UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” MAYOLO”
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA INFORME N°O1 CURSO
: MECÁNICA DE SUELOS 1
DOCENTE
: ING. RAÚL CASTILLEJO MELGAREJO
INTEGRANTE :
CORDOVA POMA LENIN VICTORIANO
CODIGO: 141.0304.358 TEMA: DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD FECHA: 29/04/2015
HUARAS – ANCASH 2017 - I
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INTRODUCCIÓN
El presente informe tiene como finalidad exponer el procedimiento para determinar el contenido de humedad de la muestra de los estratos obtenidos en campo, en general todo el proceso y los datos registrados en la práctica se encuentran plasmado en la tabla y el grafico que se presentan líneas abajo, con datos aplicados con las fórmulas correspondientes aprendidas en clase. Este laboratorio nos permite conocer la calidad de suelo, conocer los diferentes estratos del suelo. En esta oportunidad los integrantes del grupo obtuvimos muestras de la URBANIZACION - SHANCAYAN, específicamente de la ciudad universitaria de la UNASAM. Cabe recalcar que la calicata se realizó en grupo.
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DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
EXTRACCIÓN DEL SUELO La extracción de nuestra muestra de suelo de laboratorio lo obtuvimos de la URBANIZACION - SHANCAYAN, específicamente de la ciudad universitaria de la UNASAM, en la parte oeste de la casa superior de estudios. Cabe recalcar que la calicata se realizó en grupo. Nuestra calicata tiene característica de forma cuadrada y presenta las siguientes dimensiones: 1.20 metros de largo, 1.20 metros de ancho y 1.20m de profundidad, todos estos detalles se mostraran en las respectivas fotos de cada parte.
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CONTENIDO DE HUMEDAD EN LA MUESTRA I. OBJETIVO
Objetivo General Determinación del contenido de humedad de una muestra de suelo.
Objetivo Especifico Conocer la importancia y que implica el contenido de humedad de la muestra obtenida. Conocer el procedimiento adecuada a seguir para determinar el contenido de humedad, el buen manejo de los materiales y equipos en el laboratorio. Interpretar y hacer conclusiones atreves de los resultados obtenidos en el laboratorio.
II.
FUNDAMENTO TEORICO:
EL SUELO: El suelo tiene definiciones diversas, en este caso podemos decir que es un medio constituido por partículas, tanto minerales como orgánicas, de muy diversos tamaños, desde las piedras fácilmente apreciables a simple vista hasta las partículas de arcilla menores de 0,002 mm. Algunas de estas partículas pueden encontrarse separadas, mientras que otras están unidas entre sí formando agrupaciones mayores, más o menos duraderas, denominadas agregados. Estos pueden tener distintas formas y tamaños (micro agregados, grumos, terrones) y están formados por la agregación de partículas relativamente gruesas (arenas y limos) unidas por materiales cementantes más finos (arcillas, carbonatos, humus). Entre estas partículas y agregados se encuentra un sistema de poros formado por huecos, también de muy diversas formas y tamaños, interconectados en todas las direcciones. Normalmente los poros más pequeños se encuentran ocupados por agua y los mayores por aire. 3 MECÁNICA DE SUELOS 1
Esta distribución en el espacio de la materia sólida y de los espacios vacíos es lo que se conoce como
estructura del
suelo, y es la que permite
que el suelo funcione como un soporte poroso que proporciona agua, aire y nutrientes a las raíces de las plantas. Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades físicoquímicas, especialmente las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del término roca al considerarse específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energía. Según TERZAGHI: “La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes
de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica”.
La palabra Suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidos de la definición las rocas sanas, ígneas o metamórficas y los depósitos sedimentarios altamente cementados, que no se ablanden o desintegren rápidamente por acción de la intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecánico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo.
Se considera el suelo como un sistema multifase formado por:
sólidos, que constituyen el esqueleto de la estructura del suelo. fase líquida (generalmente agua). fase gaseosa (generalmente aire) que ocupan los intersticios entre los sólidos.
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Pueden distinguirse tres grupos de parámetros que permiten definir el comportamiento del suelo ante la obra que en él incide: los parámetros de identificación los parámetros de estado los parámetros estrictamente geomecánicos. Entre los parámetros de identificación son los más significativos la granulometría (distribución de los tamaños de grano que constituyen el agregado) y la plasticidad (la variación de consistencia del agregado en función del contenido en agua). El tamaño de las partículas va desde los tamaños granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y el limo. Las variaciones en la consistencia del suelo en función del contenido en agua diferencian también las mencionadas clases granulométricas principales. Los parámetros de estado fundamentales son la humedad (contenido en agua del agregado), y la densidad, referida al grado de compacidad que muestren las partículas constituyentes. En función de la variación de los parámetros de identificación y de los parámetros de estado varía el comportamiento geomecánico del suelo, definiéndose un segundo orden de parámetros tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad o la permeabilidad. La composición química y/o mineralógica de la fase sólida también influye en el comportamiento del suelo, si bien dicha influencia se manifiesta esencialmente en suelos de grano muy fino (arcillas). De la composición depende la capacidad de retención del agua y la estabilidad del volumen, presentando los mayores problemas los minerales arcillosos. Éstos son filosilicatos hidrófilos capaces de retener grandes cantidades de agua por adsorción, lo que provoca su expansión, desestabilizando las obras si no se realiza una cimentación apropiada. También son problemáticos los sustratos colapsables y los suelos solubles. 5 MECÁNICA DE SUELOS 1
De manera genérica, es usual hablar de movimiento de suelos incluyendo en el concepto el trabajo con materiales, como rocas y otros, que sobrepasan la definición formal.
EL AGUA DEL SUELO: Se ha calculado que del total de agua dulce que hay en la Tierra la mayor parte (casi el 80%) se encuentra en forma de hielo, tanto en los polos como en los glaciares. De la que se encuentra en forma líquida, la inmensa mayoría (un 20 % del total) se encuentra como agua subterránea en los acuíferos profundos, lejos del alcance de las raíces de las plantas. Por lo que sólo queda un 1 % de agua dulce que se considera superficial (en lagos, ríos, atmósfera,..). De esta cantidad, la mitad se encuentra en los lagos, mientras que de un 20 a un 40 %, según diversos cálculos, se encontraría en los suelos (en los primeros metros y al alcance de las plantas). Del resto del agua superficial un 10% aproximadamente se encontraría en la atmósfera y sólo un 1 % corriendo por los r íos. Con estas estimaciones nos podemos hacer una idea de lo importante que es el agua retenida por los suelos para los ecosistemas terrestres. Antes de seguir comentando cómo se mueve el agua dentro del suelo, cómo es retenida y cómo puede ser aprovechada por las plantas, debemos ver, aunque sea de forma esquemática, cómo se encuentran organizadas las distintas partículas del suelo. El agua ejerce importantes acciones, tanto para la formación del suelo (interviene decisivamente en la meteorización física y química, y translocación de sustancias) como desde el punto de la fertilidad. Su importancia es tal que la popular sentencia "donde no hay agua, no hay vida" podemos adaptarla en nuestro caso y decir que "donde no hay agua, no hay suelos". La fase líquida circula a través del espacio poroso, queda retenida en los huecos del suelo y está en constante competencia con la fase gaseosa. Los cambios climáticos estacionales, y concretamente las precipitaciones
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atmosféricas, hacen variar los porcentajes de cada fase en cada momento.
El agua, el aire y las partículas minerales en el suelo
Las fases líquida y gaseosa conforman el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de Sólidos.
Fases del Suelo
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Un suelo está totalmente saturado, cuando todos sus vacíos están ocupados únicamente por agua; en estas circunstancias consta, como caso particular, de sólo dos fases: la sólida y la líquida. Muchos suelos bajo la napa, están saturados. Entre estas fases es preciso definir un conjunto de relaciones que se refieren a sus pesos y volúmenes, las cuales sirven para establecer la necesaria nomenclatura y para contar con conceptos mensurables, a través de cuya variación puedan seguirse los procesos ingenieriles que afectan a los suelos. En los laboratorios de Geotecnia puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno, y el peso específico de los suelos. Como consecuencia de estas tres fases el suelo presenta unas determinadas propiedades que dependen de la composición y constitución de sus componentes. La fase líquida constituye el medio ideal que facilita la reacción entre las tres fases, pero también se producen reacciones dentro de cada fase. Los minerales constituyen la base del armazón sólido que soporta al suelo (Figura 1.5.)
Figura 1.5. Representación de las fases del suelo 8 MECÁNICA DE SUELOS 1
La fase sólida representa la fase más estable del suelo y por tanto es la más representativa y la más ampliamente estudiada. Es una fase muy heterogénea, formada por constituyentes inorgánicos y orgánicos. Cuantitativamente en un suelo normal la fracción mineral representa de un 45-49% del volumen del suelo. Dentro de la fase sólida constituye, para un suelo representativo, del orden del 90-99% (el 10-1% restante corresponde a la materia orgánica). En la figura aparece un esquema de una muestra de suelo separada en sus tres fases, y en ella se acotan los pesos y volúmenes cuyo uso es de gran interés.
FORMAS DE AGUA EN EL SUELO: Agua de Combinación Química: Forma parte de compuestos químicos, ejm: limonita. Esta agua no es disponible para las plantas, y es biológicamente inactiva.
Agua Higroscópica: Agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que está en equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biológicamente. Agua Capilar: Agua contenida en los microporos del suelo. Disponible para las plantas. Biológicamente activa. Agua Gravitacional (no capilar): Agua contenida en los microporos del suelo y que drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede ser utilizada por las plantas.
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CONTENIDO DE HUMEDAD Es la relación, en %, del peso del agua del espécimen, al peso de los sólidos. El problema es ¿cuál es el peso del agua? Para tal efecto debemos señalar que existen varias formas de agua en el suelo, y unas requieren más temperatura y tiempo de secado que otras para ser eliminadas. En consecuencia, el concepto “suelo seco” también es arbitrario, como lo
es el agua que pesemos en el suelo de muestra. Suelo seco es el que se ha secado en estufa, a temperatura de 105°C – 110°C, hasta peso constante durante 24 ó 18 horas (con urgencia). El valor teórico del contenido de humedad varía entre:
0 En
la
práctica, las humedades varían de 0 (cero) hasta valores del 100%, e incluso de 500% ó 600%, en el valle de México.
NOTA: En compactación se habla de
óptima, la humedad de mayor
rendimiento, con la cual la densidad del terreno alcanza a ser máxima. (%)
W W W S
100
Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los sueles en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen. 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. El proceso de la obtención del contenido de humedad de una muestra se hace en laboratorios, el equipo de trabajo consiste en un horno donde la temperatura pueda ser controlable.
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El agua que se representa en los suelos puede ser de dos clases: drenable y no drenable; es decir, aquella que puede ser drenada fácilmente por acción de la gravedad, o agua libre, y aquella que no es posible drenarla por los medios mecánicos conocidos. Podemos decir que la humedad en un suelo es debida a las aguas libre, capilar e higroscópica. Teniendo siempre presente que, el contenido de humedad está referido al peso de las partículas de suelo, o sea al peso del material seco, y no al peso total de la muestra. Las aguas libre, higroscópica y capilar, pueden ser totalmente evaporadas por efecto del calor, a una temperatura mayor de 100º C (temperatura generalmente usada: 110º C). NORMA: ASTM D2216-92, MTC E1081999, NTP 339-127.
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III.
EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES
MATERIALES: Materiales Para Exploración Del Suelo:
Pala de cuchara, pala plana
Pico
Bolsas
Wincha
Yeso para trazos
Muestras de suelo
Lapicero
Cuaderno de apuntes
MATERIALES DE LABORATORIO:
Vasijas para la muestra
Equipos De Laboratorio:
Balanza electrónica
Balanza de precisión (0.1gramos de sensibilidad)
Cámara fotográfica
Horno de secado (110 º C x 24 horas)
METODO: Utilizamos un método tradicional y sencillo, hicimos un ensayo para determinar el contenido de humedad del suelo en laboratorio como es el “secado a horno”.
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IV.
PROCEDIMIENTO:
EXPLORACION DEL SUELO : Reconocimiento del terreno para realizar las calicatas de 1.20m * 1.20m * 1.20m. Para poder sacar la muestra. UBICACIÓN DEL TERRENO DE EXCAVACION: El área de excavación es una zona de expansión urbana, ubicada en la parte OESTE de la ciudad universitaria de la UNASAM - en la Urbanización SHANCAYAN. EXCAVACION DE CALICATA: Método de exploración: Pozo A Cielo Abierto Practicamos una excavación con dimensiones suficientes para descender, examinar y seleccionar las muestras deseadas de cada estrato en su estado natural ayudándonos de la vista y el tacto. Nuestra calicata tiene característica de forma cuadrada y presenta las siguientes dimensiones: 1.20 metros de largo, 1.20 metros de ancho y 1.20 de profundidad.
Primero localizamos donde realizar la calicata y después marcamos el área de excavación.
Luego limpiamos el material orgánico superficial que se encontraba en la superficie.
Enseguida empezamos a excavar el área determinada (calicata) utilizando los materiales de excavación como son las palas y el pico.
Seleccionamos los estratos encontrados por medio de la vista y el tacto, procediendo a medir su altura con la wincha, se tomó estos datos en el cuaderno de apuntes.
Después se tomó la muestra del estrato con un peso de 25 Kg, depositándolo en bolsa de polietileno con su respectiva etiqueta para ser llevado al laboratorio.
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Al final la excavación se enterró con el mismo material dejando en su estado original.
ENSAYO DE LABORATORIO: (Secado a Horno)
Primero se pesó las vasijas a utilizar para cada muestra.
Luego agregamos las muestras de manera vertical y en caída libre en cada una en las vasijas de material de lata para conservas, con una regla de metal cortamos la ruma de la muestra en la vasija, para en seguida pesar de nuevo anotando los datos obtenidos del peso de la vasija más la muestra.
Los datos de los pesos nos servirán como muestra húmeda del suelo. 14 MECÁNICA DE SUELOS 1
Introducimos las vasijas con las muestras en el horno durante 24 horas a 110 º C.
Retiramos al día siguiente las muestras ya secas dejándolas enfriar y pesarlas.
Hicimos los cálculos para determinar el contenido del agua de cada muestra así como el peso seco de la muestra.
MEMORIA DE CÁLCULO W(%) = (Pw / Ps) x 100%. Pw = Ph - Ps Entonces: W (%) = (Ph – Ps) / Ps Donde: W (%): Contenido de agua Pw
: Peso del agua en gr.
Ps
: Peso del Suelo Seco
Ph
: Peso de la muestra húmeda
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V.- DATOS OBTENIDOS Proyecto: Exploración, muestreo y Contenido de humedad Ubicación: ciudad universitaria UNASAM – Urbanización Shancayan Descripción del suelo: Fecha de muestreo: 06 – 05 - 2017 Fecha de ensayo: 08 – 05 - 2017 Método: Secado al horno Nº DE RECIPIENTE
Rec. N° 1
Rec. N° 2
PARA ENSAYO PESO DE LA LATA +
177.00
220.00
151.40
192.8
156.40
192.70
25.60
27.20
130.80
165.5
20.6
27.3
SUELO HUMEDO PESO DE LA MUESTRA PESO DE LA LATA + SUELO SECO PESO DE LA LATA SOLA PESO DEL SUELO SECO PESO DE AGUA EN LA MUESTRA CONTENIDO DE
. %
. %
HUMEDAD %w.
Humedad Promedio % = El porcentaje de Humedad Promedio del Suelo es del total de las muestras seleccionadas. Donde:
Pw: Peso del agua en las muestras seleccionadas. Sus valores se indican en la parte vertical del diagrama con respecto a las diferentes muestras seleccionadas, siendo sus valores indicados en la parte horizontal del diagrama
W (%): Contenido de Humedad en las muestras seleccionadas. Los valores del W (%) se indican en la parte vertical del diagrama con respecto a la profundidad de cada muestra seleccionada siendo sus valores indicados en la parte horizontal del diagrama.
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VI. ACTIVIDAD DE GABINETE
177.00
220.00
151.40
192.8
156.50
192.70
25.60
27.20
130.90
165.5
20.6
27.3
. %
. %
W% para el recipiente N° 1 W% =
W% =
Wm Ws
∗ 100
151.40 130.90
∗ 100
% = . %
W% para el recipiente N° 2 W% =
W% =
Wm Ws
∗ 100
192.8 165.5
∗ 100
% = . %
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VII.
CÁLCULOS Y RESULTADOS MUESTRA
w%
Rec. N° 1
15.66
Rec. N° 2
16.495
̅
16.08
NOTA: las muestras se encuentran en un rango del 5 % del resultado de la muestra promedio, lo cual nos da un resultado confiable para la representación.
VIII. CONCLUSIONES:
Los resultados acerca de los estudios de suelo, juega un papel muy importante para las obras de ingeniería, ya con estas estaremos aptos para prevenir y solucionar problemas que pueden presentarse con el suelo en donde se quiere hacer una obra de ingeniería.
La muestra de suelo ensayada tiene un contenido de humedad promedio igual a 16.08%
La humedad en nuestra muestra de suelo es considerado promedio por lo que no implicara mucha inversión para contrarrestar la humedad y no habrá muchas complicaciones para los diseños de la obra.
VIII.
RECOMENDACIONES:
Las calicatas de deben hacer con las dimensiones establecidas para tal motivo.
Debemos de tener cuidado de no alterar las muestras por otros factores para así tener resultados reales.
Para pesar las muestras la balanza de gramos debe estar bien graduada, para tener el dato más cercano a la realidad en lo que respecta al contenido de humedad.
la muestra es echada en caída libre hacia los recipientes para tratar de que no se forme huecos en la masa del suelo seleccionado como muestra. 18
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IX.
X.
BIBLIOGRAFIA
Saul-mecanicadesuelospracticas.blogspot.pe
www.arqhys.com/.../suelos-humedad.html.
ANEXOS:
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