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LABORATORIO # 2 RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

1. OBJETIVOS 1.1 1.1 OBJE OBJETI TIVO VO GENER ENERA AL. 

Determinar las propiedades físicas de los suelos Mediante la medida de volúmenes y pesos para determinar determinar relaciones gravimétricas gravimétricas y volumétricas volumétricas del suelo a ensayar.

2. MATERIALES         

Calibrador Balanza de precisión al gramo Balanza electrónica Horno Estufa Parafina Balde con agua Lastre Muestra de suelo

3. PROCEDIMIENT ENTO La muestra muestra a trabajar trabajar debe estar estar moldead moldeada a en forma cilínd cilíndrica rica extraí extraída da directamente del subsuelo, evitando que este expuesta al medio ambiente por largo tiempo. Se debe manejar manejar espesores de las muestras muestras mayores a un diámetro. Describir de manera manera visual visual la muestra muestra a trabajar trabajar (Ver INV. 102 – 13), color, color, olor, olor, textura, etc.

3.1 DETERM DETERMINA INACIÓ CIÓN N DEL DEL PESO PESO D DE E LA LA MUESTRA MUESTRA Pesar la muestra en la balanza de 0,1 gr de precisión y registrar el peso de la muestra húmeda (Wmh), este valor va ser muy parecido a Wm

Fredy Fagua Monitor de Geotecnia

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Ingeniería En Transportes y Vías

RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 3.2 DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE LA MUESTRA 3.2.1 Método Geométrico Tomar con el calibrador las dimensiones de la muestra (Tres diámetros superiores, tres diámetros medios, tres diámetros inferiores, y tres medidas de altura)

3.2.2 Método Por principio de Arquímedes •

• • •

Calentar la parafina en un recipiente sobre la estufa y luego de estar disuelta, sumergir la muestra de tal forma que esta quede cubierta con una película de parafina Pesar la muestra recubierta con parafina (Wm+p) Pesar el lastre sumergido en el balde con agua (Wl) Pesar la muestra con parafina y el lastre sumergidos en el balde con agua (peso de la muestra húmeda + parafina + lastre sumergido (Wm+p+L)

3.3 HUMEDAD NATURAL DEL SUELO 3.3.1 Consideraciones Para tomar la humedad de un suelo hay que tener algunas consideraciones las cuales, están en función del tamaño de la muestra y el método de ensayo a realizar, Por esto la muestra mínima para realizar un ensayo se presentan en el siguiente cuadro.

Cuadro 1. Obtención de muestras inalteradas

Fuente: Normas de ensayo Instituto Nacional de Vías, I.N.V.E-122; 2013 En el caso de usar menor muestra a la indicada en la tabla, esto se debe tener en cuenta debido a que pueden afectar la humedad


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO Adicionalmente cuando se encuentren gravas o terrones en la muestra estos se deben quitar, ya que no son representativos para el ensayo, además puede generar una masa seca mayor a la real, afectando el resultado de la humedad.

3.3.2 Procedimiento •

•

•

•

•

Se determina la masa de un recipiente limpio, en el caso de tener tapa se registra su peso completo este es igual a Wc Luego se escoge una muestra representativa del material, esto depende del tipo de muestra que se tenga, este ítem se encuentra especificado en la sección 8 de la norma de ensayo I.N.V.E-122-13. Se coloca la muestra húmeda dentro del recipiente y se toma su masa, el cual es igual a Wc + mh Seguidamente se inserta la muestra húmeda con el recipiente al horno a una temperatura de 110° ± 5° C, durante 12 a 16 horas, hasta el material ensayado provea masa constante, esto se determina en función del tipo de material , y la experiencia del personal que este ejecutando el laboratorio, por lo general las muestras se dejan de un día para otro Luego de encontrar la masa constante del material, se retira del horno y se toma la masa del recipiente más la muestra seca, esto es igual a Wc+ms. Cabe agregar que una vez son sacadas las muestras del horno, estas se deben dejar secar a temperatura ambiente, o con la ayuda de un desecador, hasta que puedan ser manipuladas con ambas manos.


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 4. CÁLCULOS 4.1 DIAGRAMA DE FASES Algunos de los valores que son necesarios para determinar las propiedades físicas de los suelos son los siguientes: • • •

Peso específico del agua γ 1 / 0.92 / Peso específico de la parafina γ Gravedad especifica dl material Gs = 2.7 (Asumido)

Determinar el diagrama de fases para la muestra de suelo (pueden guiarse del ejemplo 2.6 del libro “Geotecnia básica del Ingeniero Oscar Ramírez)

Ilustración 1. Diagrama de fases para un suelo con parafina

Fuente: Geotecnia Básica, Ramírez Oscar, 2009


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 4.2 VOLUMEN DE LA MUESTRA 4.2.1 Método Geométrico. En esta sección se tiene en cuenta el volumen geométrico del ensayo, teniendo en cuenta las medidas que se tomaron con anterioridad ∗

∗ 4

2 4

Dónde:

H= Promedio de las alturas registradas = Promedio de los diámetros registrados 4.2.2 Método por principio de Arquímedes Volumen de la muestra más parafina: basado en el principio de Arquímedes

γ

Dónde: Volumen de la muestra mas parafina Masa de la muestra recubierta con parafina Masa el lastre sumergido en el balde con agua (Wl) Masa de la muestra con parafina y el lastre sumergidos en el balde con agua (peso de la muestra húmeda + parafina + lastre sumergido


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 4.3 DETERMINACION DE LA HUMEDAD NATURAL Ya que la humedad del suelo se define como el contenido de agua que tiene una muestra de suelo o roca esta es igual a

∗ 100

Dónde: Humedad natural del suelo en %

= Peso del agua que contiene la muestra = Peso de los solidos de la muestra Teniendo en cuenta la nomenclatura usada, El calculo de la humedad natural se realiza por la siguiente ecuación

∗ 100

Dónde:

= Peso de la capsula mas muestra humeda Peso de la capsula mas puestra seca Peso de la capsula

4.4 PESO DE LOS SOLIDOS (Ws) Para calcular el peso de los solidos de la muestra,se tiene en cuenta que influye la fase liquida y el peso total de la muestra, dejando el peso total de la muestra en función de la humedad, se tiene la siguiente ecuación.

∗ 1

1

Dónde: Peso total de la muestra


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 4.5 PESO DEL AGUA (Ww) Cabe

aclarar

que

el

peso

del

agua

se

calcula

por:

∗

4.6 PESO DE LA PARAFINA (Wp) Ya que la parafina es un elemento exterior se debe calcular su peso el cual esta definido por :

Dónde:

4.7 VOLUMEN DE LA PARAFINA (Vp) El volumen de la parafina se calcula teniendo en cuenta el peso unitario de la misma, este valor se menciona en la parte inicial de los calculos.

Dónde:

= Volumen de la parafina 4.8 VOLUMEN DE LOS SOLIDOS Para calcular el volumen de los solidos se utiliza la ecuación especifica de un suelo y se realiza el respectivo despeje.

de gravedad

∗

Dónde:

= Volumen de los sólidos = Gravedad especifica del suelo ensayado


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO 4.9 VOLUMEN DEL AGUA Teniendo la masa del agua y el peso unitario, es posible calcular esta propiedad.

Dónde:

= Volumen del agua 4.10 VOLUMEN DE AIRE El Volumen del aire se calcula como la diferencia de la muestra con parafina menos los volumens de agua, solidos y parafina

Dónde: Volumen de aire en la muestra.

4.11 VOLUMEN TOTAL DE LA MUESTRA Es la suma de los volúmenes de los sólidos, el volumen de agua y el volumen de aire.

Dónde: Volumen total de la muestra

4.12 PESO UNITARIO DE LA MUESTRA γT Se define como la relación entre el peso total de la muestra y su volumen total.

Dónde: Peso unitario total de la muestra


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RELACIONES DE FASE Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO Cabe aclarar que se debe determinar las siguientes propiedades fisicas de los suelos 1.

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2.

∗ 100

6.

3.

∗ 100

7.

=

∗

4.

Clasificar la muestra de suelo de acuerdo a las caracteristicas observadas y sus propiedades fisicas

CUESTIONARIO 1. Compare los resultados de volumen de la muestra (Vm) y describa cual es el mas adecuado para calcular las propiedades fisicas de los materiales como suelos. 2. El metodo anteriormente realizado para hallar el diagrama de fases y especificamente para hallar el peso especifico y el volumen de la muestra, se llama inmersion en parafina, ¿Qué otros metodos en Geotecnia existen para hallar estos parametros? Dar una breve explicacion de cada uno de ellos.

BIBLIOGRAFÍA

Instituto nacional de vias, Ministerio de transporte. (2013). Normas de Ensayo de materiales. Normas y especificaciones INVIAS . Bogota, Colombia. Alvarez, M. (2013). Relaciones de fase y propiedades fisica del suelo. Tunja:Universidad Pedagógica y Tecnólogica de Colombia. Ramirez, O. (2009). Geotecnia Basica. Tunja: Uptc. Santos Amado, H. A. (2016). Relaciones de fase y propiedades fisicas del suelo. Tunja: Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia.


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