determinación de el peso específico de el suelo(
m)
y el contenido de agua (
OBJETIVO: El alumno conocerá y desarrollará el procedimiento existente para evaluar el peso específico de la muestra ( m) y el contenido de agua ( .
OBJETIVO ESPECÍFICO: El alumno labrará un espécimen de suelo y determinará su peso específico mediante el procedimiento por dimensiones, por inmersión en mercurio y por inmersión en agua, además, complementará esta información obteniendo y reportando el contenido de agua de la misma.
GENERALIDADES: Un suelo está constituido por tres fases: la sólida, la líquida y la gaseosa. Lo anterior se traduce a que la parte sólida de un suelo lo conforman partículas minerales y el agua adsorbida, la parte líquida la conforma el agua y finalmente la parte gaseosa que esta constituida por aire o algún otro gas. Las fases anteriormente descritas pueden representarse esquemáticamente en papel mediante un diagrama que en Mecánica de Suelos es denominado diagrama trifásico (ver figura 2.1). Cuando un suelo está constituido por las tres fases mencionadas en los párrafos anteriores, se dice que es un suelo parcialmente saturado, si es que sus oquedades están ocupadas por aire y agua. Cuando las oquedades de un suelo están completamente ocupadas por el agua entonces se dice que se trata con un suelo saturado (Juárez Badillo y Rico Rodríguez, 1998). Con todo lo anterior se puede observar que el determinar el peso de cada uno de los elementos constituyentes de un suelo, así como los volúmenes de los mismos en un laboratorio es relativamente fácil, además de que esta información permitirá obtener relaciones importantes cuyo cálculo es necesario, como la humedad y el peso específico de la muestra, que conjuntamente con el peso específico relativo de los sólidos (Ss) permiten calcular otras relaciones de importancia que nos ayudarán a caracterizar el suelo de forma preliminar y que proporcionará una guía para dirigir el estudio e identificar las dificultades más probables con las que se pueda enfrentar. Estas relaciones están consideradas dentro del grupo de propiedades índice, mediante las cuales se puede inferir de manera preliminar el comportamiento del suelo.
EQUIPO: -
Báscula con precisión de 0.01 g. Cuchillos de labrado. Vernier. Tres recipientes de vidrio o flaneras.
-
Horno de secado. Mercurio. Parafina. Placa de vidrio. Dos charolas redondas. Varios: espátula, franela.
PROCEDIMIENTO: Etapas significativas: 1. Labrado de especímenes. 2. Determinación del peso específico de la masa de suelo ( m) por tres métodos. 3. Determinación del contenido de agua ( .
Método 1. Por dimensiones. Después de obtener una muestra inalterada en campo y de ser adecuadamente transportada al laboratorio, se procede a labrar cuidadosamente con los cuchillos de labrado la muestra de suelo en cubos de 3.5 cm de lado aproximadamente, siendo importante que las caras opuestas del cubo se conserven lo más paralelas entre sí (ver figura 2.2). El que los cubos tengan 3.5 cm de lado no se debe considerar como norma o medida estándar de la prueba. Posteriormente se procede a medir cada uno de los lados del cubo con el vernier, obteniéndose las longitudes L 1, L2 y L3 (ver figura 2.3). Una vez que se conocen las dimensiones anteriores se pesa en la báscula para conocer el peso de la masa de la muestra.
figura 3 Nota 1: De acuerdo a la cantidad de muestra que se vaya a utilizar para cada uno de los métodos se debe seleccionar la precisión de la báscula, para esto, recurrir al anexo 1 que se encuentra al final de este manual. El siguiente paso es obtener un testigo de humedad usando el mismo cubo que se labró. Se introduce en un horno a una temperatura de 110° C +/- 5° C durante un periodo de 12 a 16 horas con la finalidad de determinar la humedad contenida en la muestra (ASTM D 2216-92, 1992). Finalmente estos datos deben registrarse adecuadamente en el formato 2.1 y auxiliándose de él se calcula el peso específico de la muestra y su humedad.
El peso específico puede calcularse con la siguiente expresión:
(2.1) Donde:
m = Peso específico de la muestra de suelo.
Wm = Peso total de la muestra. Vm = Volumen total de la muestra.
Método 2. Por inmersión en mercurio. Después de obtener una muestra inalterada en campo y de ser adecuadamente transportada al laboratorio, se procede a labrar cuidadosamente con los cuchillos de labrado un espécimen que pueda ser introducido en el recipiente de voluminación o flanera (ver figura 2.4). Es importante que al menos una de sus caras sea plana. Posteriormente se pesa la muestra labrada en una báscula para conocer el peso de la masa de la muestra. Paralelamente a la actividad anterior se selecciona un recipiente de vidrio previamente pesado e identificado, y con las dimensiones suficientes como para poder introducir de manera holgada la muestra labrada. Este recipiente se llena de mercurio y se enrasa con una placa de vidrio (ver figura 2.5).
Una vez realizado lo anterior, se coloca el recipiente que contiene el mercurio sobre una charola previamente pesada e identificada, después se sumerge dentro del recipiente con mercurio el espécimen labrado presionándolo con la placa de vidrio con el propósito de que se desaloje el mercurio del recipiente y se deposite sobre la charola (ver figura 2.6). La charola que contiene el mercurio desalojado debe ser pesada para poder determinar el peso del mercurio desalojado, el cual será la diferencia del peso de la charola conteniendo el mercurio y el peso de la charola sin contenido alguno (ver figura 2.7).
Se retira el espécimen de suelo del recipiente de vidrio y se obtiene un testigo de humedad de dicho espécimen introduciéndolo al horno y asegurándose que este completamente libre de mercurio. La muestra deberá estar dentro del horno a una temperatura de 110° C +/- 5° C durante un periodo de 12 a 16 horas (ASTM D221692, 1992). Finalmente estos datos deben registrarse adecuadamente en el formato 2.1 y auxiliándose de él se calcula el peso específico de la muestra y su humedad.
El peso específico para puede calcularse con la siguiente expresión:
(2.1) Donde:
m = Peso específico de la muestra de suelo.
Wm = Peso total de la muestra. Vm = Volumen total de la muestra.
Método 3. Por inmersión en agua. Después de obtener una muestra inalterada en campo y de ser adecuadamente transportada al laboratorio, se procede a labrar un terrón de suelo, careciendo de importancia las dimensiones y forma del mismo (ver figura 2.8). Posteriormente se pesa la muestra para conocer el peso de su masa. Paralelamente a las actividades anteriores, se procede a calentar parafina a una temperatura de 60° C (ver figura 2.9). Una vez que la parafina se encuentra lo suficientemente caliente y el terrón se encuentra listo, se amarra un hilo al terrón de suelo (ver figura 2.10) y se sumerge en la parafina procurando que esta lo cubra perfectamente (ver figura 2.11), se retira el terrón de la parafina y se pesa al aire, es decir, se suspende del hilo en un gancho especial con el que cuenta la báscula y se determina su peso (ver figura 2.12).
Figura 2.11 Sumergir terrón de suelo en parafina.
Figura 2.12 Pesar terrón cubierto de arafina al aire.
Se procede después a pesar el cubo cubierto de parafina pero sumergido en agua (ver figura 2.13).
Tomar un testigo de humedad del producto del labrado del terrón introduciéndolo en un horno a temperatura de 110° C +/- 5° C durante un periodo de 12 a 16 horas con la finalidad de determinar la humedad contenida en la muestra.
Resultados: Todos los datos anteriores deben registrarse adecuadamente en el formato 2.1 anexo y auxiliándose de él se calcula el peso específico de la muestra y su humedad. El peso específico para los tres métodos puede calcularse con la siguiente expresión:
(2.1) Donde:
m = Peso específico de la muestra de suelo.
Wm = Peso total de la muestra. Vm = Volumen total de la muestra. Una vez que se obtuvieron los resultados mediante los tres métodos, deberá seleccionarse un contenido de agua y un peso específico de la muestra que sea representativo del suelo explicando claramente porqué se seleccionó cada uno de ellos.
REFERENCIAS: ASTM D 2216-92 Standard Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock. Estados Unidos, 1992 ASTM D 4531-86 (Reapproved 1992) Standard Test Methods for Bulk Density of Peat and Peat Products. Estados Unidos, 1992 Badillo, Juárez y Rodríguez, Rico Mecánica de Suelos. Tomo 1. Fundamentos de Mecánica de Suelos. Editorial Limusa.
México, D.F. 1998 Bowles, Joseph E. Foundation Analysis and Design. Editorial McGraw Hill. Estados Unidos de América, 1998. Bowles, Joseph E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Editorial McGraw Hill Latinoamericana, S.A. Estados Unidos de América, 1978. SAHOP Instructivo para efectuar pruebas en suelos. Volumen 1. México, 1974. Trejo Moedano, Angel Estratigrafía y propiedades mecánicas del subsuelo del valle de la zona urbana de Querétaro. Universidad Autónoma de Querétaro. México, 1989.
determinación de el peso específico de la muestra (
m)
y el contenido de agua (
