"Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación"
ASIGNATURA
:
MECÁNICA DE SUELOS I
ENSAYO N°7
:
PESO VOLUMÉTRICO Y PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS
DOCENTE
:
SALAZAR ZEVALLOS, MIGUEL
ELABORADO POR :
LINO MENDIOLA, EDUARDO ENRIQUE
CÓDIGO
2012211656
:
NÚMERO DE GRUPO :
1.1
SECCIÓN
BI - 1003
:
FECHA DE REALIZACIÓN DEL ENSAYO :
09 – 02 – 15
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME :
13 – 02 – 15
HUANCAYO 2015
INTRODUCCIÓN
El ensayo de peso volumétrico suelto y seco del suelo (P.V.S.S.) y peso unitario de suelos cohesivos, son valores importantes. El primero permite hacer el cálculo del peso del suelo fuera de su estado natural (confinado), cosa que ayuda en el movimiento de tierras. El segundo valor ayuda a calcular los distintos valores y parámetros importantes del suelo, las relaciones de la fases del suelo como: relación de vacíos, porosidad, grado de saturación etc. Es necesario aprender a realizar este ensayo de acuerdo a como lo indica la norma internacional ASTM D2937 ya que esta es la norma que regula el estándar para desarrollar procedimientos adecuados. En el presente informe se determinara la característica esencial del suelo del Barrio “La Libertad” – Chupaca. Esta prueba fue desarrollada en el laboratorio. Para determinar los datos requeridos, ha seguido procedimientos. La primera parte, presentamos la teoría que sirve como base para el desarrollo del ensayo. La segunda parte, es la práctica, como ejecutamos la muestra con los conocimientos basados en la teoría , planteamos la importancia del ensayo, los objetivos que perseguimos, las normas aplicadas, los materiales utilizados, los procedimientos y la discusión del trabajo. Y La tercera parte, se darán a conocer los distintos valores calculados mediante el ensayo, analiza las características esenciales existentes en los suelos. Dando a conocer los resultados, conclusiones y recomendaciones del presente ensayo.
I.
ASPECTO TEÓRICO 1.1 DEFINICIONES: a. Peso volumétrico: Es la relación entre el peso de un material y el volumen ocupado por el mismo, expresado en Kg/m 3, hay dos valores para estar relación, dependiendo del sistema de acomodo que se haya dado al material inmediatamente después de la prueba, la denominación que se le da a cada uno de ellos es peso volumétrico suelto y peso volumétrico compactado, el uso de uno y otro depende de las condiciones de manejo a que están sujeto los materiales. Peso volumétrico o específico del material seco y suelto (P.V.S.S): Se usa para la convención de peso a volumen, es decir, para conocer el consumo de agregado por m 3 de concreto. Es el peso por unidad de volumen que suelo seco de forma suelta, es decir, sin forzar el reacomodó de sus partículas mediante compactación.
P.V.S.S. =
Donde: •
•
Wm = (Peso del recip. + mat.) – (Peso del recip.) = Peso del material ......(Kg) Vr = Volumen del recipiente = m3
Peso volumétrico Compactado (P.V.C): Es para el conocimiento del volumen de materiales aplicados y que están sujetos a acomodamientos o asentamientos provocados por el tránsito o por la acción del tiempo. El valor del peso volumétrico, para ambos casos, deberá obtenerse con agregados secos a la intemperie. b. Suelos cohesivos y no cohesivos: Una característica que hace muy distintivos a diferentes tipos de suelos es la cohesión. Debido a ella los suelos se clasifican en "cohesivos" y " no cohesivos".
Suelos no cohesivos: son los formados por partículas de roca sin ninguna cementación, como la arena y la grava. Suelos cohesivos: poseen la propiedad de la atracción intermolecular, Son arcillas y en menor medida los limos; los granos no son independientes entre sí, sino que están unidos por enlaces químicos, por lo que el suelo tiene cohesión, siendo su ángulo de rozamiento interno más bajo (20º). Son terrenos que apenas drenan, son bastante impermeables, y por ello cuando se les carga, van sufriendo un asiento diferido en el tiempo, a medida que van expulsando el agua que tienen embebida, proceso que puede durar años. Es por esto último que son peores suelos de cimentación que los granulares, menos fiables y predecibles. c. Peso Unitario: Es el peso de la unidad de volumen de material a granel en las condiciones de compactación y humedad en que se efectúa el ensayo, expresada en Kg/m 3. Aunque puede realizarse el ensayo sobre agregado fino y agregado grueso, el valor que es empleado en la práctica como parámetro para la dosificación de hormigones, es el peso unitario compactado del agregado grueso. Es la masa de un suelo por unidad de volumen. Esto es incluyendo el volumen del aire y el peso de la humedad natural presente en la muestra de suelo. Peso unitario suelto (PUS): Se denomina PUS cuando para determinarla se coloca el material seco suavemente en el recipiente hasta el punto de derrame y a continuación se nivela al ras con la regla metálica. El concepto de PUS es importante cuando se trata de manejo, transporte y almacenamiento de los agregados debido a que estos se hacen en estado suelto. Se usara invariablemente para la conversión de peso a volumen, es decir para conocer el consumo de áridos por m3 de hormigón. Peso unitario compactado (PUC): Se denomina PUC cuando los granos han sido sometidos a compactación incrementando así el grado de acomodamiento de las partículas de agregado y por lo tanto el valor de la masa unitaria. PESO UNITARIO = W t gr (ᵞhúmedo) Vs cm3
* 9.807 =
KN m3
d. Humedad (w%): El suelo se comporta como un depósito, al cual se le puede determinar la cantidad de agua almacenada en un cualquier momento. El contenido de humedad del suelo con base en volumen se expresa como:
w= Ww Ws II.
Ww= Peso del agua.
w= Contenido de humedad.
Ws= Peso sólido.
ASPECTO PRÁCTICO 2.1 IMPORTANCIA * Es necesario saber el Peso Volumétrico Seco y Suelto (P.V.S.S.) porque este influye en el cálculo de movimientos de tierra al cubicar volúmenes y pesos de suelo suelto. * El peso unitario es esencial en los suelos ya que, junto con la gravedad de sólidos y la humedad, permite el cálculo de las relaciones de fase de los suelos ya sea el cálculo de: La porosidad, la relación de vacíos, los pesos específicos húmedo, seco, saturado, sumergido, el grado de saturación.
2.2 OBJETIVOS 2.2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el peso volumétrico seco y suelto (P.V.S.S) del suelo. Determinar el peso unitario del suelo.
2.2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO Realizar el trabajo conjuntamente con la norma ASTM D2973. Lecturar de manera adecuada la probeta graduada con el menisco para tener exactamente 1000ml (1L) de agua destilada.
Lecturar de manera adecuada el agua destilada con el suelo hasta llegar a los 1000ml y calcular de esa manera el peso específico unitario Determinar el volumen total de la probeta graduada a través de cálculos matemáticos para obtener el volumen del recipiente. Aprender la manera correcta de realizar los ensayos necesarios para determinar los pesos del suelo.
2.3 NORMAS APLICADAS * ASTM D29937 – 10: Encargado del ensayo de peso volumétrico y peso unitario del suelo. Método de prueba estándar para la densidad del suelo en su lugar por el Drive-Cilindro Método
2.4 MATERIALES * Probeta de 1000 ml – 1 litro: Recipiente donde se verterá el agua destilada, y luego la muestra del suelo, en distintos tiempos con la finalidad de calcular los volúmenes.
* Balanza: Con sensibilidad de 0.1 gr. Para pesar la muestra de 500gr. Cap. Max. 8kg.
* Horno: Utilizado para secar el suelo y obtener la masa del suelo seco y así el contenido de humedad a una temperatura uniforme de 110 +5°C, para el secado tiene que pasar 12 horas. (NO SE UTILIZO EN EL ENSAYO, DEL ENSAYO CONTENIDO DE HUMEDAD SE SACO ESE VALOR)
* Taras o recipientes: Recipiente en el cual se pesara la muestra de 500gr del suelo en su estado natural.
* Estufa: Utilizado para secar el suelo y obtener la masa del suelo seco de la muestra y así el contenido de humedad a una temperatura uniforme de 110 +5°C. (NO SE UTILIZO EN EL ENSAYO, DEL ENSAYO CONTENIDO DE HUMEDAD SE SACO ESE VALOR)
* Bandejas de plata: Recipiente para la muestra.
* Agua destilada (1Lt) : Tipo de agua utilizada para ser mezclada con el suelo por que es la mas limpia, no hay grandes perdidas de la muestra y sera utilizada para la correcta medición de volumenes.
* Embudo: Utilizado para llenar la probeta graduada con el agua destilada y con el suelo a una altura de 20cm, según norma.
* Espátulas o cucharones pequeños: Son herramienta para colocar el suelo en las taras.
2.5 PROCEDIMIENTO: 2.5.1 PESO VOLUMÉTRICO SECO Y SUELTO (P.V.S.S.): 1. Se pesa la probeta graduada de 1000ml vacío y se registró: Peso de la probeta graduada sola = 602.1gr (0.6021Kg) 2. Se calculó el volumen total de toda la probeta graduada la cual es un cilindro. Con los datos: Diámetro (D) = 6.1 cm Altura (H) = 44cm
Vr= π*D2 * H 4 Vc= Volumen del cilindro = Volumen del recipiente (probeta graduada)
3. Empleando el cucharón se toma la muestra de suelo y se deja caer dentro del recipiente desde una altura de 20cm con el embudo, hasta que se llene, reacomode; después se procede a enrasar el material. 4. Se pesó la probeta graduada y la muestra de suelo hasta el ras del recipiente y se registró: Peso del recipiente más el suelo hasta el ras de la probeta = 2612.1gr (2.6121Kg) 5. Se procedió con los respectivos cálculos para el peso volumétrico. 2.5.2 PESO UNITARIO: 1. El suelo se seca al sol y se cuartea (muestra representativa) pesar entre: 400 – 700 gr = Wt. Para el ensayo se registró: Wt (Peso de la muestra) = 500gr. 2. Se determinó el volumen del recipiente volumétrico (l000 ml – 1 litro) = Vc. Se registró: Vc (Volumen del recipiente) = 1000ml (cm 3) 3. Se utilizaron dos probetas graduadas, una de ellas se llenó todo los 1000ml (1L) con agua destilada y en la otra se llenó con la muestra representativa de 500gr. 4. Luego se llenó el recipiente que contenía tan solo la muestra representativa del suelo con agua destilada hasta llegar a los 1000ml (1L). 5. Después se pudo apreciar que la cantidad de agua que quedaba en la probeta graduada que contenía el agua destilada de 1000ml (1L) al inicio era el volumen del suelo y la diferencia seria el volumen del agua. Se registró: Vw (Volumen de agua) = 770ml (cm 3) Vs (Volumen del suelo) = 230ml (cm 3)
2.6 DISCUSIÓN DEL TRABAJO: Se llegó a observar que para el ensayo de peso volumétrico para que el agua no ocupe espacios del aire, lo ideal sería trabajarlo con una muestra previamente tallada y parafinada del suelo. La parafina se utiliza como un impermeabilizante evitando las variaciones de las propiedad de las muestras de suelos.
III.
CÁLCULOS Con la respectiva toma de datos se procedió a realizar los cálculos para obtener: * Peso Volumétrico del material seco y suelto del suelo (P.V.S.S): Se calculó el Volumen de la probeta graduada (Vr) = Volumen del recipiente: Diámetro (D)=6.1cm; Altura (H)= 44cm
Vr = π*D2 * H 4
=
π*6.12 * 44 = 1285 cm3 * (10-2m)3 = 0.001285m3
4
(1cm)3
DATOS: Vr. (1) (2) Wm.
Volumen del recipiente (m3) Peso del Recipiente Vacío (Kg) Peso del recipiente + Suelo hasta el ras (Kg) Peso de la muestra = (2) – (1) (Kg)
0.001285 0.6021 2.6121 2.0100
Por lo tanto el Peso Volumétrico Seco y Suelto del Suelo es (P.V.S.S):
P.V.S.S. =
P.V.S.S = 2.0100 = 1564 Kg 0.001285 m3
P.V.S.S. = 1564 Kg m3 * Peso Unitario: (1cm = 1ml) Ya con un ensayo anterior de contenido de humedad se determinó que era igual a (w=4.65%), es un dato necesario para la densidad seca del suelo. Con estos datos se procedió a realizar los siguientes cálculos, utilizando las formulas ya mencionadas en el marco teórico. PESO UNITARIO = W t gr (ᵞhúmedo) Vs cm3
* 9.807 =
KN m3
DATOS: Peso de la muestra Volumen del recipiente Lectura inicial de la probeta graduada Contenido de humedad Volumen de agua Volumen del suelo
Wt (gr) Vc (cm3) (ml) w 4.65(%) Vw (ml) Vs (cm3)
500 1000 1000 0.0465 770 230
ᵞ = 500 = 2.17 gr
230
* 9.807
cm3
= 21.29 KN m3
PESO UNITARIO (ᵞhúmedo) = 2.17 gr/cm3 = 21.29 KN/m3 2.17 gr * 1 kg cm3 1000gr
* (1cm)3
= 2170 Kg
m3
(10-2m)3
Peso unitario seco (ᵞseco) = (ᵞhúmedo) 1+w ᵞseco = 2.17
1+0.0465 2.07 gr * 1 kg cm3 1000gr
IV.
= 2.07 gr cm3 * (1cm)3 (10-2m)3
* 9.807 = 20.34 KN m3
= 2070 Kg
m3
RESULTADOS El Peso Volumétrico Suelto y Seco del Suelo (P.V.S.S) es 1564 Kg/m 3. Esto indica que en su estado suelto por cada metro cúbico de suelo pesará 1564 Kg. El Peso Unitario Húmedo del suelo es igual a 2170 Kg/m 3. Esto indica que por cada metro cúbico de suelo pesará 2170 kg. El Peso Unitario Seco del suelo es igual a 2070 Kg/m 3. Esto indica que por cada metro cúbico de suelo pesará 2070 kg.
V.
CONCLUSIONES 1. El peso unitario del suelo es importante ya que, junto a la humedad y a la gravedad específica de los sólidos, permite calcular las relaciones de fase de suelo ya sea la porosidad, la relación de vacíos, etc. 2. 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. 3. Los ensayos se relacionan, a veces es necesaria tomar un dato hallado en el ensayo anterior con el contenido 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 realizar los respectivos cálculos.
VI.
RECOMENDACIONES Se recomienda trabajar con una muestra de suelo tallada y parafinada debido a que la parafina evita las variaciones de las propiedades de las muestras de los suelos. Prever el secado de los suelo ya que podrían presentarse condiciones climáticas desfavorables. En la elaboración de cimentaciones es indispensable tener la adecuada archivarían de los ensayos desde el muestreo de suelos, el contenido de humedad hasta el peso volumétrico y peso unitario, porque estos se relacionan y en cualquier momento es indispensable para determinar las relaciones fundamentales de los suelos para poder clasificarlo. Detallar de manera específica el orden de los ensayos para una mejor organización y reducción de tiempo de práctica, ya teniendo la información de la localización de la muestra, su contenido de humedad, etc.
VII. ANEXOS
Figura 1.- La muestra del suelo seco a temperatura ambiente.
Figura 2.- Llenado con el agua destilada la probeta graduada hasta los 1000ml (1L)
Figura 3.- Peso de la muestra 500gr.
Figura 4.- La lleno la probeta graduada hasta el ras manteniendo una altura de 20cm con el embudo, y.se puede apreciar que la otra probeta con agua destilada se usó para el cálculo del peso unitario.
Figura 5.- Se pesó la probeta graduada con la muestra del suelo hasta el ras.
Figura 6.- Probeta con suelo llenada hasta su máxima capacidad.
Figura 7.- Probeta con suelo y agua destilada hasta los 1000 ml para su posterior recolección de datos del volumen de agua y volumen de suelo, de acuerdo a la cantidad de agua restante en la otra probeta, esa será el volumen del suelo y la diferencia el volumen del agua.
VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Peso volumétricos de la grava y la arena [Internet]. [Actualizado 10 de enero del 2013; citado 12 de febrero del 2015]. Disponible en: http://es.slideshare.net/raysugar5/pesos-volumetricosdelagravayarena
2. Humedad del suelo [Internet]. [Actualizado 09 de enero de 2015; citado 12 de febrero del 2015]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad_del_suelo 3. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMETRICAS [Internet]. [Actualizado 10 de marzo del 2008; citado 12 de febrero del 2015]. Disponible en: http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g1/RELACIONES%20VOLUMETRICAS%20Y%20 GRAVIMETRICAS%20Leoni.pdf 4. Mecánica de suelos: Principales tipos de suelo. [Internet]. [Actualizado 19 de febrero del 2013; citado 12 de febrero del 2015]. Disponible en: http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/tiposM2.htm
5. Peso Unitario del Agregado Grueso y Fino [Internet]. [Actualizado 12 de enero del 2014; citado 12 de febrero del 2015]. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/57709566/Peso-Unitario-Del-Agregado-Grueso-y-Fino
6. Peso unitario de suelos [Internet]. Quito: Universidad Central del Ecuador; páginas 17-18. [Actualizado 03 de abril del 2012; citado 12 de febrero del 2015]. Mecánica de Suelos I: [19 páginas]. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/93847499/Pesos-Unitarios-de-Suelos
7. ASTM D2937, 2010,"Standar Test Method for Density of Soils in Place by the Drive Cylinder Method.Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer”, ASTM
Internacional, West Conshohocken, PA, 2000 8. JOSEPH E. BOWLES – Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería civil
9. ABRAHAM POLANCO RODRÍGUEZ - Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Suelos I
