UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFacultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Ingeniería Geotécnica

MECÁNICA DE SUELOS I - EC511 (I)

CICLO 2015-1

LABORATORIO Nº 1

TEMA: ENSAYOS EN SUELOS INALTERADOS (ENSAYO DE CONTENIDO

DE HUMEDAD, PESO VOLUMÉTRICO, GRAVEDAD ESPECÍFICA)

INTEGRANTES:

Apellidos y Nombres Informe Test Nota

Ccopa Osorio, Daniel Jonatan

Portilla Quesada, Wilfredo Christian

Romero Valeriano, Jesús Jaime

Villegas Cerazo, Víctor Ángel

PROFESORA : Ing. Luisa Shuan Lucas

Fecha presentación: 07 de Abril del 2015

Introducción

En este primer laboratorio se analiza las relaciones volumétricas y gravimétricas de agregados de suelos, todo esto desde un punto de vista de ingeniería.

El primer experimento es hallar el contenido de humedad de un suelo (ω), el cual es de gran utilidad en la construcción civil, pues el comportamiento y la resistencia de los suelos en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen.

El segundo experimento es hallar el peso volumétrico de masa (γ m), conocido también como la densidad total del suelo, o peso volumétrico húmedo.

Estos dos primeros experimentos nos permiten hallar la mayor compactación del material, en este caso el suelo.

El tercer experimento es hallar el peso específico relativo de sólidos (Ss), es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia.

Objetivos

Conocer los principales ensayos básicos realizados en suelos

inalterados, que pueden ser realizados en laboratorios básicos,

con equipos comunes.

Relacionar los ensayos de laboratorio a los resultados, es decir

poder interpretar los valores numéricos que se hallan en el

laboratorio.

Comprender las limitaciones de cada ensayo de laboratorio, es

decir entender la clase de suelos que pueden ser sometidos a

estos ensayos y en que condiciones deben ser entregadas.

Ensayos a realizar

1. ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA

Equipos

Balanza Frasco Volumétrico (Fiola)

Muestra seca Bomba de vacío

Descripción general del suelo a ensayar

El Suelo usado fue un suelo disturbado compuesta de arena gruesa, con

Procedimiento

Cuartear el material y obtener una muestra con aproximación de ± 0.01gr.

Poner a secar la muestra en el horno a 100°C o 110°C ± 5°C, retirar la muestra del horno, dejar enfriar.

Pesar la muestra seca que se va a ensayar de acuerdo al volumen de la fiola.

o W s = peso muestra seca

Se coloca la muestra pesada en la fiola.

Luego se llena con agua destilada hasta las ¾ partes de la capacidad de la fiola.

Expulsión del aire atrapado en el suelo. Con bomba de vacíos, el tiempo de uso depende del tipo de suelo y de la potencia de la bomba. Puede variar entre unos pocos minutos y 6 a 8 horas para suelos plásticos y 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad.

Luego de eliminar el aire, completar el volumen con agua destilada hasta la marca de la fiola y anotar:

o W3 =WPICN+WS.SECO+ WAGUA 1

Ahora, pesar el mismo volumen de agua. Obteniéndose: o W 2 = WPICN + WAGUA,2

Donde:Ws = peso de la muestra seca.W2 = peso del picnómetro llenado con agua destilada.W3 = peso del picnómetro llenado con agua y el suelo.K = Factor de corrección por temperatura del agua de ensayo

Calculo Del Peso Específico Relativo De Solidos (Ss)::

Por definición: GS=W suelo /V suelo

W agua /V agua

En el ensayo: V suelo=V agua=W agua, donde se tiene:

GS=W suelo

W agua

Donde W agua=W agua2−W agua1

Teniendo como equivalente a:

GS=W S

W S+W 2−W 3

∗K

Donde K es el factor de corrección por temperatura del agua de ensayo, que en este caso es: K=1.

Datos obtenidos:

W sueloseco=500 g

W 3=W picn ó metro+W sueloseco+W agua1=976.4 g

W 2=W picn ó metro+W agua2=662.4 g

Entonces:

GS=500

500+662.4−976.4∗1=2.6881

2. ENSAYO DE PESO VOLUMETRICO DE SUELOS COHESIVOS

Equipos

Espátula y guantes Parafina líquida

Probeta Balanza Electrónica

Descripción general del suelo a ensayar

El Suelo usado fue un suelo inalterado proveniente de Chachapoyas, con presencia de un gran porcentaje de finos, suelo de color marrón oscuro y con un evidente alto contenido de humedad.

Procedimiento

Tallar una muestra sin agujeros ni grietas, el tamaño debe ser tal que pueda introducirse en la probeta. Pesar la muestra tallada y anotar:

o Wsuelo

Derretir previamente la parafina en el horno o estufa. Dejar enfriar ligeramente, luego recubrir la muestra para impermeabilizarla.

La parafina debe cubrir la muestra en una capa fina, no debe penetrar en los poros del suelo. Cuando la muestra esté completamente recubierta, registrar:

o Wsuelo+parafina

Llenar la probeta con agua hasta un volumen inicial conocido, registrar:

o Vinicial

Introducir la muestra parafina en la probeta, se producirá un desplazamiento de volumen hasta V f. El volumen desplazado en la probeta será el volumen del suelo parafinado:

DV = V f – V iDV = V suelo + parafina

o Volumen de la muestra

DV = V suelo + parafinaV suelo = Vsuelo + parafina – Vparafina

o Volumen de parafina utilizada:

Vparafina = Wparafina / parafina

Dónde: W parafina = W suelo + parafina – W suelo

o Por lo tanto

Peso Volumétrico =W suelo

ΔV−V parafina

Cálculos del peso volumétrico de masa (γ m):

W suelo=125.2 g

W suelo+parafina=133.9 g

V suelo+parafina=75ml

Hallando el peso de la parafina:

W parafina=W suelo+ parafina−W suelo=133.9−125.2=8.7 g

Como la densidad de la parafina es: γ parafina=0.87g

ml

V parafina=W parafina

γ parafina

= 8.70.87

=10ml

El volumen del suelo es:

V suelo=V suelo+parafina−V parafina=75.0−10.0=65.0ml

El peso volumétrico es:

γ m=W suelo

V suelo

=125.265.0

=1.9262 gml

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD

Equipos

Recipientes para muestras

Horno de secado Balanza Electrónica

Descripción general del suelo a ensayar

El ensayo se realizó en un suelo disturbado compuesto principalmente por gravilla, arena gruesa, arena fina y poca cantidad en limos y arcillas; proveniente de un lecho de río, esto por los bordes redondeados de las gravillas.

Procedimientos

Obtener el peso de un recipiente (tara) limpio y seco y anotar:W tara

Colocar la muestra de suelo húmedo en el recipiente y anotar:W tara + Wsuelo húmedo

Colocar la tara con el suelo húmedo al horno a temperatura de 110°C ± 5°C, hasta que el peso sea constante (12h. a 16 h).

Retirar el suelo seco con su tara y pesarlo, obteniendoWtara + Wsuelo seco

Datos del ensayo:WtaraWtara + Wsuelo húmedoWtara + W suelo seco

Obtenemos:Wsuelo seco = (Wtara + Wsuelo seco) - ( Wtara )Wsuelo húmedo = ( Wtara + Wsuelo húmedo )- (Wtara )Wagua = Wsuelo húmedo – Wsuelo seco

w%= WaguaWsuelo seco

CALCULOS

Cálculos de contenido de humedad de un suelo:

W sueloseco=(W tara+W suelo seco )−W tara ….( I )

W suelohúmedo=(W tara+W suelo húmedo)−W tara ….( II )

W agua=W suelohúmedo−W suelo seco ……( III )

FRASCO(TARA)

Datos obtenidos:

W tara+W suelo húmedo=741.2g

W tara+W suelo seco=541.3 g

W tara=165.2g

De (I): W sueloseco=541.3−165.2=376.1g

De (II): W suelohúmedo=741.2−165.2=576g

De (III): W agua=70−50.1=199.9 g

ω (%)=W agua

W sueloseco

∗100%=199.9376.1

=53.15%

CUESTIONARIO

Investigar cómo puede determinar el peso volumétrico de una muestra de arena seca de playa (suelo en estado suelto)

En el ensayo anterior hallamos el Peso Volumétrico para suelos cohesivo, vale decir que sus partículas se mantienen adheridas por una fuerza intermolecular, pero este no es el caso de la arena seca de playa, al no existir esta atracción molecular, el material se considera no

cohesivo. El procedimiento para determinar el Peso Volumétrico de la arena de playa es mucho más simple que el de suelos cohesivos pues al ser muy finas sus partículas, este material se puede moldear perfectamente a algún recipiente de volumen conocido, y pesando la muestra, se obtendrá el Peso Volumétrico.

PROCEDIMIENTO

Lo primero que se debe hacer es obtener el volumen de los moldes (recipientes para arena).

Ahora colocamos arena dentro del molde para arena, hasta llenarlo sin que queden espacios.

Después pesamos el

molde con arena y tomamos nota

para poder hacer el cálculo.

Ej:

Wrecipiente: 4.80kg

Wrecipiente+ Warena: 18.48kg

Vol. Recipiente: 9.10 lt.

Peso Volumetrico= WarenaVrecipiente

Peso Volumetrico=18.48−4.800.091

=1503.30kg /m 3

Con los datos obtenidos en el ensayo de gravedad específica ( ó peso específico

relativo de sólidos), y considerando que la muestra en su estado natural tiene

una densidad seca de 1.70 gr/cm3, determinar el contenido de humedad con el

cuál la muestra alcanzará el 100% de grado de saturación.

Solución

Gravedad específica = 2.6881 g/cm3

Tomamos una muestra de 2.6881 kg para simplificar cálculos

Entonces volumen sólido sin vacíos = 2.6881 kg / 2.6881 (g/cm3)

= 1000 cm3

Densidad suelo inalterado = 1.7 g/cm3

Peso muestra = 2.6881 kg

Entonces Volumen suelo inalterado muestra = 2.6881/1.7 = 1581.235

cm3

Volumen de vacíos = 1581.235 – 1000 = 581.235 cm3

Se necesita 0.5812 cm3 de agua para saturar la muestra.

Entonces porcentaje de humedad =

ω (%)=W agua

W sueloseco

∗100%= 581.2352.6881∗1000

=21.6225%

21.6225 % de humedad para poder saturar la muestra al 100%

CONCLUSIONES

Conclusiones y recomendaciones sobre humedad de un suelo :

Con el porcentaje de humedad, nos podemos hacer una idea de que tan absorbente puede ser un suelo, y además de que tanto espacio vacío tiene.

Se recomienda usar el horno a 60° C, para no falsear la humedad en suelos que contienen significativas de materia orgánica, yeso o ciertos tipos de arcillas.

En la mayoría de los casos, el tiempo de secado varía dependiendo del tipo de suelo. Por ejemplo una muestra de arena puede secar en solo algunas horas, ciertas arcillas podrán tardar más de 24 horas. En caso de que el tiempo establecido sea insuficiente, la muestra continuara en el horno hasta obtener pesadas consecutivas constantes transcurridas 4 horas entre ellas.

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.

Como se puede apreciar la diferencia entre contenidos de humedad es muy variante, eso se debe a que seguro existió un mal cálculo de las medidas en el laboratorio, como se tomaron dos experimentos con una misma muestra por ende también tendría q tener el mismo contenido de humedad.

Conclusiones y recomendaciones sobre el peso volumetrico de masa (γ m)::

El peso por unidad de volumen o peso volumétrico es una de las propiedades físicas más importantes de un suelo. Por ejemplo, deberá conocerse para poder calcular la presión de tierra o la producida por sobrecargas.

Si se conoce la humedad, puede calcularse el peso volumétrico seco de la siguiente manera:

En estudios de compactación de suelos en ocasiones es útil calcular el peso volumétrico seco que se hubiera obtenido, si se hubiera disminuido el volumen de una muestra húmeda, expulsando el aire hasta que el grado de saturación de la muestra llegara al 100 por ciento, a este estado se le designa exento de huecos con aire, utilizando la siguiente expresión:

γ m=(1+ω)γ d

Donde:

γ m: Peso Volumétrico de masa

ω: Humedad del suelo

γ d: Peso volumétrico seco

El peso volumétrico varía con el grado de compacidad o compactación y con el contenido de humedad.

Conclusiones y recomendaciones Del Peso Especifico Relativo De Solidos (Ss)

El suelo se puede clasificar según su GS mediante la siguiente tabla:

Tipo de Suelo GS

ArenaArena limosa

Arcilla inorgánicaSuelo con micas o hierro

Suelos orgánicos

2.65-2.672.67-2.702.70-2.802.75-3.00

Variable, puede ser menor que 2

Según la tabla, la muestra obtenida es un suelo con micas o hierro (GS=2.755)

El peso específico relativo o gravedad específica de un suelo se toma como el valor promedio para los granos del suelo.

En el laboratorio se tomó a K (factor de corrección por temperatura del agua) igual a 1, ya que previamente se calibró el picnómetro con el agua destilada.