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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
Ingeniería Civil MECÁNICA DE SUELOS 1
PESO UNITARIO DE LOS SUELOS
PERIODO LECTIVO 2012
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INTRODUCCIÓN Contenido de Humedad de los Suelos El contenido de humedad de un suelo es la relación del cociente del peso de las partículas sólidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en términos de porcentaje. En Japón se han registrado contenidos de humedad de más de mil por ciento, esto indica grandes problemas de suelo debido a que el peso del agua supera quince veces el peso del material sólido. En los agregados existen poros, los cuales encuentran en la intemperie y pueden estar llenos de agua, estos poseen un grado de humedad, el cual es de gran importancia ya que con él podríamos saber si nos aporta agua a la mezcla. Peso Unitario El peso unitario es definido como la masa de una masa por unidad de volumen. El peso unitario del suelo varía de acuerdo al contenido de agua que tenga el suelo, que son: húmedo (no saturado), saturado y seco.
El peso unitario húmedo, es definido como el peso de la masa de suelo en estado no saturado por unidad de volumen, donde los vacíos del suelo contienen tanto agua como aire, que será:
El peso unitario seco, se define como el peso de suelo sin contenido de agua por unidad de volumen, que se escribe:
El peso unitario saturado, se define como el peso de suelo en estado saturado por unidad de volumen, donde los espacios vacíos están llenos de agua, que será:
El Peso unitario del agua, es peso del agua por unidad de volumen que será:
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Se conoce como a la diferencia del peso unitario húmedo del suelo y el peso unitario del agua, que será:
OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES: -
Determinar el peso unitario del suelo en relación a su contenido de humedad.
-
Determinar el peso unitario saturado y seco, implícitamente mediante relaciones de peso-volumen que involucren el peso unitario húmedo y otros valores conocidos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -
Determinar variaciones entre el peso del suelo y su contenido de humedad.
-
Determinar con los datos obtenidos en laboratorio, las relaciones fundamentales del suelo, que son las que nos darían una idea clara del suelo que vamos a utilizar en una obra civil.
EQUIPO Y MATERIAL: 1. Horno de secado, temperatura constante 110 °C. 2. Balanza de precisión, aproximación 0. 01 g. 3. Balanza de precisión, aproximación 0. 1 g. 4. Reverbero 5. Parafina 6. Recipiente de acero inoxidable. 7. Recipientes metálicos. 8. Balde de plástico.
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9. Calibrador, aproximación 0.05 mm. 10. Canastilla de malla de acero. 11. Cuchillas metálicas 12. Espátula y brocha. 13. Franela. MATERIAL 1. 3 tipos de suelos con 2 contenidos de humedad diferente para cada tipo de suelo. 2. Porción de parafina en estado líquido. 3. Agua
PROCEDIMIENTO: Determinar las apreciaciones de los equipos de medición, pesar los recipientes y anotar el peso con su respectiva identificación. Peso unitario del suelo de forma regular 1. Determinar y registrar el peso de las muestras de suelo de forma regular (W), en el sitio adecuado del formulario LMS-2009-03. 2. Realizar varias mediciones con el calibrador del diámetro y la altura de las muestras; y, Registrar los valores promedios correspondientes que permitan determinar sus volúmenes (V).
Peso unitario del suelo de forma irregular
1. Si la muestra se encuentra recubierta con parafina, desechar la capa de este material. 2. Colocar parafina en un plato metálico y poner a derretir en el reverbero; una vez derretida dejar enfriar ligeramente. 3. Determinar el peso de las muestras de suelo (W); y registrar en el sitio adecuado del formulario LMS-2009-04. 4. Inmediatamente sumergir la muestra de suelo en la parafina derretida, o con una brocha recubrir de parafina en varias capas, de tal manera que no haya aberturas o huecos que permitan el ingreso de agua a la muestra.
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5. Dejar que la parafina se enfríe totalmente. 6. Determinar y registrar el peso de las muestras de suelo más parafina en el aire, y por diferencia determinar y registrar el peso de la parafina. 7. Colocar la muestra de suelo más parafina en la canastilla; el conjunto sumergir en el agua de tal forma que está cubra totalmente a la muestra más parafina. 8. Determinar y registrar el peso del conjunto en el agua, por diferencia determinar y registrar el peso de la muestra de suelo más parafina en el agua. 9. Este paso debe hacerse lo más rápidamente posible con la parafina bien fría y seca a fin de evitar que el agua fría rompa la capa de parafina y la muestra absorba agua ; de suceder esto deberá repetirse todo el procedimiento.
Peso unitario de la arena. 1. De cada muestra de arena, tomar dos porciones en cantidades suficientes para determinar el contenido de agua y registrar en el formulario LMS-2009-02. 2. Determinar y registrar el peso del recipiente de acero inoxidable. 3. Colocar cuidadosamente la arena en el recipiente hasta exceder en su volumen y enrasar con una regla, haciendo coincidir la superficie de la arena con los bordes del recipiente. 4. Determinar el peso del conjunto, y registrar en el sitio adecuado del formulario LMS2009-03. Por diferencia determinar y registrar el peso del suelo (W). 5. Repetir el mismo procedimiento, pero densificando la arena: esto se logra al golpear suavemente el recipiente contra la mesa de trabajo, tantas veces sea necesario para conseguir la mayor cantidad de masa en el recipiente volumen conocido. 6. Para el calculo del volumen del recipiente este se lleno con agua y se cubrió con un vidrio de peso conocido sin dejar espacios de aire para luego pesar el conjunto y determinar el volumen que contiene el recipiente ya que la diferencia de peso es igual al volumen.
CODIFICACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS:
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CÁLCULOS TÍPICOS: SUELOS CON FORMA REGULAR
1. PROYECTO: Relleno Sanitario
OBRA: Alcantarillado
a) Cálculo del volumen Datos: Ø = 10,16 cm. h = 11,61 cm.
V
2
h
10,162
4 V 941,26cm 3
4
11,61
b) Cálculo del contenido de agua Fórmula a utilizar:
%w
W2 W3 100 W3 W1
Donde: % w = porcentaje de contenido de humedad W1 = peso del recipiente W2 = peso del recipiente más el suelo húmedo W3 = peso del recipiente más el suelo seco Datos: RECIPIENTE Nº 215
RECIPIENTE Nº 192
W1 = 7,82 g
W 1 = 8,93 g
W2 = 46,33 g
W 2 = 54,06 g
W3 = 40,97 g
W 3 = 47,92 g
Cálculo del porcentaje de contenido de agua parcial %w
46 ,33 40 ,97 100 40 ,97 7,82 w = 16,17%
%w
54 ,06 47 ,92 100 47 ,92 8,93
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w = 15,75 %
Cálculo del porcentaje de contenido de agua promedio
w prom
16,17 15,75 2
w prom = 15,96 % c) Peso unitario del suelo húmedo Datos: W = peso del suelo = 1544 g. V = volumen del suelo = 941,26 cm3
W 1544 V 941,26
1,64 g / cm 3 d) Peso unitario del suelo seco Datos: γ = peso unitario del suelo húmedo = 1,64 g/cm3
w = contenido de humedad = 18,90 %
d d
1,64 15 ,96 1 100
w 100 1,41 g / cm 3 1
RELACIONES FUNDAMENTALES: Datos: W = peso del suelo = 1544 g. V = volumen del suelo = 941,26 cm3
w = contenido de humedad = 15,96 %
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γs = peso unitario de las partículas sólidas = 2,6 g/cm3 γ = peso unitario del suelo húmedo = 1,64 g/cm3 γd = peso unitario del suelo seco = 1,41 g/cm3
e) Peso de los sólidos (Ws) Datos:
WS
W 1
w 100
1544 15,96 1 100
Ws = 1331,49 g. f) Relación de vacíos
e
S Vtotal WS
1
2,6941,26 1 1331,49
e 0,84 e) Porosidad
e 0,84 100 100 1 e 1 0,84 n(%) 45 ,6% n(%)
g) Grado de saturación
15,96 2,6 w S 100 s (%) 100 100 e 0,84 41,5 s (%) 0,84 s (%) 49,4%
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SUELOS CON FORMA IRREGULAR
1. PROYECTO: Relleno Sanitario
OBRA: Alcantarillado
a) Cálculo del contenido de agua %w
W2 W3 100 W3 W1
Donde: % w = porcentaje de contenido de humedad W1 = peso del recipiente W2 = peso del recipiente más el suelo húmedo W3 = peso del recipiente más el suelo seco Datos: RECIPIENTE Nº 128
RECIPIENTE Nº 285
W1 = 5,56 g
W 1 = 5,51g
W2 = 37,98 g
W 2 = 43,11g
W3 = 31,47 g
W 3 = 35,45 g
Cálculo del porcentaje de contenido de agua parcial %w
37 ,98 31,47 100 31,47 5,56 w = 20,40 %
%w
43,11 35 ,45 100 35 ,45 5,51 w = 25,58 %
Cálculo del porcentaje de contenido de agua promedio
w prom
20,40 25,58 2
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w prom = 22,99 % c) Peso unitario del suelo húmedo Datos: W = peso del suelo en el aire = 675,9 g. WS+P = peso del (suelo + parafina) en el aire = 693,3 g.
WP WS P W 693 ,3 675 ,9 17 ,4 g
W 675,9 V 405,9
1,67 g / cm3 d) Peso unitario del suelo seco Datos: γ = peso unitario del suelo húmedo = 1,67 g/cm3
w = contenido de humedad = 22,9 %
d d e) Peso de los sólidos (Ws) Datos: W = peso del suelo = 675,9 g.
w = 22,99 %
WS
W 1
w 100
Ws = 549,56 g.
675,9 22,99 1 100
1,67 22 ,99 1 100
w 100 1,36 g / cm 3 1
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RELACIONES FUNDAMENTALES: Datos: W = peso del suelo = 675,9 g. V = volumen del suelo = 405,9 cm3
w = contenido de humedad = 22,99 % Ws = peso de sólidos = 549,56 g. γs = peso unitario de las partículas sólidas = 2,6 g/cm3 γ = peso unitario del suelo húmedo = 1,67 g/cm3 γd = peso unitario del suelo seco = 1,36 g/cm3 f) Relación de vacíos
e
S Vtotal WS
1
2,6405,9 1 549,56
e 0,92 e) Porosidad
e 0,92 100 100 1 e 1 0,92 n(%) 47 ,9% n(%)
g) Grado de saturación
22,99 2,6 w S 100 s (%) 100 100 e 0,92 59,8 s (%) 0,92 s (%) 65,0%
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CONCLUSIONES: REFERENTES A LOS RESULTADOS 1. El valor del peso unitario del suelo dependerá del contenido de humedad como del tipo de partículas que componen el suelo. 2. 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. 3. El grado de saturación puede ser determinado implícitamente mediante relaciones de peso-volumen que involucren el peso unitario húmedo y otros valores conocidos obtenidos en el ensayo. 4. Los suelos finos tienen más capacidad de absorción de agua. 5. La humedad o contenido de agua del suelo está relacionado con la porosidad del suelo. 6. La relación de vacios en conjunto con la porosidad es una propiedad de los suelos expansivos. 7. El valor del contenido de humedad de un suelo no depende del volumen ya sea este de forma regular o irregular. 8. La parafina se utilizo como un impermeabilizante evitando las variaciones de las propiedades de las muestras de suelos. 9. Nos pudimos dar cuenta que todos los ensayos se relacionan, así nos sirvió el porcentaje de humedad, para poder hallar el peso unitario seco de la muestra, sin tener que haber secado más suelo, y hacer un procedimiento más largo. REFERENTES A LA PRÁCTICA 1. Este ensayo permite obtener en el terreno el peso unitario húmedo total de un suelo o de un suelo-agregado con fines de investigación, control o diseño. 2. Mediante esta práctica podemos conocer el grado de saturación de los suelo para saber si se puede realizar un proyecto de obra civil 3.
Los suelos con mayor contenido de humedad nos da mayor ventaja para realizar los rellenos sanitarios, como alcantarillados y redes de agua potable.
4. Los suelos finos no son aptos para las cimentaciones de obras debido a su alta capacidad de absorción de líquidos
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5. En la elaboración de cimentaciones es indispensable estos ensayos para determinar las relaciones fundamentales de los suelos. 6. El peso unitario de las partículas solidas en los suelos de ciertos lugares se da por predeterminado para estos tipos de ensayos. RECOMENDACIONES: -
Detallar de manera específica el orden del ensayo para una mejor organización y reducción del tiempo de práctica.
-
Tener información de localización de la toma de muestras.
-
El ensayo debería realizarse bajo constante supervisión del profesor.
BIBLIOGRAFÍA: Documentos bibliográficos: -
Braja M. Das
Principio de Ingeniería de Cimentaciones Editorial: International Thomson Editores Edición: 2001 - Cuarta edición N°. Total de Páginas: 862 páginas. Páginas de Información: Pag.25 hasta Pag.30
-
Ing. Carlos Crespo Villalaz
Mecánica de Suelos y Cimentaciones Editorial: LIMUSA S.A. Edición: 1979 N°. Total de Páginas: 565 páginas. Páginas de Información: Pag.125 hasta Pag.132
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-
Mariela Graciela Fratelli
Suelos, Fundaciones y Muros Editorial: BONALDE EDITORES Edición: 1993 N°. Total de Páginas: 569 páginas. Páginas de Información: Pag.13 hasta Pag.15
Documentos electrónicos: -
http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2010/10/fases-del-suelo-relaciones-depeso.html
-
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termoestatica/lb01_densidad.php
