UNIVERSIDAD DE SUCRE INFORME DETERMINACION PESO UNITARIO PARA SUELOS COHESIVOS ASTM 2937, AASHTO: T-180
GEOTECNIA I INFORME DE LABORATORIO PRACTICA N°5: DETERMINACION DEL PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS ASTM 2937, AASHTO: T-180 PRESENTADO A: ING. CARLOS MEDINA
PRESENTADO POR: ASSIA DE LA ROSA JOSE GUILLERMO BARRIOS SOTO JOSE RAFAEL PATERNINA MUÑOZ LICENA PATRICIA SALCEDO MADERA NESTOR LUIS GRUPO N°2 INGENIERIA CIVIL V SEMESTRE
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL SINCELEJO, SUCRE 2013
RESUMEN Para la práctica correspondiente a peso unitario se siguieron las siguientes pautas: primero con la muestra de suelo obtenida a través del equipo extractor de muestras inalteradas de suelos cohesivos y un cilindro de pared delgada, se procedió a moldearla y cortarla para que no presente irregularidades en su forma cilíndrica, luego se pesó. Para la obtención del primer volumen se midió el cilindro con un vernier, se tomó tres veces la altura y el diámetro. Para la obtención del segundo volumen se introdujo el cilindro en un beacker de 250 ml vacío y se le añadió agua, la cual estaba medida en una probeta de 250 ml enrasada, hasta completar la medida del beacker; la cantidad de agua que quedo en la probeta se le resta a su volumen original lo cual sería el volumen de agua depositado en el beacker para obtener así el volumen de la muestra mediante el principio de Arquímedes. Por ultimo dividimos la muestra y la secamos al horno para determinar su humedad. De esta forma se consigue medir el peso unitario húmedo mediante los dos ensayos mencionados anteriormente con los volúmenes obtenidos y el peso de la muestra; y el peso unitario seco mediante la humedad obtenida.
OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES
Introducir al estudiante al concepto de pesos unitarios de los suelos cohesivos y su aplicación en la mecánica de suelos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Calcular el peso unitario o densidad aparente de una muestra de suelo cohesivo.
Comprender los alcances y limitaciones del ensayo realizado
Clasificar el tipo de suelo ensayado con base en el valor del peso unitario obtenido.
MARCO TEORICO El peso unitario de los suelos está definido como el peso de la muestra (gr) sobre su volumen (cc). Este es una de las relaciones gravimétricas de mayor utilidad en la resolución de problemas en la mecánica de suelos, tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de fricción interno y la resistencia en el ensayo de penetración estándar. 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, el peso unitario seco, se define como el peso de suelo sin contenido de agua por unidad de volumen de la muestra. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en el peso unitario. Existen sin embargo dificultades para determinar el peso unitario en suelos granulares de grandes tamaños. Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, el peso unitario adquiere importancia porque permitiría reproducir esta condición de estado en el laboratorio. Uno de las procedimientos empleados para obtener el peso unitario de suelos cohesivos se basa en el principio de Arquímedes, el cual establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Este procedimiento puede utilizarse para obtener el volumen desplazado de cualquier suelo cohesivo que no se destruya por estar dentro del agua de 1 a 2 min requeridos para hacer el ensayo. No es aplicable a material poroso o a suelo muy seco, a menos que se encuentre en un alto estado de densidad ya que una
absorción apreciable de agua por capilaridad o por cualquier otra forma puede afectar los resultados. PROCEDIMIENTO
1. Tomar una muestra del cilindro de muestra inalterada.
2.Pesar la muestra tomada.
3.tomar de diferentes angulos el diametro y la altura de la muestra.
4.Introducir la muestra en un beaker y rellenar hasta llegar a 200ml con la proveta que tenia ya los 200ml de agua.
5. Sacar la muestra secarla rapidamente con un pañuelo y pesar nuevamente
6. Hacer los respectivos calculos.
EQUIPOS UTILIZADOS
Equipo extractor de muestras inalteradas de suelos cohesivos (opcional)
Equipo para corte y tallado de las muestras
Balanza de sensibilidad 0.1 gr
Vernier o nonio calibrador
Recipiente de volumen conocido (Beacker)
RESULTADOS OBTENIDOS Los datos obtenidos en el laboratorio de la muestra de suelo cohesiva de forma cilíndrica fueron los siguientes: Peso de
Medición Volumen forma
Medición volumen principio de
la
directa
Arquímedes
muestr a 155 gr
D1 = 4.71 cm
h1 = 5.08 Vol.
D2 = 4.73 cm
cm recipiente: h2 = 5.05 Lectura Inicial 250 ml cm
D3 = 4.77 cm
Del 250 ml
probeta
graduada = h3 = 5.04 Lectura Final 91 ml cm
probeta graduada =
Muestra Nº 1 DESCRIPCIÓN Peso frasco vacío Peso frasco + suelo húmedo Peso frasco + suelo seco en horno
Peso (gr) 29.7 69.3 59.9
Muestra Nº 2 DESCRIPCIÓN Peso frasco vacío Peso frasco + suelo húmedo Peso frasco + suelo seco en horno
Peso (gr) 18.7 57.7 47.6
CÁLCULO Y ANALISIS DE RESULTADOS
Para calcular el volumen de la muestra de suelo cohesivo, se utilizaron dos mediciones, una por medición directa con un vernier y la otra por medio del principio de Arquímedes. Medición directa: Para calcular el volumen por medio de este método, promediamos los diámetros y
las alturas y luego aplicamos la fórmula de volumen de un cilindro, Dp=
V=
π∗D2 ∗h 4
( 4.71 cm+ 4.73 cm+4.77 cm ) 5.08 cm+5.05 cm+5.04 cm ,hp= 3 3
Diametro prom( Dp)=4.736 cm, Altura prom(hp)=5.056 cm
Volumen prom=
π∗Dp 2 ∗hp 4
Volumen prom=
π∗(4.736 cm) ∗5.056 cm 4
2
Volumen prom=89.07 cm
3
Medición por medio del principio de Arquímedes: Antes de hacer la medición comprobamos el peso de la muestra de suelo antes de sumergirla en agua para aplicar este principio: Peso muestra antes de sumergirse = 155 gr Volumen del recipiente = 250 ml, agregamos la muestra de suelo cohesivo y por medio de una probeta graduada con 250 ml, echamos agua al recipiente: Lectura inicial probeta graduada = 250 ml, Lectura final probeta graduada = 91 ml. El volumen final de la probeta graduada, será nuestro volumen del suelo.
Volumen de suelo = 91 ml o 91 cm3 o 0.000091 m3 Ahora volvemos a pesar la muestra de suelo cohesivo Peso muestra después de sumergirse = 156.1 gr. Los pesos inicial y final se encuentran dentro de una aproximación de 1 a 2 gramos, entonces el ensayo fue satisfactorio. Calculo peso unitario húmedo: Ahora el dilema es ¿Cuál volumen escoger? Y ¿Por qué? En una pequeña discusión con el grupo de trabajo decidimos escoger el volumen hallado por medio del principio de Arquímedes, aunque pueden presentarse errores de, este se aproximará mucho más al volumen real de la muestra. Por el otro método de medición directa, 3 tomas de lectura del cilindro de diámetro y de altura no serán lo suficiente para obtener un volumen preciso, además tenemos que tener en cuenta los errores que se pueden presentar, como el error de aproximación del aparato, error del operador, etc. Ahora procedemos a calcular el peso específico húmedo: γhumedo=
W V
γhumedo=
0.115 kg∗9.8 m/s 2 0.000091m3
γhumedo=12384 N /m3 o 12.384 kN /m3 Calculo peso unitario seco: En primer lugar calculamos la humedad ( ω promediamos: Muestra No1:
) de las 2 muestras de suelo y
ω=
( Peso Suelo Humedo+ Lata )−(Peso Suelo Seco en Horno+ Lata) ( Peso Suelo Seco en Horno+ Lata )−(Peso Lata)
ω=
69.3 gr−59.9 gr x 100 59.9 gr−29.7 gr
ω 1=31.12
Muestra No2: ω=
57.7 gr−47.6 gr x 100 47.6 gr−18.7 gr ω 2=34.94
Ahora calculamos la humedad promedio: ωpromedio=
ω 1+ ω 2 2
ωpromedio=
31.12 +34.94 2
ωpromedio=33.03 Y por último calculamos el peso específico seco del suelo: γd =
γhumedo wprom 1+ 100
12.384 kN /m 3 γd = 33.03 1+ 100 γd =9.309 kN /m3
ANALISIS DE RESULTADOS Los métodos utilizados para hallar el peso específico húmedo y seco, son métodos basados en la norma, pero hay que discernir que este ensayo puede tener sus limitaciones al momento de calcular sus volúmenes, por ejemplo en la determinación del volumen mediante el principio de Arquímedes no es aplicable para suelos porosos o suelos muy secos, ya que se pueden afectar los resultados. Es muy conveniente realizar varias veces el ensayo para la muestra de suelo cohesivo para así minimizar los errores. Este ensayo permite obtener en el terreno el peso unitario húmedo total de un suelo cohesivo o de un suelo-agregado con fines de investigación, control o diseño. Entonces según el peso específico seco que calculamos podemos clasificar el suelo ensayado según la tabla que se muestra a continuación:
Podemos decir que la muestra de suelo ensayada está comprendida entre una arcilla blanda y una arcilla orgánica suave ya que su
γd =9.309 kN /m 3 .
Podemos decir que nuestro ensayo fue satisfactorio ya que comprendimos y obtuvimos buenos resultados con la muestra de suelo. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Del anterior informe se puede concluir al momento de realizar el ensayo de peso unitario para suelos cohesivos, es aplicable para suelos cohesivos que dentro de un rango de tiempo no se alteren en su estructura, en nuestro caso nos encontramos con un suelo que desde las características con las que se
encontraba la muestra en el terreno era un suelo Arcilloso debido a que era fácil de moldear, presentaba un color negro grisáceo y que a la vez era altamente plástico, basados en el estudio se logra estimar debido al tipo de peso unitario de suelos cohesivos, que la muestra con la que contábamos se encontraba entre una arcilla blanda y una arcilla orgánica suave. Este tipo de ensayo puede tener unas respectivas limitaciones y que están dadas por las características propias que posee el material extraído, ya sean los vacíos presentes o la cantidad de agua con la que se encuentre dicho material ya que no nos arrojaría resultados satisfactorios. Para mejores resultados es indispensable llevar a cabo un control sobre el material a utilizar libre de impurezas, bajo una balanza encerada, tener un conocimiento previo de lo que se va a realizar en el laboratorio y seguir las recomendaciones del tutor, que a la vez son exigidas y establecidas por la norma. Esta práctica experimental es usada como una medida para estimar posibles asentamientos y otros horizontes del campo ingenieril. GUIA SUGERIDA 1. ¿Qué precauciones se deben tener para poder medir el peso unitario de suelos con muchas bolsas de aire? ¿Podría o no llenarse estos agujeros con cera? Rta/: Si podrían llenarse los vacíos con cera, de tal manera que la muestra no se inalterada en su estructura con las partículas de agua, dándole una característica de impermeabilidad. 2. ¿puede usted aplicar la técnica usada en la medición del peso unitario de las arenas? Rta/: No se puede aplicar dicha técnica debido a que el principio de Arquímedes presenta ciertas limitaciones, la arena al entrar en contacto con el agua tendría discontinuidad , corriéndose hacia los lados. 3. Explique si es posible o no usar otro liquido diferente al agua BIBLIOGRAFIA
ASTM 2937-94, AASHTO: T-180
Fundamentos de la Mecánica de Suelos, EULALIO JUAREZ BADILLO, Tercera Edición
Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica
ANEXOS 1. Toma de Muestras. Se realizó la toma de muestra de suelo en una de las zonas pertenecientes de la Universidad de Sucre ubicada a escasos metros de la cancha sintética.
2. Excavación Mediante picos y palas.
3. Extracción de La Muestra.
4. Muestra Tallada, con forma Cilíndrica.
5. Medición de Altura y de Diámetro.
6. Pesar en la Balanza de sensibilidad
7. Muestra añadida en un Beaker de 500 ml Con Agua y Recipiente de 500 ml Con agua sobrante, se registra el volumen Gastado del recipiente.
