PRACTICA N°1 HUMEDAD DE SUELOS, METODOS DE HORNO Y SPEEDY INV E – 122, INV E – 150
PRESENTADO POR: BRYAN FELIPE AVILÉS RAMÍREZ COD: 100416011468
PRESENTADO A: Ph.D. JAIME JAIME RAFAEL OBANDO OBANDO ANTE
UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE PAVIMENTOS MARZO DE 2018
INDICE
INTRODUCCION..................................................................................................................3 JUSTIFICACION...................................................................................................................3 OBJETIVOS...........................................................................................................................4 RESUMEN DEL MÉTODO .................................................................................................. 4 RESULTADOS ...................................................................................................................... 5 ANALISIS DE RESULTADOS.............................................................................................8 CONCLUSIONES................................................................................................................11 BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................12
INTRODUCCION La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica.1 El método tradicional de determinación de humedad del suelo, es por medio del secado al horno, donde la humedad de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas, en este informe no solo se calcularán humedades por este método tradicional, también se hará la cuantificación de humedades por medio del método del Speedy, el cual consiste en mezclar una muestra de suelo previamente pesada con carburo de calcio molido en el interior de una cámara de acero hermética, la cual posee en su base un manómetro registra la presión originada por el gas acetileno, entregando indirectamente la humedad del suelo referida al peso húmedo de la muestra 2.
JUSTIFICACION La necesidad de medir la humedad del suelo en forma rápida y efectiva conduce al desarrollo de nuevos métodos de medición, entre los cuales se destacan el método del Speedy y el más tradicional, el método del horno. Ambos ayudan a reducir tiempos de secado y obtención de resultados, permitiendo así realizar las correcciones necesarias a otros ensayos que se basan en este parámetro comúnmente utilizado en la construcción de vías y/o la caracterización del suelo (límite líquido, plástico, contracción, etc.)3. En el campo de la Ingeniería Civil, en lo que corresponde a la geotecnia y más específicamente a los pavimentos, es muy importante conocer el contenido de humedad natural de un suelo, pues con base a esta y otros parámetros del suelo se puede establecer cuál será su comportamiento (sólido, semisólido, plástico,) para que a partir de estos datos se diseñe la estructura con las respectivas resistencias y solicitaciones de carga que soportará durante su vida útil. La veracidad y confiabilidad de los resultados obtenidos en la determinación de humedad natural en los suelos utilizando el método del Speedy y el del horno dependerá en gran medida del procedimiento a seguir para evitar al máximo que se presenten errores que provoquen alteraciones en los resultados.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL ·
Identificar la humedad de los suelos por medio de métodos directos e indirectos los cuales se pueden ejecutar en un laboratorio o in situ.
OBJETIVOS ESPECIFICOS ·
Calcular la humedad presente en una muestra de suelo por medio de la reacción química del carburo de calcio con el agua disponible en dicha muestra, generándose un gas cuya presión es cuantificada con la ayuda de un manómetro (Lectura del Speedy).
·
Correlacionar las lecturas del Speedy con las curvas de calibración entregadas por el laboratorio para determinar así la humedad de las muestras.
·
Calcular la humedad de una muestra de suelo realizando valoraciones de sus respectivos pesos en estado natural y seco al horno para determinar así su contenido de agua por diferencia de pesos.
RESUMEN DEL MÉTODO Se llevó a cabo la práctica para dos tipos de suelo, una muestra de suelo fino color rojizo y la otra de suelo granular. Seguidamente se pesaron muestras en estado natural para luego ser llevadas al horno y al día siguiente obtener los pesos secos al horno para cuantificar así el contenido de humedad, por otro lado, se depositaron en el Speedy muestras de suelo de 6 gramos y la cantidad de carburo de calcio estipulada por el equipo, se introducen 2 bolas de acero con el fin de ayudar a la homogenización del carburo y el suelo, se cierra el dispositivo y se inicia la agitación, esta hasta que la lectura del manómetro sea estable, cuando sucede esto se toma el dato y se da por finalizado el ensayo. Luego con ayuda de las curvas de calibración entregadas por el laboratorio se entra con las lecturas del Speedy y teniendo en cuenta la línea de tendencia de los datos se determina la humedad.
RESULTADOS Los resultados que se obtuvieron en la práctica se presentan a continuación teniendo en cuenta las siguientes convenciones: ·
W1(gr)= Masa del recipiente + Masa muestra húmeda
·
W2(gr)= Masa del recipiente + Masa muestra seca
·
W3(gr)= Masa del recipiente Tabla 1. Masas y lectura del Speedy, muestra suelo granular.
ENSAYO 1 2 3
S. GRANULAR W1(gr) W2(gr) W3(gr) 695 665 65 665 622,5 63,2 475 440,1 80
SPEEEDY 5,6 9 10,8
Tabla 2. Masas y lectura del Speedy, muestra suelo fino rojizo.
ENSAYO 1 2 3
S. FINO ROJIZO W1(gr) W2(gr) W3(gr) 245 221,4 46,2 290 230,6 45 305 236,7 44,4
SPEEEDY 10 24,8 28
Adicionalmente se presentan los resultados de humedades de horno, calculados mediante la diferencia de masas. ·
Calculo tipo para muestra de suelo granular:
%
=
%
=
1−
2
2−
3
∗ 100
695 − 665 ∗ 100 665 − 65 %
=5
Tabla 3. Humedades de horno y lectura del Speedy, muestra suelo granular.
S. GRANULAR ENSAYO SPEEEDY W (%) 1 5,6 5,00 2 9 7,60 3 10,8 9,69 Tabla 4. Humedades de horno y lectura del Speedy, muestra suelo fino rojizo.
S. FINO ROJIZO ENSAYO SPEEEDY 1 10 2 24,8 3 28
W (%) 13,47 32,00 35,52
A manera de anexo se muestran las gráficas de las humedades de horno para las dos muestras de suelo Vs Lecturas de Speedy (Curvas de calibración). Grafica 1. Humedades de horno Vs lectura del Speedy, muestra suelo granular.
SUELO GRANULAR 14
4 12 # Z I M10 A T E 8 T N A S 6 A P , Y 4 D E E P S 2
y = 1.1224x + 0.0609 R² = 0.9961
0 0
2
4
6
8
10
12
14
HUMEDAD (W) DE HORNO %, PASANTE # 3/4
6
Grafica 2. Humedades de horno Vs lectura del Speedy, muestra suelo fino rojizo.
SUELO FINO ROJIZO 35 30 25
Y20 D E E P15 S
y = 0.7806x - 0.0626 R² = 0.9984
10 5 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
HUMEDAD (W) DE HORNO %
7
ANALISIS DE RESULTADOS Después de realizar las curvas de calibración se procedió a correlacionar las lecturas del Speedy con la humedad de horno, para esto se empleó las ecuaciones que arrojaron las respectivas regresiones para cada curva de calibración. En el caso del suelo granular se obtuvo la siguiente ecuación. y = 1.1224x + 0.0609 Donde: ·
Y= Lectura de Speedy
·
X= Humedad corregida (%)
Para la muestra de suelo fino color rojizo se obtuvo la siguiente ecuación. y = 0.7806x - 0.0626 Donde: ·
Y= Lectura de Speedy
·
X= Humedad corregida (%)
Al observar los coeficientes de regresión (R2) y la cercanía que presentan a la unidad (1) se puede inferir la confiabilidad de las ecuaciones empleadas para el cálculo de las humedades corregidas, enseguida se presentan las diferentes humedades corregidas para cada tipo de suelo de acuerdo a su respectiva ecuación y lectura del Speedy. Tabla 5. Correlaciones de lectura de Speedy para hallar humedad corregida.
SUELO FINO ROJIZO SUELO GRANULAR LECT. HUMEDAD HUMEDAD ENSAYO ENSAYO SPEEDY SPEEDY CORREGIDA(%) CORREGIDA 1 5,6 4,94 1 10 12,89 2 9 7,96 2 24,8 31,85 3 10,8 9,57 3 28 35,95 Así pues, se puede calcular el porcentaje de error que presentan los resultados de humedades obtenidos a través del horno con respecto a los hallados con las curvas de calibración con base en la siguiente ecuación.
Estimados los porcentajes de error, se presentan en la siguiente tabla. Tabla 6. Porcentaje de error de humedades.
% ERROR SUELO GRANULAR SUELO FINO ROJIZO HUMEDAD HUMEDAD HUMEDAD HUMEDAD ENSAYO DE % ERROR ENSAYO DE % CORREGIDA CORREGIDA HORNO HORNO 5,00 4,94 1,32 13,47 12,89 1 1 7,60 7,96 4,59 32,00 31,85 2 2 9,69 9,57 1,29 35,52 35,95 3 3 Recordando que el método de ensayo del Speedy es aplicable a casi todo suelo arenoso y fino vale la pena resaltar que, para producir resultados precisos, el reactivo debe reaccionar con toda el agua que no se ha hidratado químicamente con minerales o compuestos del suelo, algunos suelos arcillosos altamente plásticos o suelos que no son suficientemente desmenuzadables, pueden producir resultados que no son representativos, ya que parte del agua puede estar atrapada dentro de los terrones de suelo y no entrar en contacto con el reactivo4. También se puede presentar el caso de muestras de suelo que contienen dentro de su estructura componentes químicos que van a reaccionar de forma impredecible con el reactivo, arrojando resultados incorrectos, por estas razones se deben construir curvas de calibración para cada tipo de suelo. Otra observación importante que podría hacerse con respecto al porcentaje de error presentado seria, las cantidades de muestra para determinar contenido de humedad por el método del Speedy son solo 6 gramos, mientras que para la humedad de horno se trabaja con muestras que van desde los 500 gramos a los 1000 gramos. luego es mucho más susceptible la muestra del Speedy a tener trazas de otros materiales que no reaccionen como se espera con el carburo de calcio, generando así sesgo en los resultados. En cuanto a la muestra de suelo grueso, cabe mencionar que se ejecutó el ensayo del Speedy con pasante del tamiz #4 restringiendo los sobretamaños presentes debido al tamaño del 9
ERROR 4,50 0,48 1,20
probador, así pues, era de esperarse que las humedades de horno obtenidas fueran menores con relación a las obtenidas con las lecturas del Speedy, como se puede observar en la tabla 6 este supuesto no se cumplió para todos los especímenes ensayados, pues los resultados de humedades corregidas provienen de la ecuación que describe la línea que mejor se ajusta a la nube de puntos, no necesariamente sea esta la ecuación correcta, esto podría explicar los pequeños porcentajes de error presentados en los resultados. En cuanto a la muestra de suelo fino, se pude resaltar que la muestra ensayada en el Speedy no se hizo con pasante del tamiz #4, es decir se tomó una muestra de 6 gramos de la masa total de suelo, con relación a sus porcentajes de error es válido decir que estos se presentan ya que al momento de adicionar agua a la muestra para ir aumentando su humedad la homogeneización que se le hizo a la muestra no fue del todo buena, porque al agregar los 6 gramos de muestra a la balanza se podía notar la presencia de grumos o terruños de tierra lo que indudablemente iba a sesgar los resultados obtenidos en el ensayo.
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CONCLUSIONES ·
El procedimiento de determinación de humedad por el método del Speedy resulta muy rápido y efectivo, pues no solo es aplicable a suelos fino sino también a suelos granulares, también da una buena aproximación en campo del contenido de humedad de los suelos. No obstante, se recomienda que las humedades se determinen mediante el método de secado al horno, pues el Speedy está limitado por la presencia de trazas de suelos plásticos y la reducida muestra tomada para el ensayo.
·
El incremento de la humedad de horno implica una mayor lectura del Speedy, pues es válido afirmar que existe mayor cantidad de agua que reaccionara con el carburo de calcio generando mayor presión.
·
Los valores de lectura del Speedy en suelos granulares son menores respecto a los suelos finos ya que los finos tienen más contenido de agua debido a que poseen mayor superficie especifica.
·
En suelos finos la humedad de horno se espera que siempre sea mayor que la lectura del Speedy y en los suelos granulares se esperaría que sucediera lo contrario.
BIBLIOGRAFIA 1. Indhygo. (2010, septiembre 28). Determinación del contenido de humedad [Comentario
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http://indhygo-
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https://www.clubensayos.com/Ciencia/METODO-DEL-SPEEDY/1429197.html 3. Eddy.hgz. (2011, marzo 23). Consistencia, Limites de Atterberg: Limite Liquido, Plástico,
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Retracción
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http://uningenierocivil.blogspot.com/2011/03/consistencia-limites-de-atterberg.html 4. Invias. (2013). Norma INV E-150-13. DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DE SUELOS EMPLEANDO UN PROBADOR CON CARBURO DE CALCIO. PAG E150-1
