Ensayos de Mecanica de Suelos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA DEPARTAMENTO ACADMICO DE MECANICA DE SUELOS Mecnica de Suelos I FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADMICO DE MECNICA DE SUELOS

MECNICA DE SUELOS I

RELACIONES VOLUMTRICAS Y GAVIMTRICAS DE LOS SUELOS:

Contenido de humedad de un suelo Peso volumtrico de masa Peso especfico relativo de slidos

INDICEPg.

1. Ttulo 1

2. Introduccin 3

3. Marco terico 4

4. Materiales 8

5. Procedimiento y Anlisis 11

6. Formulas y Resultados para las 05 Series 15

7. Conclusiones y Recomendaciones 18

8. Bibliografa 18

INTRODUCCINLa Mecnica del Suelo es una ciencia relativamente joven; su nombre actual existe desde 1925, ao en el que el profesor checo Karl Terzaghi public en Viena su tratado Erdbaumechanik.

Es evidente que, mucho antes de Terzaghi, los constructores, ingenieros y arquitectos se haban preocupado por el suelo. Hay estudios del mismo, considerado desde el punto de vista constructivo, que se remontan a pocas muy anteriores; los habitantes prehistricos construyeron ciudades lacustres sobre lagos, en lo que ahora es Suiza e Italia. Erigieron habitculos sobre pilotes, los Palafitos; Esto implica cierta experiencia en el comportamiento del suelo

La Mecnica del Suelo estudia problemas de equilibrio y deformacin de masas de tierra. Masas de tierra conformadas por varias capas de suelos de naturaleza y espesores diferentes. Suelos que en s ya no son homogneos ni monofsicos, sino que en cada uno de los diferentes tipos de suelo, nos encontramos con la fase slida de las partculas de suelo propiamente dicho, y con otras fases como aire, agua o hielo, e incluso gas; es decir, el suelo puede llegar a ser tetrafsico. Existen conexiones con otras ciencias y disciplinas, como la Qumica, la Geologa, la Hidrulica, etc. Las masas de tierras pueden estar sometidas a esfuerzos interiores y exteriores tambin de naturaleza e intensidad diferentes, como pueden ser acciones hidrulicas, vibratorias, ssmicas, gravitatorias, etc.En todos los casos, el problema se debe enfocar como la total interaccin del suelo, las bases y la superestructura, teniendo en cuenta sin embargo que el terreno sobre el cual descansa cada construccin es esencialmente nico desde el punto - de vista de las condiciones geolgicas. Por ello cada fundacin debe disearse de acuerdo con las caractersticas propias de comportamiento de la estructura que soporta, y de las propiedades resistentes del suelo sobre el cual descansa.

La informacin necesaria acerca de las caractersticas de los diferentes estratos del suelo que sustentar una construcci6n, es suministrada por lo general por los ingenieros de suelos, quienes realizan la exploracin del subsuelo, organizan las pruebas de laboratorio, interpretan los resultados obtenidos y facilitan los datos pertinentes sobre los posibles asentamientos o expansiones a producirse. Asimismo, recomiendan el tipo de fundacin a usar segn el caso, y los eventuales tratamientos a aplicar al suelo para mejorar sus caractersticas y su capacidad portante.

La correcta eleccin del tipo de fundacin ms apropiado dar como resultado una mayor eficiencia en el comportamiento estructural, en funcin de las condiciones del subsuelo, del tamao y forma de la construccin y del tipo y magnitud de las cargas transmitidas. Desde el punto de vista tcn1co exit1rn siempre varias soluciones para el problema planteado y es aconsejable realizar pre diseos de algunas de las posibles fundaciones propuestas, para luego determinar las ventajas y desventajas obtenidas de la comparacin de los resultados, tales como la mayor economa lograda, la sencillez de la ejecucin y el tiempo requerido para su finalizacin.

MARCO TERICO 1. Fases del suelo. Smbolos y definiciones:En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la slida, la lquida y la gaseosa. La fase slida est formada por las partculas minerales del suelo (incluyendo la capa slida adsorbida); la lquida por el agua (libre, especficamente) aunque en los suelos pueden existir otros lquidos de menor significacin; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhdrido carbnico, etc). La capa viscosa del agua adsorbida 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 (secado).Las fases lquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacos, mientras que la fase slida constituye el volumen de los slidos.Se dice que un 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 lquida. Muchos suelos yacientes bajo el nivel fretico son totalmente saturados.Algunos suelos contienen, adems, materia orgnica en diversas formas y cantidades; en las turbas, estas materias predominan y consisten en residuos vegetales parcialmente descompuesto.Aunque el contenido de materia orgnica y las capas adsorbidas son muy importantes desde el punto de vista de las propiedades mecnicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medicin de pesos y volmenes relativos de las tres fases principales; su influencia se toma en cuenta ms fcilmente en etapas posteriores del estudio de ciertas propiedades de los suelos.En los laboratorios de Mecnica de Suelos pueden determinarse fcilmente el peso de las muestras hmedas, el peso de muestras secadas al horno y el peso especfico relativo de los suelos. Estas magnitudes no son, empero, las nicas cuyo clculo es necesario; es preciso obtener relaciones sencillas y prcticas, a fin de poder medir algunas otras magnitudes en trminos de stas. Estas relaciones, de tipo volumtrico y gravimtrico, son de la mayor importancia.La figura representa el esquema de una muestra de suelo, en el que aparecen las fases principales, as como los conceptos de uso ms comn, con los smbolos con que se indicarn en lo que sigue.

Fig. 1 Diagrama de Fars.

El significado de los smbolos es el siguiente:........

.

Existe problema para definir el peso de slidos, o sea del suelo seco, obtenido eliminando la fase lquida. El problema proviene del hecho de que la pelcula de agua adsorbida no desaparece por completo al someter al suelo a una evaporacin en horno, a temperatura prcticas; la cuestin est convencionalmente resuelta en Mecnica de suelos al definir como estado seco de un suelo al que se obtiene tras someter el mismo a un proceso de evaporacin en un horno, con temperaturas de 105C a 110C y durante un periodo suficiente para legar a peso constante, lo que se logra generalmente en 18 24 horas.2. Relaciones de pesos y volmenes:En mecnica de suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volmenes correspondientes, por medio del concepto de peso especfico, es decir, de la relacin entre el peso de la sustancia y su volumen.Se distinguen los siguientes pesos especficos:0= Peso especfico del agua destilada, a 4C de temperatura y a la presin atmosfrica correspondiente al nivel del mar. En sistemas derivados del mtrico, es igual a 1 a una potencia entera de 10.w= Peso especfico del agua en las condiciones reales de trabajo; su valor difiere poco del de 0 y, en muchas cuestiones prcticas, ambos son tomados como iguales. m= Peso especfico de la masa del suelo. Por definicin se tiene

s= Peso especfico de la fase slida del suelo.

El peso especfico relativo se define como la relacin entre el peso especfico de una sustancia y el peso especfico de una sustancia y el peso especfico del agua, a 4C, destilada y sujeta a una atmosfera de presin.En sistemas de unidades apropiados, su valor es idntico al mdulo del peso especfico, correspondiente, segn se desprende de lo anterior.Se distinguen los siguientes pesos especficos relativos.

3. Relaciones Fundamentales:Las relaciones que se dan a continuacin son importantsimas, para el manejo comprensible de las propiedades mecnicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido fsico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecnica de Suelos.a.) Se denomina Relacin de vacos, Oquedad o ndices de poros a la relacin entre el volumen de los vacos y el de los slidos de un suelo:

La relacin puede variar tericamente de o (Vv = o) a infinito (valor correspondiente a un espacio vaco). En la prctica no suelen hallarse menores de 0.25 (arenas muy compactadas con finos) ni mayores de 15, en el caso de algunas arcillas altamente compresibles.b.) Se llama porosidad de un suelo a la relacin entre su volumen de vacos y el volumen de su masa. Se expresa por porcentaje:

Esta relacin puede variar de 0 (en un suelo con slo fase slida) a 100 (espacio vaco). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95 %.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:

d.) Se conoce como contenido de agua o humedad de un suelo, la relacin entre el peso de agua contenida en el mismo y el peso de su fase slida. Suele expresarse como un porcentaje:

Vara tericamente de 0 a infinito. En la naturaleza la humedad de los suelos vara entre lmites muy amplios. En arcillas japonesas se han registrado contenidos de agua de 1.2001.400%, si bien estos valores son excepcionales. En Mxico, existe valores de 1,000% en arcillas procedentes de la regin sureste del pas. E el valle de Mxico son normales humedades de 500 % - 600%.

MATERIALES1. Tara

2. Embudo y fiola

3. Bomba de aire

4. Suelo seco

5. Suelo Hmedo

6. Balanza

7. Parafina

8. Probeta y pipeta

PROCEDIMIENTO Y ANLISISContenido de humedad de un suelo ()

Datos obtenidos del laboratorio:

1- Pesamos el Frasco + suelo Hmedo (gr)

2- Peso del Frasco + Peso del suelo Seco (gr)

3- Peso del Frasco (gr)

Con estos datos obtendremos:

A- Peso del Agua contenidaB- Peso del suelo SecoC- Contenido de humedad (%)

Peso volumtrico de masa ()

Datos obtenidos del laboratorio:

1- Peso del suelo + Parafina (gr)

2- Peso del suelo (gr)

3- Peso de la parafina (gr)4- Volumen del suelo + parafina (cm)

Con estos datos obtendremos:

A- Volumen de la parafina (cm) = Donde: Densidad de la parafina= 0.87

B- Volumen del Suelo (cm )C- Peso Especfico de Masa (gr/cm)

Peso especfico relativo de slidos ()1. Primero calibramos la balanza con el peso de la tara. Luego pesamos el suelo seco.

2. Pesamos la Fiola. Luego la fiola con agua hasta un lmite indicado en la fiola (una marca).

3. Luego, colocamos el suelo seco en la bomba de aire en dos periodos de 5 minutos c/u. El descanso sucede debido a que la mquina debe expulsar el aire acumulado.

4. Luego colocamos la muestra del suelo seco sin aire en la fiola, echamos agua hasta la marca indicada y pesamos.

5. Aplicando la frmula para hallar el peso especfico de slidos (Ss)

Nos queda:

FORMULAS

Contenido de humedad en un suelo:

Donde: Pesos (gr)

Peso volumtrico de masa:

Donde: Pesos (gr)Volmenes (cm3)Densidad de la parafina= 0.87

Peso especfico relativo de slidos:

Donde: Pesos (gr)

GRAVEDAD ESPECIFICA DE SOLIDOS SERIE 1

MuestraM-1M-2

Peso del frasco volumtrico(gr)159.25160.25

Peso del suelo seco(gr)200200

Peso del frasco + peso del suelo seco + peso del agua(gr)772772.8

Peso del frasco + peso del agua(gr)644.2645.21

Peso especfico relativo de slidos5.0644.907

PESO VOLUMETRICOSERIE 1

MuestraM-1M-2

Peso De la muestra del suelo(gr)110.55115.12

Peso de la muestra + parafina(gr)113.66118.01

Desplazamiento de volumen(ml)7579

Densidad de la parafina(gr/cm3)0.870.87

Peso volumtrico(gr/cm3)1.5481.521


N Tara3127

Peso de la tara(gr)208.03174.32

Peso de la tara + suelo hmedo(gr)503.19465.13

Peso de la tara + suelo seco(gr)499.15461.53

Contenido de humedad (%)1.3881.253

.GRAVEDAD ESPECIFICA DE SOLIDOS SERIE 2

MuestraM-1M-2



Peso del frasco + peso del suelo seco + peso del agua(gr)769.5769.21




MuestraM-1M-2


Peso de la muestra parafina(gr)108115.01





N Tara3445






MuestraM-1M-2

Peso del frasco volumtrico(gr)158.23156



Peso del frasco + peso del agua(gr)644644.9



MuestraM-1M-2


Peso de la muestra parafinada(gr)129.2135.01





N Tara7641






MuestraM-1M-2




Peso del frasco + peso del agua(gr)657657.1



MuestraM-1M-2



Desplazamiento de volumen(ml)7169.7




N Tara5422






MuestraM-1M-2







MuestraM-1M-2







N Tara1242





CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES

En el ensayo N1, para obtener un buen secado de la muestra de suelo hmedo, es recomendable mantener la muestra a una temperatura aproximada a 110 C en 24 horas. En el ensayo N2, la muestra del suelo debe hacer sin que contenga grietas considerables ya que esto retrasara nuestro ensayo y el resultado se alejara de la realidad. En el ensayo N3, despus de absorber el aire mediante la Bomba de vacios, se concluye que para obtener un mejor resultado del ensayo se debe usar agua destilada y no agua, ya que el agua destilada no genera burbujas de aire.

BIBLIOGRAFA

Mecnica de Suelos. Teora y Prctica. JUAREZ BADILLO. Pg. 51

Laboratorio N 1Pgina 2

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