Primer Informe del

Laboratorio Mecánica

de suelos:

“CONTENIDO DE HUMEDAD DE

UN SUELO”

(ASTM D4944; AASHTO T217)

METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO

(Normas ASTM D4944; AASHTO T217; UNE 7804; BS 812)

INTRODUCCIÓN:

Para los proyectos de ingeniería, es necesario contar con información veraz acerca de las propiedades físico – mecánica de los suelos, dónde se quiere cimentar la obra. Por lo tanto, se deberá hacer un plan de exploración, en el cuál se sacarán muestras en el área dónde se plantea hacer el proyecto. Dicha explotación debe consistir en examinar e investigar el suelo, pudiendo extraer de ella sus propiedades físicas y que, mediante ensayos de laboratorio obtendremos la clasificación del suelo, densidad, humedad, etc.

OBJETIVOS:

- El estudiante contará con conocimientos para poder determinar el contenido de humedad, de cualquier tipo.

- El estudiante contará con la habilidad de desarrollar o determinar el contenido de humedad usando, de manera controlada, el uso de herramientas en el laboratorio.

- El estudiante contará con el conocimiento, de la determinación del contenido de humedad, de aplicar los métodos de ensayos estandarizados (ASTM D - 2216-8 / NTP 339.127).

Primer ensayo: Método del Speedy.

El ensayo consiste en extraer parte del material a ensayar que introduciremos, previamente pesado con la balanza incorporada en el suministro. Posteriormente añadiremos una cantidad de carburo de calcio molido en el interior de la cámara de acero hermética la cual posee en su base un manómetro que registra la presión originada por el gas acetileno, que entregando indirectamente la humedad del suelo referida al peso húmedo de la muestra.

Aparatos:

o Speedy: Consta de un vaso de Aluminio, con un manómetro de presión incorporada en la base del vaso, horquilla incorporada en la parte superior del mismo vaso.

o Balanzao Instrumento de medición para el carburoo Esferas pulverizadas de una pulgada de diámetro.

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Procedimientos:

1. Limpiar el Speedy añadiendo dos cucharadas de carburo

2. Se toma una muestra representativa del suelo y se procede a pesar

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3. Colocar la muestra dentro del equipo Speedy junto con las dos esferas

4. Se procede a agitar el equipo previamente tapado hasta que el manómetro deje de variar. (Aguja completamente estable)

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Guía del Laboratorio de Mecánica de Suelos - UPC

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5. Retiramos la muestra del equipo

Beneficios:

- Portátil y sin necesidad de alimentación eléctrica. - Cumple con un amplio rango de materiales.- Nos permite determinar el contenido de humedad de un suelo en pocos minutos- Preciso y sencillo.

POR EL METODO DE SPEEDY:

CONTENIDO DE HUMEDAD: W=36%

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Segundo ensayo: Método del Horno

Objetivo:

Este ensayo, tiene como finalidad determinar el peso de agua eliminada, secando el suelo

húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C. El peso del suelo que

permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida

de peso debido al secado es considerado como el peso del agua.

Aparatos:

- Horno de secado; este debe ser capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C.

- Balanzas analíticas; de capacidad conveniente de acuerdo al tamaño de partícula y con

aproximaciones de 0.1g para muestras menos de 200g.

- Capsulas metálicas: De un material resistente a la corrosión y al cambio de peso cuando es

sometido a enfriamiento o calentamiento

- Espátula

- Utensilios de manipulación de recipientes; uso de guantes, tenazas o un sujetador

apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después de que se hayan secado.

Procedimiento

1. Tomar nota del número de cápsulas a usar

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2. Separamos la primera muestra, “Muestra pequeña”, pesar para luego colocar en el horno

3. Separar la segunda muestra “Muestra mucho más grande”, pesar para luego colocar en el horno, ambos pasos (2, 3) son fundamentales, puesto que sin ellas, es imposible dar un primer paso para la determinación de la humedad.

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4. Cubrir la muestra con parafina

5. Pesar la muestra con parafina cubierta

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6. Sumergir la muestra en agua7. Luego de la determinación de los pesos del recipiente y la muestra húmeda, la

diferencia entre ellos es el verdadero peso de la muestra húmeda que, posteriormente deberá introducirse en el horno a la temperatura constante de 110  ±

5° C. El peso húmedo fue proporcionado por la responsable del laboratorio, Jenniefer Gamarra Villafuerte que, por falta de tiempo no se pudo determinar ese dato. Nuestros valores son los que se detallan.Los números señalados hacen referencia al número de recipientes utilizados en el grupo.

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8. Al momento de conocer el paso sobrante, el peso seco, se hicieron los cálculos correspondientes para conocer la humedad de la muestra. A continuación se detalla los datos obtenidos y calculados en un cuadro de Contenido de Humedad.

Observaciones:

En la mayoría de los casos, el tiempo de secado varía dependiendo del tipo de suelo.

Para evitar pérdidas de humedad, como también absorción de humedad atmosférica luego de extraer la muestra del horno, se recomienda el empleo de recipientes herméticos con tapa

Las muestras ensayadas para determinar la humedad, deberán ser descartadas y no se utilizarán en ningún otro ensayo

Tercer Ensayo: Peso volumétrico del suelo cohesivo

El peso volumétrico es la relación del peso de la masa de suelos entre su volumen de

masa. Para la derterminación del peso volumétrico es importante considerar las tres

fases que contiene el suelo: estado sólido, líquido y gaseoso.

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CONTENIDO DE HUMEDADCapsula Nº 1 7P. cápsula(g) 38.68 35.57P. cápsula(g) + Suelo húmedo(g) 107.72 117.67P. cápsula(g) + Suelo Seco(g) 88.87 96.13P. Agua (g) 18.85 21.54P. Suelo Seco(g) 50.19 60.56

Contenido de humedad (%)37.56% 35.57%

Promedio Contenido de humedad (%) 36.56%

Equipos:

o Balanza hidrostática.o Canastilla de acero galvanizado.o Probeta graduada de 1000 mlo Pipeta, espátulaso Parafina solida: *Es importante saber el peso específico de la parafina.o Olla pequeñao Estufa.

Procedimientos:

1. Tallar la muestra sin grietas de un tamaño particular procurando no maltratarla, de tal manera, tenga el tamaño adecuado para poder introducirla en la probeta

2. Calentar la parafina en un recipiente de aluminio hasta que se encuentre de forma líquida.

3. Luego de calentar la parafina, se deberá introducir, delicadamente, la muestra tallada dentro del recipiente de aluminio, con la parafina líquida, para cubrir la muestra con una capa de esta.

4. Pesar el espécimen en la balanza (espécimen sin sumergir al agua) y anotar los resultados.

5. Luego, pesar el espécimen sumergido, en el agua. Es importante que, al momento de colocar la muestra con parafina a la balanza, sumergida en el agua, el individuo tendrá que hacerlo de la forma más delicada posible.

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EXTRACCIÓN DE DATOS:

En el procedimiento, ya visto, es necesario sacar apuntes o datos.

Luego del tallado de la muestra, esta se pesa, obteniendo: Wm. Así, pues, de la misma forma

se pesa la muestra, pero esta vez con la parafina, obteniendo: Wm + p.

Después de procede a llenar la probeta, obteniendo: Vinicial. Posteriormente, se introduce la

muestra con la parafina a la probeta para conocer su volumen, este análisis es simple; ya

que, conociendo Vnicial se puede deducir el volumen de la muestra con parafina, es decir, el

volumen final después de la introducción de la muestra con parafina menos la volumen

inicial, nos da, como resultado, el volumen de la muestra con parafina: Vm+p.

Al último, se hacen los cálculos pertinentes para deducir el valor que queriamos al

comienzo.

o Volumen de la muestra:

Vmuestra = Vm+p - Vp

o Volumen de la parafina utilizada:

Vp = Wp / Yp

Dónde:

Wp = Wp + m – Wm

Por lo tanto:

El peso volumétrico = Wm / (Vm+p - Vp )

TABLA DE DATOS PRINCIPALES:

DATOS PRINCIPALESP. de la muestra húmeda al aire (g) 151.06P. de la muestra + parafina al aire (g) 153.08Lectura final (cm3) o peso de la muestra + parafina sumergida 71.24

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Densidad de la parafina(g/cm3) 0.87P. de la parafina utilizada(g) 2.02Volumen del Suelo + parafina 81.84Volumen de la parafina (cm3) 2.32Volumen de la muestra de suelo (cm3) 79.52P. volumétrico (g/cm3) 1.90

Peso muestra húmeda al aire: 151.06 g

Peso muestra con parafina: 153.08 g

Peso de parafina: 153.08 – 151.06 = 2,02 g

Volumen de la parafina: 2,020,87

=2,32cm3

Peso sumergido suelo + parafina = 71.24 g

Volumen del suelo + parafina = 153.08 – 71.24 = 81.84 cm3

Volumen de la muestra de suelo = 81.84 – 2.32 = 79.52 cm3

γ= PmVm

γ=151.0679.52

=1.8997=1.90g

cm3

Vm+Vp=Y−Z

Vm=Y−Z−Vp

Vm = 153.08 – 71.24 – 2.32 = 78.92 cm3

Donde:

Vm= Volumen de la muestra

Vp=Volumen de la parafina

X=Peso muestra sin parafina

Y=Peso muestra con parafina

Z=Peso sumergido suelo+ parafina

γ=Peso volumétrico

Cuarto Ensayo: Gravedad especifica de los suelos.

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Este método se utiliza para determinar el peso específico de los suelos y del relleno mineral (filler) por medio de un picnómetro. Cuando el suelo esta compuesto de partículas mayores que el tamiz de 2.38 mm (Nº8). Deberá seguirse el método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado grueso, MTC E 206. Cuando el suelo está compuesta por partículas mayores y menores que el tamiz de 2.38 (Nº8), se utilizara el método de ensayo correspondiente a cada porción. El valor del peso específico para el suelo será el promedio ponderado de los dos valores así obtenidos. Cuando el valor del peso específico sea utilizado en cálculos relacionados con la porción hidrométrica del análisis granulometría de suelos (modo operativo MTC E 109), debe determinarse el peso específico de la porción de suelo que pasa el tamiz de 2.00 mm (Nº10) de acuerdo con el método que se describe en el presente norma.

EQUIPOS:

o Frasco volumétrico (picnómetro) de 100 a 500 cm3 de capacidad.o Bomba de vacío, con tuberías y uniones, o en su defecto un mechero o un

dispositivo para hervir el contenido del picnómetro.o Horno o estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta 110

± 5 ºCo Balanzas, una con capacidad de 1200 g y sensibilidad de 0.01g, otro con capacidad

de 200g y sensibilidad de 0.001g.o Pipeta.o Termómetro graduado, con una escala de 0 à 50 ºC y precisión de 0.1 ºCo Capsula de evaporación.o Baño de agua (agua María)o Guantes de asbestoo Tamices de 2.36 mm (Nº8) y de 4.75 mm (Nº4)

PROCEDIMIENTO:

1. Debido a que la muestra contiene partículas mayores y menores que la abertura del tamiz N°8, la muestra es tamizada por el tamiz y se obtiene la muestra para el ensayo.

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2. La cantidad necesaria se escogerá de acuerdo con la capacidad del picnómetro.

En el caso del ensayo, la capacidad del picnómetro es de 500 cm3 por lo que la cantidad requerida es de 120 – 130 g.

3. Tomar datos del peso del picnómetro, fiola mas suelo y el peso de agua destilada más fiola

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4. Colocar luego la muestra tamizada dentro del picnómetro y llenar con agua destilada hasta aproximadamente la mitad del frasco.

5. Girar la fiola de forma manual para que las burbujas que se forman dentro se puedan eliminar

6. Ya eliminado el aire atrapado, llenar el picnómetro con agua destilada hasta que el fondo del menisco coincida con la marca de calibración del cuello de la fiola.

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7. Se observa la posible aparición de restos orgánicos elevándose, además de cierta acumulación de burbujas en el cuello de la fiola y usando un papel absorbente se procede a eliminar dichas burbujas debido a que no se contaba con la bomba de vacíos.

8. Constatar que el agua destilada llegue a la marca de calibración sino se agrega más cantidad de agua.

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9. Tomar los datos del peso de la fiola más el agua y suelo.

10. Dejar reposar la muestra por 24 horas, para que la muestra de suelo se asiente en el fondo del agua y además se factible la medición de la temperatura.

11. Determinar la temperatura del agua introduciendo un termómetro hasta la mitad de la profundidad del picnómetro por 2 o 3 minutos.

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12. Para poder hallar la densidad de la muestra se utilizó la tabla 1: “Densidad de agua y coeficiente de temperatura para varias temperaturas”

Peso de muestra del suelo seco: 287.99 – 161.85 = 126.14Peso específico relativo:

126.14126.14+660.09−736.04

=2.51

Gravedad Específica:

2.510.99766

=2.52

DATO:

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Gs= γsγw

=2.52

Análisis de resultados:

Diagráma Trifásico:

Volumen (Cm3)

Volumen(cm3) Peso (g)

Diagrama de Fases

79.52 35.62

 -4.88 AIRE 0

151.0640.44 AGUA 40.44

43.9 SOLIDO 110.62

Ps=PT

1+W %

Peso del sólido (Ps): 110.62 Peso del agua(Pw): 40.44 Peso del aire(PA): 0.00 VBolúmen del sólido(VS): 43.9 Volúmen de vacíos(VV): 35,62 Volúmen del agua (VW): 40,44 Volúmen del aire(VA): -4,88

Determinación de las propiedades físicas del suelo:

1. Contenido de Humedad(W%): 36.56%2. Porosidad(n%): 44.79%3. Indice de vacios(e): 0.81144. Grado de saturación(S%): 113.54%5. Peso unitario o volumétrico(γ ¿: 1.90gr/cm3

6. Peso específico de los sólidos (γ S¿: 2,52gr/cm3

7. Peso ewspecifico seco(γ d¿: 1,39gr/cm3

8. γsat : 1,84gr/cm3

9. γsum: 0.84gr/cm3

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caso optimo Volumen(cm3) Peso (g)

Diagrama de Fases 79.5235.62

0 AIRE 0151.0635.62 AGUA 35.62

43.9 SOLIDO 110.618043

Grado de saturacion S 100.00%

Ps=PT

1+W %

Peso del sólido (Ps): 110.62 Peso del agua(Pw): 40.44 Peso del aire(PA): 0.00 VBolúmen del sólido(VS): 43.9 Volúmen de vacíos(VV): 35,62 Volúmen del agua (VW): 40,44 Volúmen del aire(VA): 0.00

Determinación de las propiedades físicas del suelo:

10. Contenido de Humedad(W%): 36.56%11. Porosidad(n%): 44.79%12. Indice de vacios(e): 0.811413. Grado de saturación(S%): 100%14. Peso unitario o volumétrico(γ ¿: 1.90gr/cm3

15. Peso específico de los sólidos (γ S¿: 2,52gr/cm3

16. Peso ewspecifico seco(γ d¿: 1,39gr/cm3

17. γsat : 1,84gr/cm3

18. γsum: 0.84gr/cm3

OTROS MÉTODOS PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD:

MÉTODO DEL ALCOHOL METÍLICO

El método del Alcohol Metílico consiste en llenar una muestra, con peso conocido, con alcohol metílico (saturación de la muestra). Para después ser encendida en fuego. De esa forma, obtendremos el secado de la muestra por combustible. El proceso se repite hasta conseguir pesos constantes y así determinar el contenido de humedad.

Una limitación la obtención de resultados no tan buenos para suelos orgánicos.

MÉTODO DEL PICNÓMETRO DE AIRE DIFERENCIAL

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Este método está constituido por un cilindro calibrado; en el cual, la muestra es introducida a esta, para ello es importante conocer el peso de la muestra. Luego, la muestra es colocada en un prensa del equipo; en el cual, esta ejerce presión con la ayuda de una bomba de mercurio. Esto hace que haya una expansión de aire por los vacios del suelo. Con los datos del volumen del aire se calcula la humedad del suelo mediante formulas relacionas a la gravedad específica del suelo y el agua, el volumen de aire y el peso total de la muestra de suelo.

MÉTODO DE LA AGUAJA PROCTOR

El método consiste en introducir una aguja estandarizada y medir la fuerza requerida con la que la aguja ingresa a la muestra. La aguja es introducida en unas probetas denominadas Proctor. En esta probeta se encuentran compactadas las muestras con diferentes humedades. Mediante este ensayo se obtiene una curva de calibración de humedad v/s esfuerzo.

MÉTODO NUCLEAR:

De la misma forma que el Speedy, este método es útil para la determinación de la humedad de los suelos. Este método se basa en las leyes físicas de dispersión de los neutrones en el suelo. De esa forma, este método, nos da el valor de la humedad, tomando como base la velocidad de dispersión.

RESULTADOS, SUGERENCIAS, COMENTARIOS Y OBSERVACIONES:

OBSERVACIONES:

- Para el ensayo del contenido de húmedad, la muestra dentro del recipente debe ser equilibrada, no debe tener exceso acomodando la muestra de manera que el material arcilloso no se quede en los bordes del recipiente.

- Para el ensayo con el SPEEDY, es permitido hacer uso de este ensayo solo a suelos cohesivos, sin grietas conciderables.

- Para el ensayo con el SPEEDY se debe de contar con una muestra tallada o tallarla en el laboratorio.

- El resultado del equipo utilizado para la determinación de la humedad, el Speedy, te entrega resultados falsos en suelos plásticos y además la muestra empleada es de tamaño muy reducida.

- El método Nuclear para la determinación de la humedad de los suelos, es muy exacta pero, para el uso de este equipo es necesario contar con un certificado del INSTITUTO PERUANA DE ENERGÍA NUCLEAR. Sin contar que el uso de este

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equipo pone en riesgo la salud del portador. Es por eso que, el uso de este equipo es limitado.

- En el ensayo de peso volumétrico del suelo cohesivo se debe tener las consideraciones de tomar la muestra con mucho cuidado para no deteriorar su estado excesivamente, además al colocar la muestra más parafina dentro de la canastilla con agua realizarlo con delicado meticulosidad para no alterar el dato en la balanza.

- En el ensayo de Gravedad Especifica de los suelos al pasar la muestra tamizada dentro del picnómetro se le agrega agua en la parte tubular para que los restos de suelo bajen hasta el fondo de la fiola con la demás muestra de suelo.

- En el ensayo de Gravedad Específica, para remover el aire atrapado debió conectarse al picnómetro una bomba de vacíos pero al no contar con la instrumentaría se optó por girar el picnómetro de forma manual para eliminar las burbujas de aire.

- El margen de error en el ensayo de Gravedad Específica aumentó debido a que en la extracción de las burbujas de aire atrapado con el papel absorbente asimila también cierta cantidad de suelo más el agua destilada.

- Por un tema de tiempo, no se dejó reposar la fiola con la muestra más agua por 24 horas para que el suelo se acumule en la parte inferior y fuese más conveniente tomar la temperatura del agua.

- En el ensayo de peso volumétrico, el volumen de aire dio negativo. Esto se debe a que el suelo era una arcilla expansiva, lo que género que el volumen del solido y del agua sean muy grandes.

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