Escuela de Ingeniería Civil CURSO: Mecánica de Suelos I
DOCENTE:
Msc. Ing Sócrates Pedro Muñoz Pérez
INTEGRANTES: Cornejo Morales Jordy Eduardo. Dávila Monteza, Carlo Ailthon. Hoyos Idrogo Dianna Sadith. Vásquez Monteza, Rai Joseph.
AÑO ACADEMICO: 2018 - II
Jueves 16 de agosto del 2018 Pimentel
ÍNDICE ABREVIATURAS ... …………………………………………………………………..7 RESUMEN ...………………………………………………………………………….. 8 INTRODUCCIÓN ........…………………………………………………..................... 9 OBJETIVOS ........ ………………………………………………………………........ 10 Objetivo General …………………………………………………………………….. 10 Objetivos Específicos ………………………………………………………………... 10
1 MARCO TEÓRICO 1.1 GENERALIDADES ………………………………………………………… 11 1.1.1 Normativa ……………………………………………………………. 11 1.1.2 Ubicación de terreno………………………………………………… 11 1.1.3 Muestreo de un suelo………………………………………………… 12 Muestreo ……………………………………………………………… 12 Muestras alteradas…………………………………………………… 12 Muestras inalteradas………………………………………………… 13 1.1.4 Peso específic o ……………………………………………………….. 13 1.1.5 Contenido de Humedad ……………………………………………... 14 1.1.6 Parafina ……………………………………………………………. 14 1.2 MATERIALES 1.2.1 Balanza electrónica ............................................................. .............................................................................. ................. 15 1.2.2 Muestra de suelo ............................................ .................................................................. ...................................... ................ 15 1.2.3 Horno o estufa ...................................... ............................................................ ............................................ .......................... .... 16 1.2.4 Parafina ............................................ .................................................................... .............................................. ............................ ...... 16 1.2.5 Hilo pabilo .......................................... ................................................................ ............................................ ............................ ...... 17 1.2.6 Hornilla eléctrica ........................................... ................................................................. ...................................... ................ 17 1.2.7 Probeta ............................................ .................................................................. ............................................ ................................ .......... 18 1.3 PROCEDIMIENTO Paso 1 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ....................... 19 Paso 2 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ....................... 19 Paso 3 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................ 19 Paso 4 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................ 20 Paso 5 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................ 20 Paso 6 .............................................. .................................................................... ............................................ ............................................ ...................... 21 Paso 7 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ....................... 21 Paso 8 .............................................. .................................................................... ............................................ ............................................ ...................... 21 Paso 9 ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................ 22 Paso 10 ................................................ ...................................................................... ............................................ ........................................ .................. 22
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RESULTADOS A. B. C. D. E. F. G.
Peso Húmedo y Peso húmedo con parafina ...................................... ............................................. ....... 23 Cálculo de Peso y Volumen de la parafina .............................................. .............................................. 23 Cálculo para hallar el Volumen desplazado. .......................................... ............................................ 24 Volumen de muestra húmeda ( ) ............................................ ...................................................... .......... 24 Peso específico húmedo .......................................... ................................................................ ................................... ............. 25 Contenido de humedad .............................................................. .............................................................................. ................ 26 Peso específico seco .............................................. .................................................................... ...................................... ................ 26
CONCLUSIONES.......................... CONCLUSIONES................................................ ............................................ ............................................ .................................. ............ 27 ANEXOS ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................... ......... 28 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................ 33
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ÍNDICE DE TABLAS Tabla N. ª 1 Peso Húmedo y Peso húmedo con parafina ....................................... .......................................... ... 23 Tabla N. ª 2 Peso y Volumen de la parafina ................................................. ............................................................... .............. 23 Tabla N. ª 3 El Volumen desplazado .......................................... ................................................................ ................................. ........... 24 Tabla N. ª 4 Volumen de muestra húmeda ................................................................. ................................................................. 25 Tabla N. ª 5 Peso específico húmedo ............................................................ ........................................................................... ............... 25 Tabla N. ª 6 Peso específico seco .................................................................. .................................................................................. ................ 26
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ÍNDICE DE FIGURAS Fig. 01 ubicación del terreno.............................. terreno....................................................... ............................................... ................................ .......... 12 Fig. 02 Muestra alterada ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 12 Fig. 03 Muestra inalterada ......................................... ............................................................... ............................................ ........................... ..... 13 Fig. 04 Parafina en estado sólido ....................................................... .............................................................................. ........................... 14 Fig.05 Balanza electrónica .......................................... ................................................................ ............................................ .......................... .... 15 Fig.06 Muestra de laboratorio l aboratorio ....................................................... ............................................................................. ............................. ....... 15 Fig. 07 Horno del laboratorio de suelos (USMP) ...................................................... ...................................................... 16 Fig. 08 Parafina derretida en campo ..................................................... ......................................................................... .................... 16 Fig.09 Hilo pabilo ......................................... ............................................................... ............................................. .......................................... ................... 17 Fig. 10 Hornilla eléctrica .......................................... ................................................................ ............................................ ............................. ....... 17 Fig.11 Probeta para determinar el volumen desplazado ......................................... ......................................... 18 Fig.12 Delimitación de calicata .............................................. .................................................................... ..................................... ............... 19 Fig. 13 Inicio de la excabacion ........................................................... ................................................................................. ......................... ... 19 Fig.14 Estratos encontrados ............................................................ .................................................................................. ............................ ...... 19 Fig. 15 Cubo cubierto de parafina ..................................................... ........................................................................... .......................... 20 Fig.16 Extracción de la parafina ........................................ .............................................................. ........................................ .................. 20 Fig.17 y 18Muestras a utilizar.......................................... utilizar................................................................ ........................................... ..................... 20 Fig. 19 Peso húmedo de una de las muestras ............................................................ ............................................................ 21 Fig. 20 Muestra 2 y 4 al introducirse i ntroducirse a la parafina en estado líquido ..................... ..................... 21 Fig.21 Muestras con parafina ....................................... ............................................................. ............................................ .......................... 21 Fig. 22 y 23 Cálculo de volumen desplazado de 3 muestras diferente .................... 22 Fig. 24 Muestra para Contenido de Humedad .......................................... .......................................................... ................ 22 Fig.25: Inicios de excavación de la calicata ....................................................... ............................................................... ........ 28 Fig. 26 Calicata a 2m de profundidad ....................................................... ........................................................................ ................. 28 Fig.27 Muestra inalterada ........................................... ................................................................. ............................................ .......................... .... 28 Fig. 28 y 29 Delimitación de estratos .............................................. .................................................................... ............................ ...... 29 Fig. 30 Foto grupal .......................................... ................................................................ ............................................ ....................................... ................. 29 Fig. 31 Cubierta de parafina a muestra 1 ......................................................... .................................................................. ......... 29 5
Fig. 32 y 33 volumen desplazado de las muestras ......................................... ...................................................... ............. 30 Fig. 34 y 35Coordenada UTM ………………………………………………………..31 Fig. 35 Responsables del informe ………………………………………………….....32
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ABREVIATURAS :
Peso de muestra húmeda
:
Volumen de muestra húmeda
:
Peso húmedo.
:
Peso seco
:
Peso húmedo
+ : Peso húmedo más parafina :
Peso de la parafina
::
Peso específico de la parafina
:
Volumen de muestra húmeda
:
Volumen desplazado
:
Volumen de la parafina
:
Peso específico húmedo
%:
Porcentaje de humedad
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RESUMEN
La finalidad de éste trabajo es determinar el peso específico húmedo y seco de una muestra de suelo usando el método de la parafina; parafi na; ya que ésta es una propiedad índice de los suelos muy importante y que se debe tener en cuenta en el campo de las edificaciones. Existen diversos métodos para determinar el peso específicos de los suelos, de los cuales el método que vamos a utilizar es uno de más prácticos debido a la sencillez que ofrece. En el presente trabajo se describen todos los pasos realizados (desde la obtención de la muestra hasta los cálculos matemáticos realizados) para obtener la mencionada propiedad. Por otro lado, se ha tomado una pequeña porción de la muestra, la que se ha some so meti tido do a una estuf estufaa de de calef calefacc acción ión a una una determ determina inada da temper temperatu atura. ra.,, con la cual cua l se ha perm pe rmit itid ido o calculado el contenido de humedad. Finalmente, la experiencia en el laboratorio permitió llegar diversas conclusiones, de las cuales la más importante ha sido la siguiente, que el peso específico es una propiedad que relaciona el peso de los suelos con el volumen de los mismos, por ello que nos facilita la determinación de otras propiedades que nos ayudarán a caracterizar caract erizar el suelo de forma preliminar y además proporcionan una guía para dirigir el estudio e identificar las dificultades más probables con las que se pueda enfrentar en una determinada obra en la zona z ona donde se extrajo la muestra.
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INTRODUCCIÓN
En el campo de la Ingeniería civil, realizamos distintas obras de pequeñas a grandes dimensiones, para realizarlos, es necesario determinar las propiedades tanto físicas y químicas del suelo, donde están emplazadas. Es por eso que realizamos diversos estudios es tudios como contenido de humedad, granulometría, clasificación de suelos, densidad de campo, corte directo, entre otros. Estos ensayos nos permitirán conocer cierto nivel de exactitud en el comportamiento de un determinado suelo, que nos permitirá tomar decisiones y ejecutar el proyecto de manera confiable; en este informe trataremos del Ensayo del Peso específico del suelo haciendo uso de la parafina. Con la finalidad de mejorar el rendimiento y aportar conocimiento técnico en los diversos ensayos y pruebas realizadas en el laboratorio de Mecánica de Suelos, se ha efectuado este informe en el que se detalla paso a paso los procedimientos y el modo operativo para la ejecución correcta de los ensayos de la determinación Peso Específico húmedo y seco de un suelo es el departamento de Lambayeque, es vital tener presente de cómo está compuesto el suelo para ello es necesario necesari o tener en cuenta el contenido de humedad el peso volumétrico y la gravedad especifica del suelo ya que con ellos se puede clasificar el suelo y determinar sus propiedades. El siguiente informe contiene cálculos, gráficos, marco teórico, así como el respectivo procedimiento del ensayo realizado en laboratorio de la Universidad San Martín De Porres- Filial Norte.
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OBJETIVOS
Objetivo General: Adquirir los conocimientos prácticos sobre el procedimiento y cálculos que se
debe llevar a cabo para hallar el peso específico (húmedo y seco) de las muestras.
Objetivos Específicos: Hacer un uso adecuado de los materiales en laboratorio, para evitar el min
margen de error. Determinar los pesos específico tanto húmedo como seco de nuestras muestras. Determinar el contenido de humedad de la muestra inal terada.
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MARCO TEÓRICO 1.1 GENERALIDADES 1.1.1 Normativa El presente Estudio de Mecánica de Suelos (EMS) se basa en: La Norma Técnica Peruana (NTP E.050), del Reglamento Nacional de
Edificaciones (RNE). Ensayo
Norma Vigente
Contenido de Humedad
NTP 339.127 (ASTM D2216)
Análisis Granulométrico
NTP 339.128 (ASTM D422)
Peso específico relativo de solidos
NTP 339.131 (ASTM D854)
SUELOS. Prácticas normalizadas para la
NTP 339.151( ASTM D4220
preservación y transporte de suelos.
Muestreo Geotécnico de suelos con tubos
NTP 339.169 (ASTM (ASTM D 1587)
de PVC (Muestra inalterada)
1.1.2 Ubicación de terreno Departamento de Lambayeque, Provincia de Chiclayo, distrito de Pomalca- Invernillo
Croquis de la ubicación
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Fig. 01 Ubicación del terreno
1.1.3 Muestreo de un suelo Muestreo Consiste en la obtención de una porción del material que sea característic a del conjunto, el muestre incluye también el proceso de envase, identificación y transporte de las muestras, tenemos dos tipos:
Muestras alteras Estas muestras se definen como aquellas que han sufrido alteración, tal que ha perdido estructura, perdiendo los datos reales de la muestra In Situ; el proceso de extracción que realizamos en campo tomamos muestras de una cara lateral de nuestra calicata.
Fig. 02 Muestra alterada. 12
Muestras inalteradas Estas muestras, son obtenidas mediante muestreadores y usando técnicas que permitirán mantener sus estructuras, así representar la porción inalterada del suelo, permitiendo realizar ensayos de resistencia, permeabilidad, contenido de humedad, el tipo de muestra requerida, va a depender del tipo de proceso que realicemos, podrán obtenerse de una excavación, de un frente, ya sea de corte o de un banco o bien, de perforaciones llevadas a profundidad con herramientas especiales.
Fig. 03 Muestra inalterada.
1.1.4 Peso específico Según Crespo (1998), el peso específico o peso volumétrico (ᵧ) es la relación del peso de la masa de suelos entre su volumen de masa (se consideran las tres fases del suelo). Generalmente se expresa en / . Conocido el concepto de peso específico, es claro que cualquier tipo de materia que ocupe un volumen en el espacio posea esta propiedad. El agua como materia fluida, en su estado natural y dadas sus características físicas tiene un peso unitario cuantificado conocido, la presencia natural del agua dentro de las diferentes fases del suelo, obliga a establecer una relación universal entre los pesos unitarios contenidos dentro de un material y el agua que hace parte de ella. De esto tenemos:
ℎ =
ℎ ℎ
Donde: ℎ: Peso de muestra húmeda ℎ: Volumen de muestra húmeda 13
Es la densidad del suelo y se conoce también como peso unitario o peso específico de masa.
1.1.5 Contenido de Humedad La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa mas a dada de suelo, al peso de las partículas sólidas. ℎ − % = ∗ 100 Donde: ℎ: Peso húmedo. : Peso seco.
1.1.6 Parafina Sustancia sólida, blanca, translúcida, inodora y que funde fácilmente, que se obtiene de la destilación del petróleo o de materias bituminosas naturales y se emplea para fabricar fabrica r velas y para otros usos, usos , como un de los método de para encontrar el peso específico de una muestra en laboratorio.
Fig. 04 Parafina en estado sólido.
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1.2 MATERIALES 1.2.1 Balanza electrónica Es uno de los instrumentos más importantes ya que fue utilizada para el control de peso de las diferentes muestras en estado húmedo, seco y cubierto con parafina.
Fig.05 Balanza electrónica
1.2.2 Muestra de suelo La muestra que se presentó en laboratorio es de una profundidad de 1 m, la cual nos ha servido para hallar su peso específico mediante el método de la parafina.
Fig.06 Muestra de laboratorio
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1.2.3 Horno o estufa La principal función de la estufa es que a una muestra que está en estado saturado lo seca a una temperatura determinada y lo lleva a un estado seco permitiéndonos hallar el contenido de humedad para nuestro cálculo correspondiente.
Fig. 07 Horno del laboratorio de suelos (USMP)
1.2.4 Parafina La parafina en estado est ado líquido llamada comúnmente vela nos ha servido para cubrir nuestra muestra en campo para poder conservar sus propiedades y su humedad, también fue utilizada para cubrir las muestras más pequeñas realizadas ya en laboratorio.
Fig. 08 Parafina derretida en campo 16
1.2.5 Hilo pabilo Con la ayuda del hilo pabilo hemos sujetado nuestras muestras al momento de introducirlas a la parafina en estado líquido y con cierto grado de temperatura.
Fig.09 Hilo pabilo
1.2.6 Hornilla eléctrica La hornilla nos sirvió tanto en campo como en el la boratorio para derretir la parafina en un embace para luego introducir la muestra en ella.
Fig. 10 Hornilla eléctrica.
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1.2.7 Probeta Fue utilizada para determinar el valor desplazado en cada muestra y así poder hallar el volumen de cada muestra húmeda.
Fig.11 Probeta para determinar el volumen desplazado.
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1.3 PROCEDIMIENTO Paso 1: El día 7 de agosto del presente año se dio inicio del siguiente estudio de suelos, comenzando primero con una limpieza del terreno y luego se procedió con la delimitación del área a escavar, en este caso la zanja o área a escavar será de 1.50m x 1.50m x 2 m de profundidad, realizando un banco al llegar a un 1 m.
Paso 2: Una vez delimitado el área se
Fig.12 Delimitación de calicata.
procede hacer la excavación con la ayuda ayuda de herramientas (pico, palana, barreta).
Paso 3: Luego de haber hecho toda la excavación, se procede a identificar los estratos y en este caso se pudo identificar 2 estratos. En cada estrato se sacaron muestras alteradas de 30Kg aproximadamente por cada estrato, luego del escalo que se había realizado se sacó los tres cubos de muestras inalterados y se les cubre de parafina para su conservación.
Fig. 03 Muestra inalterada.
Fig. 13 Inicio de la excabacion.
Fig.14 Estratos encontrados.
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Paso 4: Ya en laboratorio hacemos uso de una de las muestras inalteradas extraídas a 1m de profundidad, y empezamos a retirar la parafina.
Fig. 15 Cubo cubierto de parafina / Fig.16 Extracción de la parafina
Paso 5: Con ayuda de una cuchilla y una regla se extrajo 10 muestras de 2cmx 2cm aproximadamente.
Fig. 17 y 18 Muestras a utilizar
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Paso 6 : Cada una de las muestras es sujetado con hijo pabilo para luego empezar a pesar cada uno de ellas, lo que vendría a ser nuestro peso húmedo húmedo o al natural.
Fig. 19 Peso húmedo de una de las muestras.
Paso 7: Al termino de pesar las muestras, ponemos a calentar la parafina para que sosteniéndolas del hilo incorporar una por una dentro de la parafina.
Fig. 20 Muestra 2 y 4 al introducirse a la paraf ina en estado líquido.
Paso 8: Una vez seca la parafina en las muestras, pesamos otra vez, tendríamos el peso húmedo más la parafina.
Fig.21 Muestras con parafina 21
Paso 9: Luego una a una vamos incorporándola a una probeta con una determinada cantidad de agua para poder medir el volumen desplazado.
Fig. 22 y 23 Cálculo de volumen desplazado de 2 muestras diferente.
Paso 10: finalmente para poder determinar el contenido de humedad se tomó una porción cualquier del cubo restante, se pesó y se dejó en el horno horno por 24 horas. Posteriormente se obtiene el peso y calculamos el contenido de agua para obtener el peso específico seco.
Fig. 24 Muestra para Contenido de Humedad.
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RESULTADOS A. Peso Húmedo y Peso húmedo con parafina Tabla nº 1: Datos de Laboratorio
ℎ(gr)
ℎ + (gr)
1
24.1
24.48
2
22.34
22.69
3
24.69
25.44
4
31.05
31.93
5
25.44
26.12
6
32.17
33.01
7
24.33
25
8
24
24.78
9
27.15
27.8
10
24.06
24.58
Donde: ℎ =Peso húmedo ℎ + =Peso húmedo más parafina
B. Cálculo de Peso y Volumen de la parafina Tabla nº 2: Peso y volumen de la parafina
(gr) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.38 0.35 0.75 0.88 0.68 0.84 0.67 0.78 0.65 0.52
(cm3) 0.44 0.40 0.86 1.01 0.78 0.97 0.77 0.90 0.75 0.60
=
[(ℎ + ) − ℎ )] = [(
Donde: = = Peso de la parafina Vp= Volumen de la parafina
= = Peso específico de la parafina (0.87gr/cm3)
23
C. Cálculo para hallar el Volumen desplazado. A tener en cuenta: Equivalencia:25 = 1.2
25
=
1.2 10
= 208.33 Formula general para equivalencia
25
=
1.2
Donde: Mn= muestras de la 1 a la 10, se tomara datos de la tabla. X= El valor a encontrar de cada muestra Para convertir de ml a cm3, saber que 1ml = a 1cm3 Tabla nº3 Volumen desplazado
Datos de Lab.
Equivalencia(ml)
(ml) = (cm3)
1
10.7
222.92
14.59
2
10.65
221.88
13.55
3
10.65
221.88
13.55
4
10.8
225.00
16.67
5
10.7
222.92
14.59
6
10.85
226.04
17.71
7
10.65
221.88
13.55
8
10.65
221.88
13.55
9
10.7
222.92
14.59
10
10.6
220.83
12.50
D. Volumen de muestra húmeda ( ) = − Donde: = volumen de muestra húmeda = volumen desplazado = volumen de la parafina
24
Tabla nº 4: Volumen de muestra húmeda
(cm3) 1
14.15
2
13.14
3
12.68
4
15.66
5
13.81
6
16.75
7
12.77
8
12.65
9
13.84
10
11.91
E. Peso específico húmedo ℎ =
ℎ ℎ
Donde: ℎ: Peso de muestra húmeda ℎ: Volumen de muestra húmeda Tabla nº 5: Peso específico húmedo
ℎ (gr/cm3) 1
1.70
2
1.70
3
1.95
4
1.98
5
1.84
6
1.92
7
1.90
8
1.90
9
1.96
10
2.02
Promedio
1.89
Mediana
1.91
Desviación estandar
0.10
25
F. Contenido de humedad % =
ℎ − ∗ 100 Datos de laboratorio Wr (Peso de recipiente)
28.49 gr
Wr+
89.62 gr
61.13 gr
+Wr
77.28 gr
48.79 gr
Donde:
ℎ: Peso húmedo. : Peso seco.
% =
61.1 61.13 3 − 48.7 48.79 9 ∗ 100 48.79
% = 25.29%
G. Peso específico seco =
+%
Donde: = Peso específico seco = Peso específico húmedo %= Porcentaje de humedad Tabla nº 6: Peso específico seco
(gr/cm3) 1
1.36
2
1.36
3
1.55
4
1.58
5
1.47
6
1.53
7
1.52
8
1.51
9
1.57
10
1.61
Promedio
1.51
Mediana
1.53
Desviación estándar
0.09
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CONCLUSIONES En general, la mecánica de suelos es muy importante, porque trata de aplicaciones
de las leyes de la mecánica y la hidráulica, sobre distintos problemas, con la finalidad de poder clasificar o manipular el suelo, ya que existen varios métodos que van desde excavar una calicata, hasta realizar distintos ensayos para obtener la clasificación y propiedades de suelo. Se manejó adecuadamente todos los materiales e instrumentos de laboratorio que se utilizó al realizar el ensayo para poder evitar en lo mínimo error de cálculo. Se determinó el peso específico tanto húmedo como seco de 10 porciones diferentes del cubo con un volumen similar, dándonos como resultado un promedio de 1.89 gr/cm3 gr/cm3 y 1.51gr/cm3 respectivamente. Se determinó el contenido de humedad de la muestra inalterada arrojando como resultado 25.29% de humedad.
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ANEXOS
Fig.25: Inicios de excavación de la calicata
Fig. 26 Calicata a 2m de profundidad. profundidad .
Fig.27 Muestra inalterada. inalterada.
28
Fig. 28 y 29 Delimitación de estratos.
Fig. 30 Foto grupal
Fig. 31 Cubierta de parafina a muestra 1
29
Fig. 32 y 33 volumen desplazado de las muestras
30
Fig. 34 y 35Coordenada UTM
31
Fig. 35 Responsables del informe
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BIBLIOGRAFÍA
Bowles, J. (1981). Manual Manual de Laboratorio de Suelos en la Ingeniería Civil . México.Mc.Graw-Hill Latinoamericana. Recuperado de https://www.slideshare.net/DIEGOHUERFANO/manual-de-laboratorio-desuelos-en-ingenieria-civil-joseph-e-bowles?from_action=save Parafina (s.f). En Wikipedia. Recuperado 14 de Agosto de 2018, de https://es.wikipedia.org/wiki/Parafina Muestreo de suelo .Recuperado el 14 de Agosto del 2018 de: http://fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2012/01/26/MANUAL_DE_LAB_MEC_D E_SUELOS_I.pdf Ensayo de laboratorio de Mecanica de suelos. Recuperado el 12 de Agosto del 2018 de : https://es.scribd.com/document/372390984/Informe-hallar-el-pesoespecifico-de-un-suelo-por-el-metodo-de-parafina
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