LABORATORIO N°1: ENSAYOS

Curso: CI81 – Mecánica de Suelos

Sección : CI81 - 04

Profesor(a): Milagros del Pilar Soto Dueñas

Integrantes:

Percy Peña Ramos George Damian Delgado Brandon Hinostroza Baldeon Karla Infantes

Fecha: 13 de Abril de 2015

Ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo (ASTM D-2216 – 08 / NTP 339.127)

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Objetivos y Finalidad:Determinar el contenido de agua que tiene la muestra con este método de ensayo. Este examen se realiza para determinar el agua o la humedad que contiene los suelos. El contenido de agua es la relación, expresada como porcentaje, del peso de masa de Agua entre una determinado peso de masa de suelo seco.

Norma de Referencia:ASTM D 2216 - Método de prueba estándar para la determinación, en laboratorio, de contenido de agua (humedad) del suelo, las rocas y mezclas de suelo de agregado

Importancia:Para muchos suelos, el contenido de agua puede ser un índice extremadamente importante que se utiliza para establecer la relación entre la forma en que se comporta un suelo y sus propiedades.La consistencia de un suelo de grano fino depende en gran medida de su contenido de agua. El contenido de agua también se utiliza en la expresión de las relaciones de fase de aire, agua y sólidos en un volumen dado de suelo.

Aparatos:o Horno de secado.-Capaz de mantener una temperatura constante de 110 ± 5 °C.

o Balanzas.- Deben tener las siguientes aproximaciones: de 0.1 g para muestras de

menos de 200 g y de 1 g para muestras de más de 200 g.o Recipientes.- fabricados apropiadamente para resistir a la corrosión, al cambio

de peso debido al enfriamiento y calentamiento continuo.o Otros utensilios.- Se requiere el empleo de espátulas, cucharas, cuchillos, etc.

Definición:El contenido de humedad o humedad de un suelo es la cantidad de agua contenida en un material y se da en relación del peso del agua de una porción dada de suelo, al peso de las partículas solidas. Se debe expresar en porcentaje (%).

Procedimiento:

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

1. Registrar la masa de un contenedor limpio y seco (cápsulas), que en este caso fueron los números 25 y 4. (no capturamos la imagen de las capsulas con nuestros números)

2. Escoger la muestra húmeda para el ensayo. Esta muestra húmeda seleccionado seleccionada y embolsada, es por ello que se deberá manipular sin que tenga una pérdida significativa de humedad (La muestra fue arcilla)

3. Colocar la muestra de ensayo húmedo en las cápsulas y determinar el peso del contenedor

con la muestra, pero antes también teníamos que pesar la cápsula sola. Registrar el valor.

4. Colocar la cápsula con el material húmedo dentro del horno. Dejar

secar el material hasta que alcance una masa constante. Se deberá mantener el horno a 110 ± 5 °C. El tiempo requerido para obtener el peso constante dependerá de las propiedades

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

físicas y químicas del material. Para este ensayo, la muestra estará en el horno por 24 h.

5. Después de estar en el horno 24 horas el material se pasara a retirar, ya que se debe encontrar seco, se retiraran las cápsulas del horno y se dejaran enfriar a temperatura ambiente. Después se procederá a pesar la cápsula con la muestra seca. Registrar el valor. Se deberá cubrir el recipiente para evitar la absorción de humedad del ambiente.

Resultados:

Tabla 1

Muestra 1 2Capsula N° 4 25P. Capsula (gr) 36.1 36.6P. Capsula + Suelo Húmedo (gr) 117.7 121.7P. Capsula + Suelo Seco (gr) 109.3 112.7P. Agua (gr) 8.4 9P. Suelo seco (gr) 73.2 76.1Contenido de Humedad (%) 11.5 11.8

La temperatura a la que se sometió la muestra fue de (110,0± 5,0)°C

Cálculos:

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

%100%1002

21

S

W

R W

W

WW

WW

Dónde:ω = contenido de humedad (%)W1 = peso de la cápsula + suelo húmedoW2 = peso de la cápsula + suelo secoWR = peso de la cápsula

ϖ1=117 ,7−109 , 3109 ,3−36 ,1

×100 %=8,473 ,1

×100 %

−ϖ 1=11 , 5%

ϖ2=121 ,7−112 ,7112 , 7−36 , 6

×100 %=976 , 1

×100 %

−ϖ 2=11 , 8%

A partir de los contenidos de humedad obtenidos, se puede decir que el contenido de humedad del suelo es el promedio de los dos resultados obtenidos el cual daría 11.65%.

Capsula 4 Peso (gr)

Aire 0(Wai)

81,6(Wm)Agua 8,4(Ww)

Sólidos 73,2(Ws)

Capsula 25 Peso (gr)

Aire 0(Wai)

Agua 9,0(Ww) 85,1(Wm)

Sólidos 76,1(Ws)

Precauciones:

o Los recipientes deben ser herméticos a fin de evitar perdida de humedad de las muestras.

o Las cápsulas deben estar marcadas para saber que muestra hemos y evitar las confusiones y mezclas.

o Utilizar balanza bien calibrada.o El recipiente tiene que ser termo resistente.

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

o Para realizar el muestreo en campo, tener cuidado de no extraer muestras en áreas cercanas a taperas viejas o corrales, carreteras, zonas mojadas, sectores de carga y descarga de fertilizantes y/o construcciones.

Otros métodos para determinar el contenido de humedad

METODO 1: DENSIMETRO NUCLEAR

Gracias a la tecnología existe ahora un aparato portátil costoso llamado densímetro nuclear el cual calcula humedad y densidad de suelos. Para calcular el contenido de humedad en porcentaje utilizando este instrumento, solo se debe perforar el suelo que se requiere medir y sobre ello colocar el densímetro para luego bajar el vástago. A pesar de lo fácil que calcula el contenido de humedad, se tiene que controlar con mucho cuidado y precaución ya que es un utensilio de medición altamente radioactivo. Una de las ventajas al utilizar este método es que no es necesario extraer la muestra del suelo, sino que simplemente se va midiendo el contenido de humedad directamente.

METODO 2: SPEEDY

Con este método también se utiliza un instrumento portátil para calcular el contenido de humedad, llamado Speedy. Se introduce una muestra del suelo con carburo cálcico que sirve como reactivo para aumentar la presión proporcionalmente al contenido de humedad. El contenido de humedad simplemente aparecerá en el medidor, por ello se dice que es un método practico y rápido.

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METODO 3: GRAVIMÉTRICO

Es el más básico de los métodos usados. Para este solo se requiere conocer la masa de suelo húmedo y seco, luego determinar la densidad del mismo para finalmente calcular la humedad del material en términos volumétricos. La desventaja de este es el hecho de que se presenta una alteración en la muestra tratada. Este es el método que fue utilizado en el laboratorio.

METODO 4: TDR

A diferencia de los otros métodos, este no es destructivo. Se basa en la medición del tiempo de tránsito de una onda electromagnética a través del suelo, la cual es generada por un voltaje guiado por medio de líneas conductoras.

La desventaja de este método es que se puede dar un deterioro del material en relación con

las condiciones de intemperie.

Ensayo para determinar el peso volumétrico del suelo ( NTP 339.139)

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Materiales:o Balanza .- Con sensibilidad de 0.1 gr

o Canastilla de acero galvanizado

o Parafina solida

o Recipiente metálico

o Estufa o cocinilla

o Espátula

Definiciones:El peso volumétrico es la relación entre el peso total de un suelo y el volumen de este. También, se le conoce como densidad, peso unitario o peso específico de masa.

Procedimiento:1. Escoger un par de muestras de suelo que ya se encontraban talladas con un

buen cuidado para que la muestra no sufra alteraciones.

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

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

3. Pesar la muestra en la balanza y anotar el resultado.

4. Después de haber cubierto la muestra con la parafina liquida en un tiempo corto, ya que las muestra adquiere un color blanco y altera más las muestra, hasta que se encuentre bien cubierta sin dejar espacios.

5. Pesar la muestra cubierta de parafinada en la balanza.

6. Pesar la muestra parafinada sumergida.

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Resultados:

Tabla 2Datos Principales

1Peso de la muestra húmeda al aire (gr) 102.7Peso de la muestra húmeda + parafina al aire (gr) 104.9Peso de la muestra húmeda + parafina sumergida (gr) 50.9Peso de la parafina (gr) 2.2Densidad de la parafina (gr/cm3) 0.87Volumen de la parafina utilizada (cm3) 2.52Volumen de suelo + parafina (cm3) 54Volumen de la muestra de suelo (cm3) 51.48Peso volumétrico (gr/cm3) 1.99

Observaciones:

La muestra debe estar bien cubierta de la parafina para evitar alteraciones en los resultados y para que no ingrese agua.

Utilizar balanza bien calibrada. El balde con la malla debe estar bien colocada, y a la hora de ingresar la

muestra dentro de la malla, esta debe hacerse con mucho cuidado sin golpear fuerte el metal.

Tratar de no manipular mucho la muestra.

Ensayo para determinar la Gravedad especifica de los suelos

(ASTM D-854 / AASHTO T-100)

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Definiciones:La gravedad específica es la relación existente entre la densidad del suelo y la densidad del agua. Es una cantidad adimensional.

Materiales:o Frasco Volumétrico (Picnómetro) de 100 a 500 cm3 de capacidad

o Bomba de vacío

o Balanzas.- Con sensibilidad de 0,01 gr y 0,001 gr

o Pipeta

o Termómetro graduado con sensibilidad de 0,1 °C

Procedimiento:

1. Pesar la fiola, ya que se pondrá la muestra dentro de ella y poner en cero la balanza.

2. Luego de ingresar la muestra de suelo seco en la fiola apuntamos su peso.

3. Enseguida agregamos agua destilada con cuidado con el fin de evitar el excesivo ingreso de aire y alargar el ensayo.

4. Inmediatamente para liberar el exceso de aire dentro la fiola tenemos que girar la fiola con cuidado con el fin de liberar el aire.

5. Después de tener en la fiola con la muestra y el agua, volvemos a pesar todo.

6. Al final medidos las temperatura del agua con el termómetro para buscar en la tabla su densidad.

Resultados:

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Tabla 3 PesoPeso de la fiola (gr) 163.3

Peso del suelo seco (gr) 126.1

Peso de la fiola + peso del suelo seco (gr) 289.4

Peso de la fiola + peso de la muestra + peso del agua(gr) 739

Peso de la fiola + peso del agua (gr) 661.8Peso específico relativo de los sólidos (Gs) 2.57Densidad del agua (gr/cm3) 0.99629

La temperatura del agua en el momento del ensayo fue de 27,8 °C

Cálculos:

12 WWW

KWG

d

dS

Dónde:

Wd = Peso del suelo secoW1 = Peso de la fiola + peso de la muestra + peso del aguaW2 = Peso de la fiola + peso del aguaK = factor de corrección basado en la temperatura del agua

714,2

4,7388,6607,122

99764,07,122

S

S

G

G

Observaciones:

Usar balanzas y termómetros con precisión y escalas de acuerdo a la norma.

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Equipos en buen estado para que no alteren los resultados. Los ensayos deben hacerse con mucho cuidado para no demorar o alteran

mucho el ensayo con aire u otras alteraciones . En suelos con alto contenido de materia orgánica no se deberá secar la

muestra previamente por la dificultad de rehumedecerlo y para determinar el peso de la muestra seca hacerlo al final.

Utilizar agua destilada.

Diagrama de Fases

o Contenido de humedad

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En el ensayo primero pesamos las cápsulas sin la muestra. Después colocamos la muestra húmeda en la cápsulas y volvemos para pesar

la cápsula con la muestra húmeda dentro. Finalmente se ponen en el horno a una temperatura de 110º±5º C, es

importante que el horno tenga la misma temperatura en todas sus cavidades para obtener una muestra seca constante.

Se registra los pesos de las cápsulas con la muestra seca. A partir de estos resultados se puede hallar el contenido de humedad de cada uno y su promedio.

Las muestras fueron secadas durante 24 horas se obtuvo lo siguiente: 80.4 gramos de la cápsula (1) 78.3 gramos que es el peso de la cápsula (39) + el suelo seco

Para hallar los pesos del agua, se procede a restar el peso del recipiente + suelo húmedo “menos” el peso del recipiente + suelo seco.

CÁPSULA 4: 117.7 – 109.3 = 8.4 g.

CÁPSULA 25: 121.7– 112.7 = 9 g.

Para obtener el peso del suelo seco se realiza una simple resta del peso del recipiente más suelo seco menos el peso del recipiente

CÁPSULA 4: 109.3 – 36,1 = 43.3 g.

CÁPSULA 25: 112.7 – 36,6 = 43.1 g.

El contenido de humedad es el peso del agua entre el peso del suelo seco

CÁPSULA 4: 8.473.2

×100=11.48%

CÁPSULA 25: 9

76.1×100=11.83%

El contenido de humedad de la muestra seria el promedio de los contenidos de humedad de ambas cápsulas:

11.48%+11.83%2

=11.65%

Tabla 1

Muestra 1 2Capsula N° 4 25P. Capsula (gr) 36.1 36.6

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P. Capsula + Suelo Húmedo (gr) 117.7 121.7P. Capsula + Suelo Seco (gr) 109.3 112.7P. Agua (gr) 8.4 9P. Suelo seco (gr) 73.2 76.1Contenido de Humedad (%) 11.5 11.8

o Peso volumétrico de los suelos cohesivos:

En este ensayo se utilizó la parafina, con el cual se cubrió la muestra totalmente sin dejar vacíos. Luego se procedió a pesar. Posteriormente se pasó a sumergirla en un balde con una malla de base con el fin de hallar su peso.

Con el peso de la muestra húmeda y el peso de la muestra húmeda + parafina se obtiene el peso de la parafina realizando una resta

104.9−102.7=2.2 g .

Para hallar el volumen de la parafina utilizamos la densidad de la parafina, el cual es dato.

2.2 g

0,87 g/cm3=2.52 cm3

La resta del peso de la muestra húmeda + parafina “menos” el peso de la muestra humedad más parafina sumergido nos da como resultado el volumen total (volumen de la parafina más volumen del suelo húmedo)

104.9−50.9=54 cm3

Con estos datos podemos hallar el volumen del suelo húmedo

54−2.52=51.48 cm3

Finalmente hallamos el peso volumétrico, que es la división entre el peso del suelo húmedo y su volumen

102.751.48

=1.99 g /cm3

Tabla 2Datos Principales

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

1Peso de la muestra húmeda al aire (gr) 102.7Peso de la muestra húmeda + parafina al aire (gr) 104.9Peso de la muestra húmeda + parafina sumergida (gr) 50.9Peso de la parafina (gr) 2.2Densidad de la parafina (gr/cm3) 0.87Volumen de la parafina utilizada (cm3) 2.52Volumen de suelo + parafina (cm3) 54Volumen de la muestra de suelo (cm3) 51.48Peso volumétrico (gr/cm3) 1.99

o Gravedad específica:

En este ensayo se utilizó la fiola, suelo seco y agua destilada.

Tabla 3 PesoPeso de la fiola (gr) 163.3

Peso del suelo seco (gr) 126.1

Peso de la fiola + peso del suelo seco (gr) 289.4

Peso de la fiola + peso de la muestra + peso del agua(gr) 739

Peso de la fiola + peso del agua (gr) 661.8Peso específico relativo de los sólidos (Gs) 2.57Densidad del agua (gr/cm3) 0.99629

Con los datos anteriormente obtenidos se halla la gravedad específica

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12 WWW

KWG

d

dS

Dónde:- Wd = Peso del suelo seco- W1 = Peso de la fiola + peso de la muestra + peso del agua- W2 = Peso de la fiola + peso del agua- K = factor de corrección basado en la temperatura del agua

Entonces:

Gs= 126.1 ×0.99629126.1+661.8−739

Gs=2.57

DIAGRAMA DE FASES

Datos para el diagrama de fases:

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Primero utilizamos el dato del peso específico relativo de solidos (Gs)

Gs=2.57=γ s

γ 0

γ s=2.56 gr /cm3

Posteriormente al peso específico del agua lo consideramos 0.99629 por la temperatura obtenida de 27.8 C° , el cual lo obtenemos de las hojas

γ s=ws

v s

2.56=ws

1

2.56 gr=ws

Dato: Al volumen de los sólidos lo consideramos como 1 cm3

.

Con los datos de contenido de humedad anteriormente obtenidos y con el peso de solidos obtendremos el peso del agua.

ω=ww

w s

0.1165=ww

2.56

ww=0.298 gr

Utilizando el último ensayo que fue la obtención del peso específico de la muestra.

γ m=wm

vm

1.99=2.858vm

vm=1.436

Luego procederemos a llenar el cuadro de diagrama de fases en el cual podemos hallar todas las relaciones fundamentales de la Mecánica de Suelos.

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

Diagrama de fases

Volumen (cc) Peso (gr)

1.4360.436

0.138 Aire 0

2.858 0.298 Agua 0.298

1 Sólidos 2.56

Mediante los datos obtenidos se calcula:

a. Relación de vacíos:

e=V V

V S

e=0.436

1 e=0.436

b. Porosidad:

n=V V

V T

n=0.4361.436

x100 % n=30.36 %

c. Grado de saturación:

Sγ=V W

V V

x 100 Sγ=0.2980.436

x100 % Sγ=68.35%

d. Contenido de humedad:

w=W W

W S

x 100 w=0.2982.56

x 100 % w=11.64 %

e. Peso específico de los sólidos:

γ s=W S

V S

γ s=0.298

1 γ s=0.298

g

cm3

f. Gravedad específica:

Gs=γ s

γw

, si γ w=0.99629gr

cm3 Gs=2.57

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g. Peso específico del suelo seco:

γ d=W S

V T

γ d=2.56

1.436 γ d=1.78

g

cm3

h. Peso específico del suelo saturado:

γ sat=W S+V V × γW

V T

γ sat=2.56+(0.436∗0.99629)

1.436 γ sat=2.085

g

cm3

Mecánica de suelos -Informe de laboratorio I

BIBLIOGRAFIA

Densímetros nucleares Troxler (http://www.troxlerlabs.com/downloads/pdfs/3430-40/3430-40_brochure_span.pdf) Consulta: 19 de abr. de 14

Higrómetro Speedy (http://www.neurtek.com/catproductos/fichas/c_ProSpeedy.pdf) Consulta: 19 de abr. de 14

Materiales y métodos (http://www.bdigital.unal.edu.co/5442/1/75082181.2011_1.pdf) Consulta: 19 de abr. de 14