FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEÓRICO
¿Qué es la roca? Se le denomina roca a cada uno de los diversos materiales sólidos, formados por cristales o granos de uno o más minerales, de que está hecha la parte sólida de la Tierra y otros cuerpos planetarios. Las rocas se forman por procesos diversos, según un ciclo cerrado, llamado ciclo llamado ciclo litológico o ciclo de las rocas, en el cual pueden intervenir intervenir incluso seres incluso seres vivos. Las rocas están constituidas, constituidas, en general, por mezclas heterogéneas de diversos materiales homogéneos homogéneos y cristalinos, es decir, minerales. decir, minerales. Las Las rocas poliminerálicas están formadas por granos granos o cristales de varias especies mineralógicas y las rocas monominerálicas monominerálicas están constituidos por granos o cristales de un solo mineral. Las rocas suelen ser materiales duros, pero también pueden ser blandas, como ocurre en el caso de las rocas arcillosas o las arenosas.
¿Cómo se clasifican las rocas? Ígneas: Se forman por el enfriamiento y solidificación de minerales que se encuentran fundidos en el interior o en la superficie terrestre. Estos minerales pueden salir a la superficie a través de los volcanes.
Sedimentarias: Se forman a partir de otras rocas, que al ser erosionadas y transportadas a otros lugares, se acumulan y se compactan los sedimentos para formar rocas sedimentarias.
Metamórficas: Resultan de la transformación de rocas preexistentes en estado sólido debido a los efectos de altas presiones y temperaturas.
¿Qué es el suelo?
El suelo está compuesto por minerales, materia orgánica, diminutos organismos vegetales y animales, aire y agua. Es una capa delgada que se ha formado muy lentamente, a través de los siglos, con la desintegración de las rocas superficiales por la acción del agua, los cambios de temperatura y el viento. Los plantas y animales que crecen y mueren dentro y sobre el suelo son descompuestos por los microorganismos, transformados en materia orgánica y mezclados con el suelo.
Los minerales provienen de la roca madre, que se deshace lentamente. También pueden ser aportados por el viento y el agua, que los arrastran desde otras zonas erosionadas. erosionadas. La materia orgánica es el producto de la descomposición de vegetales y animales muertos. Puede almacenar gran cantidad de agua y es rica en minerales. Los microorganismos o pequeños organismos son de dos tipos: los que despedazan la materia orgánica (insectos y lombrices) y los que la descomponen liberando liberando los nutrientes (hongos, bacterias). Viven dentro del suelo y, además de intervenir para que la materia orgánica sea nuevamente utilizada por las plantas, ayudan a pulverizar las rocas. Lombrices e insectos forman poros que permiten la aireación, el almacenaje del agua y el crecimiento de las raíces. Agua y aire ocupan los poros, espacios entre las partículas de suelo que se producen por las irregularidades de su forma y tamaño. La distribución y tamaño de los poros es importante. Una excesiva cantidad de poros pequeños origina suelos compactos, pesados, húmedos y un pobre crecimiento de las raíces. Demasiados poros grandes forman suelos sueltos que se secan rápidamente. Cuando más pequeño es el poro, más difícil es para la planta absorber agua de él.
¿Cómo se origina el suelo? El suelo se origina a partir de la roca madre. Esta sufre la acción continua e ininterrumpida del clima (lluvia, granizo, nevadas, viento, temperatura, etc.) y de los seres vivos, que poco a poco van disgregando la roca madre y la van fragmentando cada vez en partículas más pequeñas. Primero es la acción del clima la que hace notar sus efectos sobre la roca y cuando esta ha sido suficientemente fragmentada y posee la capacidad de retener agua comienzan a desarrollarse las primeras plantas, las que continuarán rompiendo las partículas de la roca. Al cabo de un tiempo, el suelo ya podrá soportar vegetales más grandes y con ellos consumidores, los que al principio será pequeños, pero con el pasar del tiempo irán en aumento, no solo en número sino en tamaño. Para formar unos pocos centímetros de suelo son necesarios cientos o incluso miles de años. El material originario tiene una obvia influencia sobre las características de los suelos, entre ellas, la capacidad de retención del agua y la disponibilidad de nutrientes esenciales. Tales características dependen de la incidencia de otros factores igualmente importantes: el clima (sobre todo las precipitaciones y la temperatura), el relieve, los seres vivos que lo habitan y la edad del suelo. En un ambiente no perturbado, la mayor parte de los nutrientes minerales permanecen dentro del sistema formado por el suelo mismo, las plantas, los microorganismos y la pequeña fauna que el suelo contiene y mantiene.
Propiedades del suelo Las propiedades de los suelos resultan de la interacción entre los factores mencionados. Esta interacción se refleja en el tamaño de los fragmentos producidos por la alteración del material originario, el tamaño de esos fragmentos o partículas determina las propiedades. Porosidad Es la capacidad del suelo de tener entre sus partículas poros. A menor tamaño de las partículas menor será la porosidad del suelo y viceversa.
Permeabilidad
Es la capacidad del suelo de dejar pasar el agua. A mayor porosidad, mayor permeabilidad y viceversa. Capilaridad Es la propiedad del suelo que le permite retener agua entre las partículas. A mayor porosidad, mayor permeabilidad y menor capilaridad. El agua retenida por capilaridad es la que aprovechas los productores, por lo que un suelo con buena capilaridad será más fértil que uno con mayor permeabilidad.
Acidez
El pH del suelo determina la acidez del mismo. Un suelo con pH menor a 7 será ácido y con un pH mayor será básico, y si el pH es 7, el suelo es neutro. El pH es determinado por los múltiples factores que intervienen en la génesis del suelo. A su vez, el pH del suelo afecta de modo singular su capacidad para retener minerales. Afecta también, en forma marcada y diferente, la solubilidad de ciertos iones.
ENSAYO N°1: Contenido de Humedad
Los suelos pueden tener algún grado de humedad lo cual esta directamente relacionado con la porosidad de las partículas. La porosidad depende a su ves del tamaño de los poros, su permeabilidad y la cantidad o volumen total de poros. Las partículas de suelo suelen pasar por cuatro estados, los cuales se describen a continuación:
Totalmente seco Se logra mediante un secado al horno a 110°C hasta que los suelos tengan un peso constante. Parcialmente seco Se logra mediante la exposición al aire libre. Saturado y superficialmente seco En un estado limite en el que los suelos tienen todos sus poros llenos de agua pero superficialmente se encuentran secos. Este estado solo se logra en el laboratorio. Totalmente húmedo Todos los suelos están llenos de agua y además existe agua libre superficial.
Se denomina humedad del suelo a la relación que hay entre la cantidad de agua que hay en el suelo por el peso seco de la muestra. La humedad del suelo siempre se expresa en porcentaje.
% =
Donde: W%: Contenido de humedad Ww: Peso del agua Ws: Peso del solido
× 100
Equipos utilizados Una balanza 3 taras 1 horno Muestra de suelo
Procedimiento
1. Colocamos una muestra de suelo en una tara y la pesamos.
2. Después de pesar la muestra procedemos a meterla al horno.
3. Dejamos secar la muestra un día, la retiramos y pesamos.
Calculos:
N° DE ENSAYO N° DE EMBASE Wrecipiente (gr) Wrecip sw (gr) Wrecip s (gr) Ww (gr) Wseco (gr) %ω PROMEDIO %ω
Contenido de Humedad 1 2 117 136 16.26 19.91 163 153.20 158.81 149.56 4.19 3.64 142.55 129.65 2.93 2.81 3,017
Ww= Wrecip sw - Wrecipiente
3 138 16.95 154.15 149.75 4.40 132.8 3.31
Wseco = Wrecip s - Wrecipiente
%ω =
WHúmedo Wseco Wseco
x 100
Ensayo 1: Ww= 163 – 158.81 = 4.19 g Wseco = 158.81 – 16.26 = 142.55 g ω=
4.9
x100 = 2.93 %
42.55
Ensayo 2: Ww= 154.15 – 149.75 = 4.40 g Wseco = 149.56 – 19.91 = 132.8 g ω=
3.64
x100 = 2.81 %
29.65
Ensayo 3: Ww= 153.20 – 149.56 = 3.64 g Wseco = 149.56 – 19.91 = 129.65 g ω=
3.64
x100 = 3.31 %
29.65
Conclusiones:
El contenido de humedad de un suelo es de suma importancia ya que servirá para ver cómo se comportara el suelo y cuanto es la carga posible a soportar. El contenido de humedad de la muestra usada para este ensayo es de 3.017%. Este valor es bajo por lo que se puede concluir que este suelo puede ser usado en construcción.
ENSAYO N°2: Peso específico Natural
El peso específico natural relaciona el peso de las distintas fases del suelos con sus volúmenes. =
Donde: Wm: Peso de la muestra Vm: Volumen de la muestra : Peso especifico natural
Equipo utilizado: Taras Parafina Muestra de suelo Brochas Estufa
Procedimiento 1. Tomamos una muestra lo suficiente para que queda en un probeta 2. Limpiamos la muestra y procedemos a pesarla .
3. Se calienta la parafina hasta que se vuelva liquida, esto nos servirá la permeabilizar la muestra. Tenemos que asegurarnos de cubrir todos los espacios para que no haya variaciones en el resultado.
4. Volvemos a pesar la muestra, llenamos la probeta hasta una cierta cantidad de agua y colocamos la muestra. El incremento en el volumen del agua será igual al volumen de la muestra.
Calculos: Peso especifico natural Parafina Wsw (gr) Wparafina sw (gr) Vparafina swa (gr) Wparafina (gr) Vparafina (gr) Vswa (gr)
0.87
ᵞ
ᵞ
68.15 72.79 40 4.64 5.33 34.67 1.96
98.90 107.85 60 8.95 10.29 49.71 1.99
1.975
ᵞpromedio
Ensayo 1: WParafina = 72.79 – 68.15 = 4.64 g 4.64
VParafina = .87 = 5.33 Vswa = 40 – 5.33 = 34.67 g 68.5
ᵞ = 34.67 = 1.96
Ensayo 2: WParafina = 107.85 – 98.90 = 8.95 g 8.95
VParafina = .87 = 10.29 Vswa = 60 – 8.95 = 49.71 g 98.9
ᵞ = 49.7 = 1.99
Conclusiones:
La parafina sirve para impermeabilizar la muestra, para que asi no hay alteraciones en la toma de datos. El peso específico natural de la muestra es 1.99. También se usó otro método para poder hallar el peso específico. Se usó para corroborar los datos ya obtenidos. En este método se hace uso de una balanza hidrostática. El dato obtenido será el del peso sumergido, la diferencia de este con el peso de la muestra con parafina será igual al volumen de la muestra.
ENSAYO N°3: Peso específico de los solidos
El peso especifico relativo de solidos se define como la relación que existe entre el peso de los solidos y el peso del volumen desalojado por los mismos. Generalmente la variación es de 2.6 a 2.8 aunque existen excepciones como en el caso de la turba en la que se han registrado valores de 1.5 y aun menores, debido a la presencia de materia organica. El peso especifico realtivo de solidos es una propiedad índice que debe determinarse a todos los suelos, debido a que este valor interviene en la mayor parte de los cálculos relacionado con la mecánica de suelos, en forma relativa, con los diversos valores determinados en el laboratorio pueden clasificarse algunos materiales.
=
Donde: Ws: Peso del solido Vs: Volumen del solido Gs: Peso especifico relativo de solidos :Densidad del agua Gs para cada tipo de suelos
Grava, arena y limo 2.85 – 2.60 Arcilla Inorgánica 2.75 – 2.65 Arcilla Orgánica 2.60 – 2.55 Turba (Suelo orgánico) 2.50 – 1.50
Equipo Utilizado
Matraz Muestra Balanza Recipiente Estufa
×
Procedimiento 1. Llenamos un matraz con agua y lo pesamos 2. Retiramos el agua del matraz y colocamos una porción de suelo.
3. Calentamos el matraz hasta el punto de ebullición, esto permitirá eliminar el aire.
4. Finalmente, pesamos la muestra y la ponemos al horno.
Cálculos: Peso especifico relativo de solidos N° Frasco 2 Wfrasco w (gr) 337.30 Wfrasco sw (gr) 417.85 N° Recipiente T-11 208.18 Wrecipiente (gr) 338.79 Wrecipiente s (gr) Ws (gr) 130.61 GS 2.62 Ws= 338.79 – 208.18 = 130.61 g 3.6
Gs = 337.3−47.85+3.6 = 2.62
Conclusiones
El peso especifico de la muestra es 2.62, este valor está en el intervalo de gravas, arenas o limos
ASTM D854: Método de prueba estándar para la gravedad especifica de los sólidos del suelo por picnómetro MASA DEL PICNÓMETRO Utilizando la misma balanza empleada para calibrar el picnómetro, se verifica que la masa del picnómetro esté dentro de 0,06 g de la masa calibrada promedio. Si no lo está, se debe calibrar nuevamente la masa seca del picnómetro.
MÉTODO A
Procedimiento para muestras húmedas: Se determina el contenido de agua de una porción de la muestra de acuerdo con la norma ASTM D 2216. Con este contenido de agua, se calcula el rango de masas húmedas para el peso específico según el numeral 7.1. De la muestra, se obtiene una parte dentro de ese rango. No se debe muestrear para obtener una masa predeterminada exacta. Se dispersa el suelo utilizando una mezcladora o dispositivo equivalente. Se le añaden alrededor de 100 ml de agua al suelo. El volumen mínimo de lechada o pasta aguada que puede prepararse con este equipo requiere generalmente emplear un picnómetro de 500 ml. Empleando el embudo, se vierte la lechada dentro del picnómetro. Se escurren hacia el picnómetro las partículas de suelo que puedan quedar en el embudo con empleo de un frasco de lavado atomizador.
MÉTODO B
Procedimiento para muestras secas al horno: Se debe secar la muestra hasta una masa constante en un horno mantenido a 110 °C± 5 °C. Se fraccionan los grumos de suelo que puedan existir utilizando un mortero con pizón. Si el suelo no se dispersa fácilmente luego del secado o si cambia de composición, se debe usar el Método de Ensayo A. Se coloca el embudo en el picnómetro. El vástago del embudo debe extenderse más allá de la marca de calibración o sello del tapón. Vierta con cuchara los sólidos de suelo directamente en el embudo. Escurra las partículas de suelo que queden en el embudo hacia el picnómetro con empleo de un frasco de lavado atomizador. PREPARACIÓN DE LA LECHADA DE SUELO Se añade agua hasta que el nivel de está se halle entre 1/3 y 1/2 de la altura del cuerpo principal del picnómetro. Se agita el agua hasta que se forme la lechada. Escurra cualquier partícula adherida al picnómetro hacia la lechada. Si no se forma lechada, sino una pasta viscosa, se debe usar un picnómetro de mayor volumen. NOTA 5. Para algunos suelos con una fracción significativa de materia orgánica, el kerosene resulta un agente humectante mejor que el agua y puede usarse en lugar de agua potable para muestras secas al horno. Si se emplea kerosene, el aire
atrapado sólo se debe extraer con un aspirador. El k erosene es un líquido inflamable que debe usarse con extremo cuidado. DEAIREACIÓN DE LA LECHADA DE SUELO El aire atrapado en la lechada se puede extraer con calor (ebullición), vacío, o combinando calor y vacío. Cuando se emplea el método de calor solamente (ebullición), la duración debe ser como mínimo de 2 h desde que la mezcla suelo-agua inicia la ebullición. Se debe emplear sólo el calor suficiente para mantener la lechada hirviendo. Se agita la lechada convenientemente para evitar que algunas partículas se adhieran o se sequen sobre el vidrio por encima de la superficie de la lechada. Si se emplea sólo vacío, el picnómetro debe agitarse continuamente al vacío durante 2 h como mínimo. Agitarlo continuamente significa que los sólidos de limo/arcilla permanezcan en suspensión, y la lechada esté en constante movimiento. El vacío debe permanecer relativamente constante y ser suficiente para causar burbogeo al comienzo del proceso de deaireación. Si se utiliza una combinación de calor y vacío, los picnómetros pueden colocarse en un baño de agua tibia (no más de 40 ° C) mientras se aplica el vacío. El nivel de agua en el baño debe estar ligeramente por debajo del nivel de agua en el picnómetro; si el vidrio del picnómetro se calienta, el suelo por lo general se pega o se seca contar el vidrio. La duración para vacío y calor debe ser de al menos 1 h luego de iniciarse la ebullición. Durante el proceso, la lechada debe agitarse convenientemente para mantener el hervor y evitar que el suelo se seque contra el picnómetro. LLENADO DEL PICNÓMETRO CON AGUA Se llena el picnómetro con agua deaireada (véase el numeral 8.2.2) introduciendo el agua a través de un pedazo de tubo flexible de diámetro pequeño, manteniendo su extremo de salida ligeramente por debajo de la superficie de la lechada en el picnómetro o empleando el tubo de llenado del picnómetro. Si se emplea el tubo de llenado del picnómetro, debe llenarse el tubo con agua y cerrar la válvula. Se coloca el tubo de forma que los orificios de drenaje queden justo en la superficie de la lechada. Se abre la válvula ligeramente para dejar que el agua fluya sobre la parte superior de la lechada. Mientras se desarrolla la capa de agua clara, se levanta el tubo y se incrementa la velocidad del flujo. Si el agua añadida se torna gris, no se agrega agua por encima de la marca de calibración o hacia el área del sello del tapón. El agua restante se añade al día siguiente. Si se utiliza un frasco ionizado con tapa, se llena el frasco, de forma que la base del tapón quede sumergida en agua. Luego se asienta el tapón en un ángulo sobre el cuello en forma de cuña para impedir que se atrape aire debajo del tapón. Cuando se emplea un frasco volumétrico o taponado, se debe llenar el frasco hasta o por encima de la marca de calibración según se prefiera. Si se ha empleado calor, la muestra se deja enfriar a temperatura cercana a la del ambiente.
EQUILIBRIO TÉRMICO Coloque el (los) picnómetro(s) en el recipiente o contenedor aislado. El termómetro (en un vaso de laboratorio), y una botella de agua desaireada con gotero o pipeta también deben guardarse en el recipiente aislado. Estos aditamentos se mantienen en el recipiente tapado durante la noche para alcanzar equilibrio térmico. DETERMINACIÓN DE MASA DEL PICNÓMETRO Si el recipiente aislado no se encuentra próximo a una balanza, se debe mover el recipiente al lado de una balanza o viceversa. Se abre el recipiente y se extrae el picnómetro. Sólo se debe tocar la boca del picnómetro pues el calor de las manos puede alterar el equilibrio térmico. Se coloca el picnómetro en un bloque aislado. Si se utiliza un frasco volumétrico, se ajusta el nivel del agua a la marca de calibración siguiendo el procedimiento descrito en el numeral 8.4.1. Si se emplea un frasco taponado, se debe colocar el tapón en la botella mientras se retira el agua en exceso utilizando un gotero. Se seca la boca utilizando una toalla de papel. Hay que cerciorarse de que toda la parte exterior del frasco está seca. Se mide y registra la masa del picnómetro, suelo, y agua con precisión de 0,01 g, utilizando la misma balanza empleada para calibrar el picnómetro. MASA DE SUELO SECO Se determina la masa de un recipiente con exactitud de 0,01 g. Se traslada la lechada de suelo al recipiente. Es necesario que se transfiera todo el suelo y se puede añadir agua. Se seca la muestra a una masa constante en un horno mantenido a 110 °C± 5 °C y se enfría en un secador. Si el recipiente puede sellarse de forma que el suelo no absorba humedad durante el enfriamiento, no hace falta el secador. Se mide la masa seca de sólidos de suelo más el recipiente con exactitud de 0,01 g, usando la balanza designada. Se calcula y anota la masa de los sólidos de suelo secos con exactitud de 0,01 g.
ASTM D2216: Método de prueba estándar para a determinación en laboratorio del contenido de humedad de los suelos y rocas por masa
SELECCIÓN DEL ESPECIMEN DE PRUEBA Cuando el espécimen de prueba es una porción de una gran cantidad de material, el espécimen debe ser seleccionado para ser representativo de las condiciones de humedad de la totalidad del material. La manera por la cual es seleccionado el espécimen de prueba depende del propósito y las aplicación de la prueba, el tipo de material que está siendo probado, la cantidad de agua, y el tipo de muestra (de otras pruebas, sacos, bloques y similares). Para muestras alteradas como recortes, muestras en sacos y similares, se obtiene el espécimen de prueba por uno de los siguientes métodos: Si el material es tal que puede ser manipulado sin pérdidas significativas de humedad ni segregación, el material debe ser homogenizado y entonces selección una porción representativa usando una pala de tamaño tal que no más que unas pocas paladas sean requeridas para obtener el tamaño apropiado de espécimen. Si el material es tal que no puede ser completamente homogenizado o mezclado y muestreado con una pala, se forma un apilamiento de material, mezclando tanto como sea posible. Tome al menos cinco porciones de material de diferentes puntos al azar, usando un tubo de muestreo, cucharón, pala, cuchara de albañil, o aparatos similares apropiados para el tamaño máximo de las partículas presentes en el material. Se combinan todas las porciones para el espécimen de prueba. Si el material o las condiciones son tales que no se puede apilar, se toman tantas porciones de material como sea práctico, usando puntos al azar, que mejor representarán la condición de humedad. Combine todas las porciones para el espécimen de prueba. Muestras intactas tales como: bloques, tubos, testigos obtenidos por medio de brocas, y similares; obtenga el espécimen de prueba por uno de los siguientes métodos, dependiendo del propósito y uso potencial de la muestra. Usando un cuchillo o segueta u otra herramienta afilada, corte la porción externa dela muestra una distancia suficiente para ver si el material esta estratificado y para remover algún material que está más seco o más húmedo que la porción principal dela muestra. Si la existencia de estratificación es cuestionable, parta la muestra por la mitad. Si el material no es estratificado, obtenga el espécimen cumpliendo con los requerimientos de masa así: 1) Tomando una mitad completa del intervalo a ser ensayado; 2) cortando una porción representativa del intervalo a ser ensayado; o 3)cortando la superficie expuesta de una de las mitades o del intervalo a ser ensayado. Si el material está estratificado, (o más de un tipo de material es encontrado), seleccione un espécimen promedio, o especímenes individuales, o ambos. Los
especímenes deben ser identificados adecuadamente como la localización, o lo que ellos representan, y comentarlo apropiadamente en las hojas de datos o de ensayo. PROCEDIMIENTO 1. Determinar y anotar el peso del recipiente de la muestra limpio y seco 2. Colocar el espécimen húmedo de prueba en el contenedor y, si es usada, colocar la tapa en una posición segura. Determinar la masa del recipiente y el material húmedo usando una balanza. Nota: Para prevenir el mezclado del espécimen y dar lugar a resultados incorrectos, todos los recipientes, y sus tapas si se usan, deben ser numeradas. Los números de los recipientes deberán estar anotados en las hojas de datos. Los números de las tapas deben concordar con el número de recipiente para eliminar confusiones. 3. Remover la tapa (si se usa) y colocar el recipiente con el material húmedo en el horno de secado. Secar el material a masa constante. Mantener el horno a 110°C ±5°C a menos que se especifique de otra forma.(Ver sección 1.4). El tiempo requerido para obtener masa constante, variará dependiendo del tipo de material, del tamaño del espécimen, del tipo de horno y su capacidad y otros factores. La influencia de estos factores puede ser establecida generalmente por un buen juicio, y la experiencia con los materiales que están siendo probados y los aparatos usados. 4. Luego de que el material ha sido secado a masa constante, retire el recipiente del horno, (coloque la tapa si se usa). Permita al material y recipiente enfriarse a temperatura ambiente o hasta que el recipiente pueda ser manipulado con las manos desnudas y la operación de la balanza no será afectada por la convección de las corrientes de aire o ser calentada. Determinar el peso del contenedor y el material secado usando la misma balanza. Anote su valor. Las tapas a presión deberán ser usadas si parece que el espécimen absorbe humedad del aire previo a la determinación del peso seco.
BIBLIOGRAFIA
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