LABORATORIO N 01

LABORATORIO N 01

A. RELACIONES VOLUMTRICAS - GRAVIMETRCAS

I. INTRODUCCIN:

El presente informe detalla el procedimiento realizado en el laboratorio y los resultados obtenidos a partir de los ensayos realizados a las muestras de suelo. Es de vital importancia la realizacin de dicha prctica, pues nos sirve para el estudio de los suelos en un proyecto de construccin de edificaciones o carreteras, para determinar las propiedades de los mismos como tambin su comportamiento.

II. OBJETIVO:

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

Realizar el clculo experimental de los conceptos dados anteriormente.

III. EQUIPO Y/O MATERIALES:

Recipiente rgido de geometra conocida (cilindricas).

Probeta gradcuado de 500 a 1000ml.

Balanza con precisin de 0.1 y 0.01gr.

Horno o estufa a una temperatura (110C + 5C)

Muestra inalterada (estado natural).

Muestra alterada.

Brocha.

Cantidad de arena seca.

Vernier de 8".

Regla metalica.

IV. FUNDAMENTO TERICO:

El suelo presenta tres fases constituyentes: La parte slida, la lquida y la gaseosa. La slida est formada por las partculas minerales del suelo incluyendo la capa slida absorbida; la lquida por el agua que se encuentra dentro de ella, aunque en los suelos pueden existir otros lquidos de menor significacin; y la gaseosa comprende sobre todo el aire as como tambin pueden estar presentes otros gases tales como: vapores sulfurosos, anhdrido carbnico, etc. La capa viscosa del agua absorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase slida y la lquida, suele incluirse en esta ltima, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporacin o secado.

Las fases gaseosa y lquida suelen comprenderse en un volumen de vacos mientras que la fase slida constituye el volumen de slidos.

El suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacos estn ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular de slo dos fases la slida y la lquida. Muchos suelos yacen bajo el nivel fretico, estos son totalmente saturados.

FASES DEL SUELO EN ESTADO NATURAL

DATOS PARA CALCULAR LAS RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS

Recipiente

Dim. 1(cm)

Dim. 2(cm)

Dim. 3(cm)

Dim. Prom

Altura H(cm)

Contenido

Tarro 1

10.5

10.55

10.4

10.483

10.1

arena

Tarro 2

10.1

10.15

10

10.083

11.3

arcilla

ESTADO:

SATURADO

SECO

Recipiente

Wrecip. (gr)

Wm+Wrecip

Wm

Ww+Ws+Wrecip.

Ws+Wrecip.

Tarro 1

74.9

1461

1386.1

1291.9

Tarro 2

74.6

1312

1237.4

1258.65

NATURAL

1587.45

1585

Wm

Ws

Ww

Vm

Vs

Vw

Va

Vv

1386.1

1217

169.1

871.731

576.181

169.1

126.450

295.55

1237.4

1184.05

53.35

902.294

575.944

53.35

273.000

326.35

arena

arcilla

0.513

0.567

0.339

0.362

13.89%

4.51%

57.22%

16.35%

Relaciones de pesos y volmenes

arena

arcilla

1.590

1.371

2.112

2.056

1

1

arena

arcilla

peso especfico seco

0.878

0.957

peso especfico saturado

1.590

1.371

peso especfico efectivo

0.590

0.371

Relaciones Fundamentales

Relaciones de peso y volumen para diferentes estados del suelo

peso especfico de la fase slida

peso especfico de agua

Contenido de agua

Grado de saturacin

peso especfico(vol. o de masa)

relacin de vacos

porosidad

DATOS PARA CALCULAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD

ESTADO:

NATURAL

SECO

Recipiente

Wrecip.

Contenido

Wm+Wrecip

Ws+Wrecip.

Tarro 1

20.9

arena

176.4

170.1

Tarro 2

24.4

arena

178.6

171.85

Tarro 3

24.4

arena

180.5

172.09

ESTADO:

NATURAL

SECO

Recipiente

Wrecip.

Contenido

Wm+Wrecip

Ws+Wrecip.

Tarro 1

20.6

arcilla

217.6

191.3

Tarro 2

23.4

arcilla

235.7

208.4

Tarro 3

21

arcilla

255.9

223.5

Volmenes Pesos

FASE GASEOSA

Va Wa

Vv

Vm Wm

Vw FASE LQUIDAWw

Vs FASE SLIDAWs

Vm=Volumen total de la muestra.

Vs=Volumen de la fase slida de la muestra.

Vv=Volumen de vaco de la muestra.

Vw=Volumen de la fase lquida de la muestra.

Va=Volumen de la fase gaseosa de la muestra.

Wm=Peso total de la muestra.

Ws=Peso de la fase slida de la muestra.

Ww=Peso de la fase lquida de la muestra.

Wa =Peso de la fase gaseosa de la muestra, considerado como nulo en mecnica de suelos

RELACIONES DE PESO Y VOLMENES.

En mecnica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volmenes correspondiente, por medio de conceptos de peso especifico, es decir de la relacin entre el peso de la sustancia y su volumen.

gm = Peso especifico volumtrico o de la masa del suelo. Por definicin se tiene:

gm = Wm = Ws + Ww

Vm Vv + Vs

gs = Peso especifico de la fase slida del suelo

gs = Ws

Vs

Sm = Peso especfico relativo de la masa del suelo. Por definicin:

Sm = gm = Wm

go Vmgo

Ss = Peso especfico relativo de la fase slida del suelo (de slidos), para el cual se tiene:

Ss = Gs = gs = Ws

go Vs

gw = Peso especfico del agua

gw = Ww; gw = go = 1 Ton = 1 gr

Vw m3 cm3

RELACIONES FUNDAMENTALES

Las relaciones que se dan a continuacin son importantes para el manejo comprensible de las propiedades mecnicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido fsico.

a. Se denomina relacin de vacos, Oquedad o ndice de poros a la relacin entre el volumen de los vacos y el de los slidos de un suelo.

e = Vv

Vs

b. Se llama porosidad de un suelo a la relacin entre su volumen de vacos y el volumen de su masa. Se expresa como porcentaje:

n(%) = Vv x 100

Vm

Definicin de la porosidad en trminos de la relacin de vacos:

n(%) = e

1+e

c. Se denomina grado de saturacin de un suelo a la relacin entre su volumen de agua y el volumen de sus vacos. Suele expresarse tambin como un porcentaje:

S (%) = Vw x 100

Vv

d. Se denomina contenido de humedad a la relacin entre su peso del agua y el peso del slido. Se expresa en porcentaje:

w (%) = Ww x 100

Ws

RELACIONES DE PESO Y VOLMENES PARA DIFERENTES ESTADOS DE SUELO.

ESTADO SECO

Volmenes Pesos

FASE GASEOSA

Vv= Va Wa = O

VmWm

Vs FASE SLIDA Ws

gd = Ws = Ws / Vs = gd

Vm (Vv + Vs)/Vs 1+e

gd = gd

1+e

ESTADO PARCIALMENTE SATURADO

Volmenes Pesos

FASE GASEOSA

Va Wa

Vv

Vm Wm

Vw FASE LQUIDAWw

Vs = 1 FASE SLIDAWs

gm = Wm = (Ww + Ws)

Vm (Vv + Vs)

gs = Ws = (Ww + Ws)

Vs (Vv + Vs)

Donde asumimos que Vs =1

gs = Ws

Para la relacin de vacos tenemos:

e = Vv

Vs

e = Vv

Vv + Vs = 1 + e

W = Ww + Ws = Gs go (1+w)

Donde: w = Ww/Ws = Ww/gs

gs = Gs go

Gs = gs

go

Donde:

Gs = gravedad especfica

go = peso especfico del agua

gs = peso especfico de slido

gm = Gs gs (1+w)

1+e

ESTADO TOTALMENTE SATURADO

Volmenes Pesos

FASE GASEOSA

Vv= Va Wa = O

Vm = 1+eWm

Vs =1 FASE SLIDA Ws

e = Vv

Vs

gd = Ww = Ww

Vw e

Ww = gw e

gs = Ws = Ws = Gs gs

Vs

gsat = gw e + Gs gw = (Gs + e) gw

1+e 1+e

V. PROCEDIMIENTO :

I. Se tomaron las medidas de peso y dimensiones del recipiente vaci (cilindrico) a utilizar.

I. Se extrajo la muestra de suelo de las excavaciones existentes para la construccin de la Facultad de Industrias Alimentarias de la ciudad universitaria de la UNASAM de una profundidad aproximada de 1.50 m. Las muestras se tomaron en los tarros de la siguiente manera; se coloc el tarro sobre el suelo en estado natural y se presion hasta llenar totalmente el tarro con muestra, luego fueron trasladados a laboratorio.

I. Llenar al recipiente con la muestra de arena seca, golpeando cuidadosamente el recipiente para evitar la mayor cantidad de porosidad. Enrazar la muestra con la regla metlica.

I. En el laboratorio se pes la muestra + recipiente anotando su respectivo peso.

V. Echar agua cuidadosamente en el recipiente de suelo por los lados o lentamente, para evitar que se atrape demasiado aire en los vacos del suelo. Llenar al recipiente hasta el nivel superior, sin permitir que el agua se desborde y se pierda. Tener cuidado al llenar de agua hasta el tope, en no incurrir en el "redondeo" debido al accion del menisco. Observar cuidadosamente los lados del recipiente y si aparecen burbujas de aire atrapadas , se debe balancear el recipiente o golpear ligeramente en el sitio donde se encuentra la burbuja para desalojarla.

V. Colocar cuidadosamente el recipiente lleno arena y agua sobre la balanza. Registrar el peso de suelo ms agua ms recipiente.

VII. Luego trasladar la muestra al horno a una temperatura de 110C 5C durante 24 horas para su respectivo secado.

VII. Al da siguiente se retir la muestra del horno y se tom el peso del suelo seco mas el recipiente anotando su respectivo peso.

VI. DATOS :

Ww + arena

Ws

cont. Humedad

6.3

149.2

4.22%

6.75

147.45

4.58%

8.41

147.69

5.69%

4.83%

Ww + arcilla

Ws

cont. Humedad

26.3

170.7

15.41%

27.3

185

14.76%

32.4

202.5

16.00%

15.39%

w (promedio)

w (promedio)

VII. CALCULOS Y RESULTADOS :

Utilizando las frmulas descritas en el fundamento terico obtuvimos los siguientes resultados.

B. DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

I. OBJETIVO :

La presente prctica tiene por objetivo determinar la cantidad de agua presente en una cantidad dada de suelo en trminos de su peso seco.

II. REFERENCIA :

ASTM D2216 - 71 (normas ASTM parte 19)

III. EQUIPO Y/O MATERIALES :

Recipientes para humedad (cpsulas de aluminio)

Horno con control de temperatura adecuada.

Balanza.

Muestra de suelo.

Elementos de limpieza.

IV. FUNDAMENTO TERICO :

La determinacin del contenido de humedad, es un ensayo rutinario de laboratorio para determinar la cantidad de agua presente en una cantidad determinada de suelo en trminos de su peso en seco. Como una definicin.

w% = Ww * 100

Ws

Donde :

Ww, es el peso del agua presente en la masa del suelo.

Ws, es el peso de los slidos en el suelo.

w%, contenido de humedad.

V. PROCEDIMIENTO :

1) Pesamos cada una de las tres cpsulas de aluminio identificndolas adecuadamente cada cpsula, estas cpsulas son las mas populares de 5 cm de dimetro por 3 cm de altura.

2) Colocamos una muestra representativa de suelo en estado natural en cada cpsula y luego determinamos el peso de cada recipiente mas el del suelo en estado natural. Este peso se determin inmediatamente despus de colocada la muestra para evitar evaporaciones y mantener la humedad natural del suelo.

3) Luego trasladamos las muestras al horno dejndolas por espacio de 24 horas a una temperatura de 110C 5C.

4) Al da siguiente se retiraron las muestras del horno para luego ser pesadas determinando el peso del recipiente mas el suelo seco, anotando estos valores para cada muestra.

VI. DATOS :

VII. CALCULOS Y RESULTADOS :

Utilizando las frmulas descritas en el fundamento terico obtuvimos los siguientes resultados.

C. ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SLIDOS DEL SUELO.

1. OBJETIVOS.

- Familiarizarnos con el mtodo general de la obtencin de la gravedad especfica de la masa de cualquier material compuesto por partculas pequeas cuya gravedad especifica sea mayor de 1.

1. EQUIPO Y/O MATERIALES.

Frasco volumtrico de 500ml.

Bomba de vaco o aspirador para producir vaco.

Mortero y mango para morterear.

Balanza de precisin 0.1y 0.01g

Una batidora o mesclador mecanico.

Termmetro, aproximacin de 0.1.C, graduado hasta 50C.

Recipientes para evaporacin.

Un embudo de vidrio de conducto largo.

Pipeta.

Suministro de agua desairada con temperatura estabilizada.

Agua destilado

Muestra de suelo de 120g.

Tamiz N4

Horno o estufa a una temperatura de 110 5C

1. FUNDAMENTO TEORICO.

GRAVEDAD ESPECIFICA.

La gravedad especifica Gs de un suelo sin ninguna calificacin, se toma como el valor promedio para los granos del suelo. La gravedad especifica de los granos de suelo es siempre bastante mayor que la gravedad especifica volumtrica determinada incluyendo los vacos de los suelos en el clculo.

El valor de la gravedad especifica es necesario para calcular la relacin de vacos de un suelo, se utiliza tambin en el anlisis de hidrmetro y es util para predecir el peso unitario del suelo.

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

Gs = material

Agua a 4 C

La misma forma de ecuacin se utiliza para definir la gravedad especifica del conjunto. La gravedad especfica del material puede tambin calcularse utilizando cualquier relacin de peso de la sustancia al peso del agua siempre y cuando se consideren volmenes iguales de material y sustancia.

Gs = WS /V

Ww /V

Como el mtodo de trabajo de laboratorio para determinar la gravedad especfica del suelo utilizando un frasco volumtrico es en realidad un mtodo indirecto (se desplaza indirectamente el volumen del material ). Se derivar a continuacin una expresin para calcular la gravedad especifica.

Sea Wb = Peso del frasco volumtrico vaco y seco.

Sea Wbw = Peso de la botella ms agua destilada o agua comn hasta la marca del frasco.

Sea WS = Peso de slido seco.

Sea WbwS = Peso de slido seco mas el agua hasta la marca.

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

Ww = Wbw + WS - WbwS

Es posible escribir la gravedad especifica de la siguiente manera :

Gs = WS

Wbw + WS - WbwS

Donde , la correccin de temperatura, se calcula como:

t

=

20 C

1. PROCEDIMIENTO.

1. Limpiar cuidadosamente el frasco volumetrico.

1. Llnese el frasco con agua destilada a la temperatura ambiente hasta 0.5cm debajo de la marca de enrase aproximadamente, y djese reposar durante unos minutos.

1. Con una pipeta , compltese el volumen del matraz con agua destilada de modo que la parte inferior del menisco coincida con la marca de enrase.

1. Squese cuidadosamente el interior del cuello del matraz con un papel absorbente enrollado, respetando el menisco.

1. Psese el matraz lleno, con aproximacin de 0.01g (Wfw).

1. Reptanse las etapas 3 a 6 a la misma temperatura, aproximadamente, con que se haya trabajado la primera vez.

1. Apunte los resultados de los pesos obtenidos en funcin de las respectivas temperaturas.

1. Psense 120g aproximadamente de suelo previamente secado el horno y enfriado en desecador, aproximadamente al 0.01g (Ws).

1. Vaciar la muestra cuidadosamente a un matraz limpio, calibrado segn ya se indic y llnese ste con agua destilada hasta su mitad.

1. Aplquese vaco al matraz usando el aparato correspondiente, durante 15 minutos, a fin de extraer el aire contenido en la muestra. Girando cuidadosamente el matraz puede acelerarse el proceso. Si el aparato puede aplicar una succin graduable, cudese de que la muestra no sea arrastrada. Dejar reposar la muestra por unos minutos

1. Adase con cuidado agua destilada hasta la marca de enrase y vulvase a aplicar el vaco, a fin de verificar que no queda aire atrapado en la muestra; ello se notar por la permanencia de la base del menisco en el nivel del enrase. Si este nivel asciende, reptanse las etapas 1, 2 y 3.

1. Desaireada la suspensin, adase agua destilada hasta que el borde inferior del menisco coincida con la marca de enrase.

1. Una vez en la seguridad de que el menisco tiene su altura correcta, de que el frasco est exteriormente seco y que no hay agua en el interior del cuello, psese el matraz con aproximacin de 0.01g; as se obtiene WbwS.

1. De inmediato determnese la temperatura de la suspensin, con aproximacin de 0.01C, introduciendo el bulbo de un termmetro hasta el centro del matraz.

1. Transferir toda la muestra a un recipiente evaporador utilizando agua para hacer la transferencia, de este modo evitar dejar rastros de la muestra en el matraz.

1. Luego se llevara al horno por 12 horas.

1. Repetir procedimiento para los dos matraces.

1. DATOS:

DATOS PARA EL CALCULO DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA

Matraz de

W matraz

Wmatraz +

Descripcion

Wsuelo

Ubicacin y

vidrio de 500ml

W agua

del Suelo

Temperatura

Matraz 5

185gr.

684.45

arcilla

107.5gr.

ventana(21C)

Matraz 4

154.8gr

653.9

arcilla

116.8gr.

medio (18C)

Matraz 3

155.7gr.

654.95

arcilla

103.1gr.

sombra(15C)

Matraz de

W matraz +

Wenvaces

Wmuestra +

vidrio de 500ml

Wsuelo+Ww

Wenvaces

Matraz 5

751.5

185.2

291.6

Matraz 4

716.8

173.4

275

Matraz 3

725.1

73.7

183.3

1. CALCULOS Y RESULTADOS:

peso slido

Gs

factor de

Gs corregido

seco

correccin

106.4

2.70

0.9998

2.703

101.6

2.63

1.0004

2.626

109.6

2.78

1.0008

2.780

Gs promedio

2.703

D. CUESTIONARIO

I. Preparar un bosquejo (diagrama de fases) donde se muestran todos los volmenes y pesos.

ARENA

Volmenes (cm3) Pesos (gr)

FASE GASEOSA

126.45 0

295.55

871.73 1386.1

169.1 FASE LQUIDA169.1

576.18 FASE SLIDA1217

SUELO ARCILLOSO

Volmenes (cm3) Pesos (gr)

FASE GASEOSA

273 0

326.35

902.29 1237.4

53.35 FASE LQUIDA53.35

575.94 FASE SLIDA 1184.05

II. Comentar las limitaciones de clculo de Gs de esta forma por qu se ha limitado tanto el tamao de partcula del suelo?

Tuvimos tres limitaciones

A. la temperatura del ensayo; porque no se cont con un instrumento para medir con exactitud la temperatura con que trabajamos.

A. El agua utilizada fue de grifo, que tiene mayor contenido de aire que el agua destilada.

A. La deaireacin; siendo esta la mayor fuente de error porque si el aire no se remueve de ambos materiales el volumen de aire produce una disminucin en el Wrecip + w + s bastante grande, que nos da un menor valor de Gs.

Se ha limitado el tamao de partculas de suelo, puesto que las partculas grandes dan una inadecuada deaireacin de la mezcla suelo agua.

II. Comentar sobre las mejoras que pueden hacerse al ensayo.

Para mejorar la remocin de aire, se podra hacer hervir durante 10 minutos la muestra de suelo.

Contar con un termmetro ambiental para determinar el factor de correccin por temperatura.

Utilizar para los ensayos agua destilada.

II. Para derivar la constante 9.807 utilizada para convertir de gr/cm3 a KN/m3 se hace de la siguiente manera:

gr 10-3 Kg cm3 = 103 Kg /m3

cm3 gr 10-6 m3

103 Kg /m3 (g) = 103 Kg /m3 (9.807 m/s2)

aceleracin de la gravedad

(9.807)(103) (Kg*m/s2) (1/m3)

N

(9.807)(103) N/m3 = 9.807 KN/m3

PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS

CONCLUSIONES

Estas relaciones volumtricas y gravimtricas nos sirven para determinar las diferentes propiedades de los suelos,que nos permiten diferenciarlos por dichas caractersticas.

Relaciones Fundamentales

arena

arcilla

Relacin de vacos

0.513

0.567

porosidad

0.339

0.362

Contenido de agua

13.89%

4.51%

Grado de saturacin

57.22%

16.35%

Relaciones de pesos y volmenes

arena

arcilla

peso especfico(vol. o de masa)

1.590

1.371

peso especfico de la fase slida

2.112

2.056

peso especfico de agua

1

1

Relaciones de peso y volumen para diferentes estados del suelo

arena

arcilla

peso especfico seco

0.878

0.957

peso especfico saturado

1.590

1.371

peso especfico efectivo

0.590

0.371

Se obtuvo una Gs = 2.703 para nuestra muestra de suelo lo que nos indica que es un tipo de suelo arcilloso inorgnico.

Se obtuvo un contenido de humedad igual a 4.83% para la arena y 15.39% para el suelo arcilloso, lo que nos indica que la muestra de arena tuvo poco contenido de humedad por estar en un estado ms seco puesto que nuestra muestra fue extrada de una cantera expuesta al sol, a comparacin de la muestra de suelo arcilloso que fue obtenido en un estado natural a una profundad de 1.50 m.

BIBLIOGRAFA

- Mecnica de suelos IJurez Badillo-Rico Rodrguez

Tomo I

- Fundamentos de la M. De suelo.Tercera edicin, Mxico 1998.

- Humala Ayvar GenaraMecnica de suelos I

- Salazar J. LuisMecnica de Suelos: teoria y problemas.

- Guias de laboratorio y apuntes de clase.