 2

Otra relación fundamental surge de considerar el PU húmedo, así:

Obsérvese que no se escribió þs sino GS þW . Ahora, sustituimos GS ð por Se, y obtenemos

estas expresiones para el PU húmedo, seco y saturado:

47 LABORATORIO N°1


Diagramas de fases con base unitaria

γT = f(e) Con VS = 1 en el gráfico, necesariamente

γT = f(ð): Con VT = 1, en el gráfico, necesariamente

Calculados los volúmenes, se pasa a los pesos utilizando

la expresión de þ s (sin escribirla) y luego la de w

48 LABORATORIO N°1


NOTA: En diagramas unitarios existen 3 posibilidades: VS, VT, WS = 1. con la tercera se

obtienen resultados en función de la relación de vacíos como los del caso a).

3.23.2 OBJETIVOOBJETIVO

Determinar el peso unitario de un suelo cohesivo en su estado inalterado.

3.33.3 EQUIPOS. HERRAMIENTAS Y MATERIALES.EQUIPOS. HERRAMIENTAS Y MATERIALES.

Recipiente de volumen conocido (una lata)

49 LABORATORIO N°1


Balanza de precisión de 0.1grs

Probeta graduada de

500ml. O mayor

50 LABORATORIO N°1


Capsula de porcelana

Herramientas para moldear el suelo (espátula)

Agua destilada 1.5 lts

Bandeja metálica mediana

51 LABORATORIO N°1


Muestra de suelo en bloque 5 Kg

3.43.4 GENERALIDADESGENERALIDADES

Este procedimiento puede utilizarse para obtener el volumen desplazado de cualquier

suelo cohesivo que no se destruya por estar dentro del agua de 1 a 2 minutos requeridos

para hacer el ensayo. No es aplicable a material poroso o suelo seco, a menos que se

encuentre en un alto estado de densidad, ya que una absorción apreciable de agua por

capilaridad o por cualquier otra forma pueda afectar los resultados. Para un gran número

de suelos este procedimiento es adecuado, rápido y económico. Es aplicable para suelos

localizados a ciertas profundidades dentro del terreno; en el caso de suelos muy

superficiales puede utilizarse el método de determinación de la densidad en el campo

3.53.5 PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

1. Determinar el volumen del recipiente volumétrico como V

2. Obtener una muestra de tubo (de ser posible) de suelo cohesivo. Obtener una muestra

que no contenga agujeros evidentes o tallarla, de tamaño suficiente para que la

52 LABORATORIO N°1


aproximación en la lectura de la probeta graduada no afecte materialmente los

resultados.

3. Pesar cuidadosamente la muestra para obtener Wt para mejores resultados las

muestras deben pesar entre 400 a 700 grs. Colocar la muestra en el recipiente

volumétrico si romperlo.

4. Llenar el cilindro graduado con agua destilada a temperatura estabilizada (aprox. 20ºC).

Continuación llenar rápidamente el rasco volumétrico que contiene la muestra de suelo

y registrar el volumen de agua utilizado como Vw vaciar rápidamente el recipiente

volumétrico, retirar la muestra de suelo y secar superficialmente con toalla de papel y

volver a pesar. Si los pesos iníciales finales se encuentran dentro de una aproximación

de 1 a 2 g, el ensayo es bastante satisfactorio – una aproximación mayor requiere juicio

de aceptación del ensayo

Calcular el volumen de la muestra como:

V s=V −V w

5. Colocar el suelo húmedo en un recipiente y secarlo al horno durante 18 a 24 horas para

obtener Ws (a menos que se conozca el contenido de humedad del suelo).

6. Calcular el peso específico del húmedo y seco del suelo como sigue.

γ humedo=(W t

V)∗9 . 807

KNm3

γ seco=(W s

V)∗9 . 807

KNm3

DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO SECO EN MUESTRAS INALTERADASDETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO SECO EN MUESTRAS INALTERADAS

El peso volumétrico seco (también, es aplicable a suelos que fácilmente se pueden

disgregar al colocarlo en agua), determinado en una muestra inalterada, es el peso del

53 LABORATORIO N°1


suelo obtenido, en el estado que se encuentre, correspondiente a una unidad de volumen

considerando los huecos o poros que dejan las partículas entre si. Esta prueba se aplica

únicamente a suelos finos y plásticos, de los que se pueden labrar especímenes.

3.63.6 EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALESEQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

Balanza con sensibilidad de 0.01g y 0.1g.

Horno

Cera 0.5 Kg

Hilo de cocer 1.5 m

Cuchillo para labrar el espécimen

Vaso de vidrio de 500 CC

Brocha de cerdas de 1”

Recipiente para disolver la cera

Muestra de 3Kg

3.73.7 PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

La prueba se realiza con el siguiente procedimiento

Labrar la muestra de suelo de forma sensiblemente cúbica o cilíndrica de unos cinco

centímetros de lado.

Sacando la muestra de un bloque de suelo

54 LABORATORIO N°1


Tallando el suelo inalterado.

Dándole una forma cúbica aproximada a

la muestra

55 LABORATORIO N°1


Registrar su peso natural (o húmedo) en gramos

Cubrir la muestra con cera liquida

Sumergiendo la muestra en la parafina.

56 LABORATORIO N°1


Pesar el suelo con cera (Pt)

Pesando la muestra con cera.

Sujetar la muestra con un extremo con un extremo del hilo y el otro extremo amarrar a

la balanza.

Amarrando la Muestra

Colocar el vaso con una cantidad necesaria de agua en el aditamento especial que tiene

la balanza para este objeto

Ensamblando el Vaso a la Balanza

57 LABORATORIO N°1


Sumergir completamente el espécimen suspendido de la balanza, sin que toque el

fondo o las paredes del recipiente

Muestra sumergida en el vaso.

Registrar el peso de la muestra en estas condiciones (Pa).

Pesando la muestra Sumergida.

Calcular el volumen de la cera Vc dividiendo el peso de esta entre su Gs

V c=(Pt−Ph )G scera∗γw

Donde:

58 LABORATORIO N°1


Ph: peso de la muestra de suelo húmedo

Gs cera: gravedad especifica de la cera

Calcule el volumen de la muestra sin cera V

V=(P t−Pa )−(V c )

Siendo V el volumen del espécimen en centímetros cúbicos. La diferencia de Pt-Pa

representa el peso en gramos de agua desalojada por la muestra cubierta con cera, que

para fines prácticos representa el volumen en centímetros cúbicos.

Calcúlese el peso volumétrico húmedo por la formula

γ h=(Ph

V)

Determinar la humedad (W) en la muestra inalterada, y calcular el peso volumétrico

seco por la formula.

γ d=(γ h

1+W)

3.83.8 CÁLCULOS Y RESULTADOSCÁLCULOS Y RESULTADOS

Nº DESCRIPCIÓN UNIDAD

CANTIDA

D

1 Peso natural del suelo (gr) 122.622

2 Peso del suelo mas la cera en el aire (gr) 130.343

3 Peso de la varilla (gr) 221.6

59 LABORATORIO N°1


4

Peso del suelo mas la cera sumergidos y mas la

varilla (gr) 282.54

5 Peso del suelo mas la cera sumergidos (gr) 60.94

6 Volumen del agua desalojado (cm3) 62.5

7 Peso especifico relativo de la cera

Adimensiona

l 0.92

8 Peso especifico del agua (gr/cm3) 1

9 Peso de la cera (gr) 7.7210

Volumen de la cera

V p=(Pp−Ph)Gcera∗γw

V P=(130 .343−122.622 )

0 .92∗1

V P=8 .392cm3

Volumen de la muestra sin cera V

V=(P t−Pa )−(V P)

V=(130 .343−60 .94 )−(8 . 3924 )

V=61.011cm3

Peso volumétrico húmedo

γ=(Ph

V)

60 LABORATORIO N°1


γ h=(122 .62261 .011

) g

cm3

γ h=2 .01g

cm3

Peso volumétrico seco.

γ d=(γ h

1+W)

γ d=( 2 .011+0. 075716

) g

cm3

γ d=1 . 8685g

cm3

3.93.9 COMENTARIOSCOMENTARIOS.

Este ensayo es limitado puesto que a suelos no cohesivos no se podría aplicar por las

características que tienen estos tipos de suelos.

Para este ensayo se utilizó el agua destilada, debido a que esta tiene una densidad

conocida que es la de 1 g/cm3. También se pudo realizar con Mercurio para obtener

resultados más precisos, pero debido a su costo y su toxicidad solo se utilizo el agua

En este ensayo se uso a la cera como recubrimiento impermeable de la muestra para

así evitar la absorción del agua por parte del suelo, puesto que el suelo natural es casi

siempre parcialmente saturado y absorbería una cierta cantidad de agua y así alterar

la muestra de suelo.

61 LABORATORIO N°1


Los posibles errores que se podrían cometer en este ensayo son:

Por ejemplo si el suelo es poco cohesivo hay riesgo de perder algunas partículas

del suelo al momento de recubrir con cera, para evitar esto se aria los respectivos

trabajos con mucho cuidado.

Error al momento de hacer el pesado del bloque sumergido en agua, para evitar

se debe hacer lo posible de que no esté en contacto el bloque con las paredes del

recipiente y también el bloque sumergido debe estar estático para no generar

momentos en la balanza.

Este ensayo se aplica para saber que tan compacto es el suelo ensayado y cuanto

podría resistir si es que se construyera una edificación en este tipo de suelos.

3.103.10 CONCLUSIÓNCONCLUSIÓN

Se obtuvo como resultado a los siguientes pesos específicos:

Peso especifico natural del suelo:

γ h=2 .138g

cm3

Peso especifico seco del suelo o peso especifico de sólidos del suelo

γ d=2.043g

cm3

También se concluye lo siguiente:

Para obtener mayor precisión en la determinación del peso unitario, se debe de

repetir el procedimiento, por lo menos 2 veces más.

La obtención del peso unitario saturado y el peso unitario seco del suelo son

parámetros que se utilizarán dentro de la determinación de la estabilidad de

suelos y taludes

62 LABORATORIO N°1


GRAVEDAD ESPECIFICA DE SOLIDOS

ASTM D 854- 58

4.1 OBJETIVO4.1 OBJETIVO

Es obtener la gravedad específica de sólidos de un suelo, mediante la aplicación de un método general, para suelos de partículas pequeñas (suelos y agregados finos), cuya gravedad específica es mayor de uno.

4.2 EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES4.2 EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

Frascos volumétricos, limpios y secos de 250 o 500 ml

Bomba de vacío o aspirador para producir vacío.

Mortero y mango.

63 LABORATORIO N°1


Balanza de precisión 0.1 g.

Una batidora o mezclador mecánico.

Termómetro, aproximación 0.1 ºC, graduado hasta 50 ºC.

Horno de secado

64 LABORATORIO N°1


Recipientes para evaporación

Cuenta gotas o pipeta.

Embudo de conducto largo.

Dispositivo para calentar agua, con temperatura graduable

65 LABORATORIO N°1


Agua destilada.

Muestra de suelos seco, 120 g.

4.3 FUNDAMENTO TEÓRICO4.3 FUNDAMENTO TEÓRICO

GRAVEDAD ESPECÍFICA

La gravedad especifica Gs de un suelo sin ninguna calificación, se toma como el valor promedio para los granos del suelo. La gravedad específica de los granos de suelo es siempre bastante mayor que la gravedad especifica volumétrica determinada incluyendo los vacíos de los suelos en el cálculo.

66 LABORATORIO N°1


El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis de hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario del suelo.

La gravedad específica de cualquier sustancia se define como el peso unitario del material en cuestión dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 0C. Así si se consideran solamente los granos del suelo se obtiene Gs como:

Gs=γ solidos

γ agua , a 4 ºC

La gravedad específica de sólidos de un suelo varía entre los límites estrechos de 2.60 a 2.90, así según:

JUÁREZ BADILLO, tenemos lo siguientes resultados:Tipo de material Gs

Cuarzo 2.67

Feldespato 2.60

Suelos con bastante hierro pueden llegar a 3.00

Minerales de arcilla que constituyen la fracción coloidal promedio 2.80 a 2.90

Algunas arcillas volcánicas del valle de México 2.2 a 2.60

Turba 1.50

BERRY, Peter, RED David, tenemos:Tipo de suelo Gs

Grava, arena y limo 2.65

Arcilla inorgánica 2.70

Arcilla orgánica 2.60

Turba amorfa 2.00

Turba fibrosa 1.50

67 LABORATORIO N°1


BOWLES, Joseph E tenemos:Tipo de suelo Gs

Arena 2.65 a 2.67

Arena limosa 2.67 a 2.70

Arcilla inorgánica 2.70 a 2.80

Suelos con mica o hierros 2.75 a 2.80

Suelos orgánicos variables puede ser inferior a 2.00

La gravedad específica de los granos del suelo, es siempre bastante mayor que la gravedad específica volumétrica determinada, incluyendo los vacíos en el cálculo (bien llenos de aire – secos – o llenos de agua, parcial o totalmente). Así pues, es normal que en suelo real, los minerales de la fracción muy fina y coloidal su gravedad específica mayor que los minerales de la fracción más gruesa.

Si la temperatura del agua es la misma que la de la suspensión puede obtenerse una fórmula para Gs, utilizando las siguientes expresiones:

Sea: Wbw = Peso del matraz lleno de agua.

Wbws = Peso del matraz con suelo y agua.

Entonces, se tiene:

Wbws – Wbw = Ws – Peso del agua desplazada por los sólidos.

El peso del agua desplazada por los sólidos del suelo vale:

W w=V s γo=W s

Gs

Según Gs=

γ s

γ o

=W s

V sγ o . Por lo tanto:

W bws−W bw=W s−W s

G s

68 LABORATORIO N°1


Luego:Gs=

W s

W bw+W s−W bws

El peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es debido al cambio de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. No resulta práctico ejecutar la prueba a una misma temperatura, por lo que es conveniente medir el peso del matraz lleno de agua (Wbw) para varias temperaturas y trazar una gráfica de la variación de esos pesos. De esta curva de calibración puede obtenerse Wbw en cada caso específico.

4.4 PROCEDIMIENTO4.4 PROCEDIMIENTO

1. Limpieza del frasco volumétrico o matraz.a. Lavar el frasco con agua y detergente; ya que no se cuenta con una “mezcla

crómica”. b. Enjuagar con agua, y dejarse escurrir poniendo boca abajo por un tiempo de 10

minutosc. Por último enjuagarlo con alcohol para eliminar los residuos de agua, si es que lo

hubiera.

Matraz después de haber sido lavado.

2. Calibración del frasco volumétrico.a. Determinar el peso del matraz seco y limpio, con una aproximación de 0.01

gramos, obteniendo Wb.

69 LABORATORIO N°1


Pesando el matraz lavado.

b. Llénese el matraz con agua destilada a la temperatura ambiente, hasta 0.5 cm debajo de la marca de enrase, déjese reposar durante unos minutos.

Matraz con agua destilada reposando.

c. Medir la temperatura del agua contenida en el matraz, con una aproximación de 0.1 ºC, colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz.

Tomando la temperatura a la matraz calibrada.

70 LABORATORIO N°1


d. Con una gotero o cuenta gotas, completar el volumen del frasco con agua destilada, haciendo coincidir la parte inferior del menisco con la marca de enrase.

Llenando agua destilada hasta la marca de enrase.

e. Secar cuidadosamente el interior del cuello del frasco volumétrico con un papel absorbente enrollado, sin llegar al menisco.

Secando el cuello con papel, sin llegar a la marca de enrase.

f. Pesar el matraz lleno de agua, con una aproximación de 0.01 g, obteniendo Wbw.

71 LABORATORIO N°1


Pesando la matraz ya calibrada.

g. Repetir las etapas de b) a f) en otros dos ambientes, a una temperatura mayor y menor en un rango de 5 ºC 10 ºC, que la temperatura inicial de trabajo.

h. Dibujar los resultados de los pesos obtenidos en función de las respectivas temperaturas.

Método de prueba en suelos arcillosos

3. Pesar entre 100 a 120 g (el peso exacto no es importante en esta etapa) de suelos secado al aire.

Muestra de suelo siendo pesada respectivamente.

4. Colocar el suelo en un recipiente evaporador y añadir agua destilada, mezclando hasta obtener un apasta suave. Si no se utiliza un mezclador eléctrico, remojar entre 20 y 30 minutos (la ASTM sugiere 12 horas para muestras secadas al horno).

Las cuatro muestras con agua destilada para su respectivo reposo.

5. Transferir la pasta al vaso del mezclador y añadir agua destilada hasta formar una mezcla de suspensión uniforma de aproximadamente 250 ml. Batir esta por 5 a 10 minutos. Si realiza este paso, es necesario utilizar un frasco volumétrico de 500 ml.

72 LABORATORIO N°1


Muestra reposada transferida al vaso del mezclador.

6. Registrar la temperatura que la mezcla de agua – suelo, se encuentre a la misma temperatura aproximadamente de ± 1 ºC, esta operación puede hacerse mientras el suelo se encuentra en saturación o después del mezclado en la batidora.

Midiendo la temperatura de la mezcla agua – suelo.

7. Luego de 15 a 30 minutos transferir el suelo saturado del vaso mezclador al frasco volumétrico, cuidando que no queden partículas en el vaso y añadir suficiente agua con temperatura establecida para completar 2/3 a ¾ de la capacidad del matraz. No se debe llenar por completo, debido a que la eficiencia del trabajo de vacío en la des-aireación se puede reducir marcadamente.

73 LABORATORIO N°1


Transferencia de la mezcla del vaso del mezclador al frasco volumétrico.

8. Conectar el frasco a un conducto de vacío por un tiempo de por lo menos de 10 minutos. Durante este tiempo girar el frasco suavemente. Observar que la reducción en la presión del are dentro del frasco produce “la ebullición” del agua. Verificar la eficiencia del vacío. Si al final del período no se ha extraído totalmente el aire, se debe dejar sedimentar la solución por espacio de unos pocos minutos de forma que se aclare el agua superficial y se pueda extraer suficiente aire permitir que el vacío trabaja eficientemente. Este paso puede tomar varias horas.

Sacando todo el aire posible con la bomba de vacio a la suspensión.

9. Cuando el proceso de des-aireamiento se haya completado (o terminado), se debe añadir cuidadosamente agua hasta que la base del menisco coincida exactamente con la marca de enrase del frasco volumétrico. Esta operación se debe realizar con mucho cuidado para no re-introducir aire en el frasco. A continuación, secar el cuello del frasco por encima de la marca de calibración con un papel enrollado absorbente o por algún método similar.

74 LABORATORIO N°1


Agregando agua hasta la marca de enrase.

10. Pesar la botella y su contenido con una aproximación de 0.01 g (estimado para obtener Wbws).

Pesando el matraz con la suspensión incluida.

11. Determinar la temperatura de suspensión con aproximación de 0.01 ºC, introduciendo el bulbo del termómetro hasta el centro del matraz. Y, se encentre en una rango ± 1 ºC de la temperatura utilizada para obtener Wbws (a menos que se utilice una curva de calibración).

75 LABORATORIO N°1


Midiendo la temperatura de la suspensión.12. Transferir toda la suspensión a un recipiente evaporador. Usando agua para hacer la

transferencia y secarla a 110 ºC ± 5 ºC, por lo menos durante 12 horas, a fin de obtener Ws. Tener cuidado de no perder el suelo en este proceso.

Vaciando la suspensión para luego llevarlo al horno

Después de sacarlo del horno observándose completamente seco.

13. Calcular: Gs=

αW s

W bw+W s−W bws , donde α es un factor de corrección de la temperatura. T se calcula como:

α=γT

γ 20 ºC

14. Calcular Gs utilizando la ecuación α . Comparar el peso específico del agua utilizada con la del agua destilada.

15. Repetir la secuencia (pasos 3 a 13) para valores adicionales de Gs hasta tener valores dentro de un rango de 2%, definido de la siguiente forma:

Mayor valor deGs

Menor valor deGs

≤1.02

16. Obtenidos los valores de Gs, calcular su promedio, redondear a 0.01 más cercana y registrar este valor como la Gs del suelo.

76 LABORATORIO N°1


17. Indicar en este informe observaciones, conclusiones y recomendaciones referentes al ensayo.CÁLCULOS Y RESULTADOSCÁLCULOS Y RESULTADOS

Gs=αW s

W bw+W s−W bws

Gscorregido

=αGscorregido

Formamos el siguiente cuadro:

Prueba Nº 1 2 3

Tamaño máximo de la muestra4.75m

m4.75 mm 4.74 mm

Método de remoción de aire Vacío Vacío Vacío

Peso de frasco + agua=Wbw (B) 666.2 664.2 672.7

Volumen del frasco a 20 Cº 500ml 500ml 500ml

Temperatura 20 21 20

Peso frasco + agua + suelo seco=Wbws (C) 733.3 735.9 747.4

Recipiente evaporador Nº 1 2 3

Recipiente evaporador + suelo seco (D) 289.5 470.4 199.89

Peso recipiente evaporador (E) 185 359.7 84.21

Peso suelo seco=Ws, (D)-(E)=(F) 104.5 110.7 115.68

Gs=W s

W bw+W s−W bws

= FB+F−C 2.7941 2.8385 2.8228

α 0.99823 0.99802 0.99823

77 LABORATORIO N°1


Gs(corregido) 2.7892 2.83284 2.8178

Cálculo de “α ”

α=γT

γ 20 ºC , γ 20 ºC=1 . 0000⇒α=γT

1.00 gr /cm3

Los valores de “γT ” lo obtenemos de la Tabla 3-b.1 del libro de Mecánica de Suelos de Juárez Badillo-Rico Rodríguez de acuerdo a las temperatura tomadas en el laboratorio.

Para T=20 ºC: γT=0. 99823 g/cm3⇒α=0 . 99823

Para T=21 ºC: γT=0. 99802 g/cm3⇒α=0 . 99802

Para T=20 ºC: γT=0. 99823 g/cm3⇒α=0 . 99823

Comprobación de resultados:

Mayor valor deGs

Menor valor deGs

=2 . 832842. 7892

=1 . 02≤1 .02 …..OK!

Entonces Gs es el promedio:

Gs=2 . 81

4.5 CONCLUSIONES4.5 CONCLUSIONES

El resultado que se obtuvo es de Gs=2.81, y según BOWLES, Joseph E. el suelo es del tipo: Suelo con micas o hierros.

Como las partículas del suelo son casi finas es por eso que el valor de Gs es un tanto grande pero aceptable.

El peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ellos es debido al cambio de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El peso específico del agua disminuye a medida que la temperatura aumenta.

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Una de las fuentes de error son las lecturas que se realizan en las balanzas que se utilizo para dichos ensayos ya que al estar casi obsoletas ya no sirven calibrarlas bien y generan pesos erróneos y lecturas equivocadas que ocasionan un mal cálculo.

Otro error muy común proviene de que el menisco no resulte perfectamente a nivel de la marca de enrase; es de notar que una sola gota de agua puede dar un error en el peso.

Al momento de pesar el matraz con agua, se tuvo que quitar el material flotante (orgánico), ya que según la Mecánica de suelos no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes relativos de las tres fases principales; su influencias se toma en cuenta en atapas posteriores del estudio de ciertas propiedades de los suelos.

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

1. Una revisión previa de los equipos e instrumentos antes de realizar los ensayos.

2. Tomar en cuenta la temperatura en la calibración del matraz, esto influye mucho en al volumen del matraz y también en el peso específico del agua.

3. Secar el cuello del matraz, encima de la marca de enrase. De preferencia hacerlo con un pedazo de tela absorbente, ya que el papel podría desprenderse un poco y dejarlo adherido en el cuello del matraz.

4. Al momento de usar la bomba de vacío, tener cuidado que la suspensión no sea absorbido e ir girando la matraz para que así se elimine más rápido las burbujas de aire.

5. Leer la guía antes de realizar cualquier ensayo y preguntar al técnico sobre el correcto uso de los instrumentos de laboratorio.

6. Manipular el mezclador mecánico en presencia del técnico o del ingeniero encargado.

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laboratorio de suelos

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