MECÁNICA DE SUELOS
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INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO N° 01: CONTENIDO DE HUMEDAD (w %) PESO ESPECIFICO NATURAL (Y gr/cc) GRAVEDAD ESPECÍFICA DE SOLIDOS (Gs) CURSO
: MECÁNICA DE SUELOS
PROFESOR
: Ing. OSCAR DONAYRE CÓRDOVA
INTEGRANTES : 1. Tamayo Labán Roberto U201424282 2. Arzapalo Mendoza Cristian U201504360 3. Paul
LIMA 2018-1
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1. INTRODUCCION Para la ingeniería civil el término suelo posee un significado amplio, ya que se refiere a todo el material que se encuentra por encima del suelo rocoso. Además, se define también como a todas aquellas rocas que se ablanden y desintegren fácilmente bajo la acción del agua. A su vez, podemos definir al suelo como una mezcla de materiales sólidos, líquidos (agua) y gaseosos (aire). Es importante mencionar que el primer paso para la ejecución de un proyecto de gran envergadura y de acuerdo con los parámetros de la norma E.020 del RNE. Consiste en la elaboración de un buen estudio de suelos. En el siguiente informe se explicará las técnicas y procedimientos para determinar las propiedades físicas del suelo.
2. OBJETIVOS El objetivo del presente laboratorio es poner en práctica los conocimientos teóricos aprendidos en clase, conocer técnicas y procedimiento para la manipulación de muestras de suelos, conocer el funcionamiento de los equipos empleados para la toma de medidas, finalmente saber interpretar los resultados obtenidos de los ensayos.
Imagen 1 (*)
Imagen 2 (*)
(¨*) Imágenes tomadas en el laboratorio de Mecánica de Suelos – UPC_VILLA (24-03-18).
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ENSAYO N° 01 CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO (W)% (Normas: ASTM D-2216-08 / NTP 339.127)
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RESUMEN Un espécimen de ensayo es secado en un horno hasta llegar a un peso constante. Se considera que el peso perdido debido al secado está c ompuesto por agua. El contenido de humedad humedad se calcula calcula usando el peso de agua y el peso del espécimen seco.
EQUIPOS:
-
Balanza electrónica, con sensibilidad de 0.01 gr para especímenes de hasta 200 gr (sin incluir el peso de la cápsula de secado) y con sensibilidad de 0.1 gr para especímenes de más de 200 gr.
4 recipientes, hechos de un material resistente a la corrosión y al cambio de peso debido al calentamiento repetitivo, enfriamiento, exposición a materiales de pH variado y a la limpieza.
-
Utensilios, para los distintos procedimientos y para la correcta manipulación de los equipos y materiales.
-
-
-
Horno, controlado por termostatos capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 +- 5°C. Muestras representativas del suelo a estudiar, además deben cumplir la Norma ASTM D-4220 de preservación y transporte.
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CODIGOS Y ESTANDARES Todos los sistemas o métodos, Las especificaciones de equipos deberán incluir referencias a las secciones específicas de los siguientes códigos y estándares donde sea apropiado.
Norma Técnica Peruana (NTP) 339.127.
PROCEDIMIENTO: 1.
Determinar y registrar el peso de de un contenedor contenedor o tarro pequeño limpio y seco en gramos. Estos recipientes no son aptos para gravas.
2.
Seleccionar un espécimen representativo de la muestra a ensayar entre 100 a 200 gr. El cual contiene arena y finos (limos y arcillas) para nuestro estudio de suelo utilizamos una muestra con características disturbadas inalterada. Nota: Cuando un material contiene gravas, arenas y finos, el peso promedio para hacer clasificarlo es suficiente 2.5 a 3 Kilos, pero cuando contiene arena es suficiente 500gr a 1 kg, y si el suelo tiene finos y arcillas bastará con un pequeño bloque de 500 gramos.
3.
Determinar el peso del recipiente con el espécimen espécimen húmedo, y registramos este este valor valor en nuestra ficha.
4.
Colocar el recipiente con el material en el horno y dejarlo secar y verificar que la muestra tenga un peso constante.
5.
Retirar el recipiente recipiente del horno y dejarlo enfriar ligeramen te (de modo que sea fácil fácilmente mente manipulable) y finalmente, determinar el peso del recipiente con el material secado en horno usando la misma balanza que en los casos anteriores, y registrar este valor.
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CÁLCULOS Para obtener el contenido de humedad de la muestra, se utilizara la siguiente formula:
=
− 2 2 −
10 0 =
100
Los cálculos obtenidos en el laboratorio son los siguientes: 1 N° de Recipiente
B14
B15
2 W recipiente
(gr)
13.7
13.6
3 W recipiente sw
(gr)
45.1
58.8
4 W recipiente s
(gr)
39.4
50.4
5 W w: 3 – 4
(gr)
5.7
8.4
6 W s: 4 – 2
(gr)
25.7
36.8
22.18%
22.83%
Contenido de Humedad (w)
(%)
Promedio de humedades (w)
22.50%
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: -
-
Debe tomarse siempre en cuenta que el espécimen a ensayar debe ser representativo de la muestra a la cual queremos determinar la humedad. (Tamayo Labán Roberto ) Hay que tener tener mucho cuidado con las las muestras muestras que son muy sensibles sensibles de ganar o perde perderr humedad en contacto con el medio ambiente pues podríamos obtener resultados poco reales si no se toman las medidas necesarias. ( Tamayo Labán Roberto )
-
La temperatura de 110 +- 5°C es muy alta para suelos orgánicos, suelos con alto contenido calcáreo o de otro mineral, ciertas arcillas y suelos tropicales que pueden contener agua de hidratación levemente adherida que podría perderse, generando cambios indeseables en las características del suelo; en estos casos debe secarse a 60°C. (Tamayo Labán Roberto)
-
Cuando se utilizan utilizan varias muestras como en este caso, se debe eliminar la la muestra con el resultado más distante a los demás, pues este, probablemente se afectó por el error humano o de algún equipo (en nuestro caso se elimina la 4ta muestra). Finalmente se realiza el promedio de los resultados restantes, que será uno acorde a la humedad real. ( Tamayo Labán Roberto)
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Luego de haber realizado el ensayo de laboratorio se puede concluir que que el suelo es un material que tiene características diferentes según la región en la se estudian, en este caso nos demuestra que existen ciertas regiones poco húmedas lo cual depende directamente del tipo de suelo que habite en ello por lo tanto el porcentaje de humedad de cada capa de suelos define entonces el tipo de suelo y las actividades que se pueden realizar en ello. Así mismo, es importante conocer las propiedades fiscas de los suelos de esta manera podremos saber su comportamiento cuando se realice una estructura sobre este. (Arzapalo Mendoza Cristian)
ENSAYO N° 02 PESO ESPECIFICO NATURAL (Y gr/cc)
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ALCANCES El alcance del presente documento establece los estándares de ingeniería y las prácticas a seguir en la ejecución del método de ensayo ensayo para la obtención del peso volumétrico de un suelo. EQUIPOS:
Balanza electrónica, Con sensibilidad de 0.1 gr.
Probeta graduada de 1000 ml.
Pipeta, espátulas.
Parafina de peso específico conocido 0.87 gr/cc
Recipiente hondo pequeño.
CODIGOS Y ESTANDARES Todos los sistemas o métodos, Las especificaciones de equipos deberán incluir referencias a las secciones específicas de los siguientes códigos y estándares donde sea apropiado:
Reglamento Nacional de Edificaciones. (RNE)
NORMA E.020
CRITERIOS DEL MËTODO DEFINICIONES El peso volumétrico es la relación del peso de la masa de suelo entre su volumen de masa. Se consideran las tres fases del suelo. A esta densidad del suelo se le conoce también como peso unitario o peso específico de masa. El ensayo consiste en determinar el peso y el volumen de una muestra inalterada.
Ɣ=
PRINCIPIO DEL MÉTODO 08
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ESQUEMAS DE LAS FASES DEL SUELO
PROCEDIMIENTO
Tallar una muestra de suelo sin grietas, esta muestra deberá ser tratada con mucho cuidado procurando no maltratarla ni manipularla excesivamente para no alterar sus condiciones. Pesar el espécimen en la balanza y anotar todos estos resultados. W suelo Calentar la parafina en un recipiente de aluminio hasta que esta se encuentre en forma líquida. Cubrir la muestra tallada de suelo con parafina líquida insertando primero la mitad de la muestra en la parafina derretida y luego la otra mitad, este proceso se debe realizar tres veces después de dejar enfriar cada capa. La parafina debe cubrir totalmente a la muestra de tal manera que no haya forma de que entre o salga el agua. Pesar la muestra parafinada al al aire aire en la balanza balanza electrónica. W suelo + parafinada
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Peso final: Se realizó de la siguiente formar:
METODO: i. ii. iii.
Llenar con agua (500 ml volumen inicial) una probeta graduada de 1000 ml. Insertar la muestra de suelo parafinada dentro de la probeta. Registrar el volumen final para calcular el volumen de desplazamiento. (Principio de Arquímedes).
CALCULOS Los cálculos se realizaron mediante la siguiente fórmula.
Ɣ=
Donde. Wsw: Peso de la masa Vsw: Volumen de la masa
1 Wsw
(gr)
150.1
2 Wsw + Parafina
(gr)
158.1
3
Vsw + Parafina (cm3)
4 W Parafina: 2-1 V Parafina (cm3) Vsw s : 3 – 5 6 (cm3) Pe : 1/6 7 (gr/cm3) 5
95 (gr)
8 9.195 85.805 1.749
RECOMENDACIONES 010
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Tener cuidado con la manipulación de las muestra y ver en qué ambiente se hace el trabajo, para que en el caso de la humedad no altere el resultado. Verificar el sellado de la parafina en la muestra, evitando que existan pequeños poros donde puede penetrar líquido, para que no altere el resultado de la muestra Tener cuidado con la toma de información de las muestras, ya que estas nos pueden ocasionar al error. Verificar y contrastar.
CONCLUSIONES
El ensayo se aplica a suelos cohesivos, sin grietas considerables. (Tamayo Labán Roberto ) Otro procedimiento de ensayo es considerar el tallado del espécimen en una forma geométrica regular para calcular el volumen a partir de mediciones lineales (Tamayo Labán Roberto) También se puede determinar el volumen de la muestra parafinada pesándola sumergida en agua. En este caso se determina el volumen del suelo de forma similar al método expuesto. (Tamayo Labán Roberto )
Se recomienda que, en el proceso de parafinado, la muestra sea cubierta dos a tres veces en la parafina, así, estaríamos obteniendo una superficie lisa para evitar que la muestra absorba líquido. Se recomienda trabajar con el formato preestablecido del laboratorio, así, se podrá obtener un informe detallado y preciso de los procedimientos ejecutados. ( Arzapalo Mendoza Cristian)
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ENSAYO N° 03 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE SOLIDOS
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ALCANCES Esta norma describe y regula el método para la determinación de la gravedad especifica de los suelos que pasan el tamiz de 4.75 mm (N°4), por medio de un picnómetro. Cuando el suelo contenga partículas mayores de 4.75 mm se seguirá el método de ensayo ASTM C127 para el material retenido sobre dicho tamiz, y este método será utilizado para el material con diámetros menores que 4.75mm.
EQUIPOS:
Frasco volumétrico (Fiola), de 100 a 500 cm³de capacidad. Bomba de vacío, con tuberías y uniones, o en su defecto un mechero o un dispositivo para hervir el contenido de la fiola. Balanzas, una capacidad de 1200g y sensibilidad de 0.01g y otra con capacidad de 200g y sensibilidad de 0.001g. Pipeta. Termómetro graduado, con una escala de 0 a 50 °C (32 a 122 °F) y con precisión de 0.1 °C (0.18 °F). Agua destilada.
CODIGOS Y ESTANDARES
Reglamento Nacional de Edificaciones. (RNE)
NORMA E.020
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CRITERIOS DEL METODO DEFINICIONES Peso específico. Es la relación entre el peso en el aire de un cierto volumen de solidos a una temperatura dada y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada, a la misma temperatura.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Debe tenerse especial cuidado en obtener muestras representativas para la determinación del peso específico de los sólidos. La muestra de suelo puede ensayarse a su humedad natural, o puede secarse con la estufa; sin embargo, algunos suelos, principalmente aquellos que tienen un alto contenido de materia orgánica, son muy difíciles de rehumedecer después de que se han secado al horno. Estos suelos pueden ser ensayados sin haberse secado previamente en el horno, en cuyo caso, el peso de la muestra seca se determina al final del ensayo. Cuando la muestra contenga partículas de diámetros mayores y menores que la cobertura del tamiz de 4.76 mm (N°4), la muestra debe ser separada por dicho tamiz y debe determinarse el peso específico. El valor del peso específico para la muestra total viene dado por la siguiente expresión:
G =
100 % ° 4
° 4
Dónde: = Peso específico total. = Peso específico de los sólidos (pasa tamiz N° 4) = Peso específico aparente (retenido en el tamiz N° 4)
PROCEDIMIENTO Se utilizó una fiola de capacidad 500ml para un ensayo de T=20.0°C, luego se obtiene el peso de la fiola más el agua de destilada igual a 672.7.gr, seguido se toma una porción de material seco y para que sea representativo necesitamos un promedio de 122.4 gr aprox. Como se conoce el volumen de la fiola que es 500ml el suelo ocupa un volumen entonces saturamos dentro de la fiola con agua destilada y para que todas las partículas están saturadas se necesita de 20-30 minutos agitar con unos giros y se va va formando una espuma en la parte superior que es el aire atrapado dentro de las partículas con este método manual la intensión es retirar el aire (otro método es con una bomba de vacío). Se prosigue llenando con más agua hasta el nivel de los 500ml, luego se retira el aire con papel absorbente; a continuación, se lleva a la balanza para obtener el peso de la fiola más el peso del suelo seco y el peso del agua igual a 748.90, se registra la temperatura de 25.6°C para efectuar la corrección con la tabla y finalmente se promedia con los datos de otro ensayo.
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CALCULOS Las siguientes cantidades se obtienen por pesada directa.
Peso de la fiola + agua + solidos a la la temperatura temperatura del ensayo = ++ (g) Peso de la fiola + suelo seco (g). El peso de la fiola debe tener ser restado de este valor para obtener el peso del suelo seco,
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El peso específico de los sólidos sólidos se calcula con dos decimales, mediante la siguiente fórmula.
G =
+ − ++
K= Factor de corrección basado en el peso específico del agua a 25.6 °C + = Peso de la fiola más agua a la temperatura del ensayo, en gramos. = Peso del suelo seco (g) ++ = Peso de la fiola + agua + suelo (g).
1 2 3 4
Ws
(gr)
122.4
W fiola + Agua
(gr)
672.7
W fiola + Agua+S
(gr)
748.9
(cm3)
46.2
Vs: (2-3+1)
5 Gs= (1)/4*Pew 6 K 7 Gs*Const de corrección 5*6
2.649 (°)
25.6 67.823
SUGERENCIAS
No se debe utilizar la misma curva de calibración para todos las fiolas de igual capacidad. Cada uno de las fiolas, aun los de igual capacidad, tienen pesos diferentes; por lo tanto, deberán ser individualmente calibrados. Si la fiola no está limpia, la curva de calibración no será válida, porque cambia su peso. También, si la parte inferior del cuello de la fiola no está limpia, se formará un menisco irregular. Cuando se calibra la fiola para una
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temperatura menor que la del laboratorio, hay una tendencia a que se condene agua en la parte inferior de la fiola, aun cuando se haya tenido mucho cuidado en el sacado y la pesada de haya realizado rápidamente. Siempre que sea posible, la pesada debe hacerse a la misma temperatura a la cual está la fiola.
Se debe evitar el uso de agua que contenga solidos disueltos. Es esencial que se use exclusivamente agua destilada o desmineralizada, para asegurar la continua validez de la curva de calibración. Llénese la fiola con agua destilada y sin burbujas de aire, hasta un nivel ligeramente menor por debajo de la marca y aplíquese vacío nuevamente hasta que la suspensión se le haya extraído la mayor parte del aire; remuévase con cuidado el tapón de la fiola y obsérvese cuanto seguir aplicando vacío. En el caso en que la superf icie del agua baje más de 3 mm, se deberá seguir aplicando vacío hasta lograr esta condición. La remoción incompleta del aire atrapado en la suspensión del suelo es la causa más importante de error en la determinación de pesos específicos y tendera a bajar el peso específico calculado. Se deberá extraer completamente el aire de la suspensión aplicando vacío o calentando. La ausencia de aire atrapado debe ser verificada como se describió durante el ensayo. Es conveniente destacar que el aire disuelto en el agua no afectara los resultados; por lo tanto, no es necesario aplicar vacío al picnómetro cuando se calibra o se llena hasta la marca de calibración con agua destilada o desmineralizada sin burbujas de aire. Una gota de agua puede hacer que se cometa un error de aproximadamente 0.05 g. este error puede ser minimizado tomando el promedio de varias lecturas a la mismas temperatura. Cuando la suspensión sea opaca, producir una luz fuerte del cuello de la fiola y su contenido, durante la realización de las pesadas. El secado de ciertos suelos a 110 °C (221 °F), puede causar la pérdida del agua absorbida y de cristalización; en tales casos, el secado se hará a una temperatura de 60 °C (140 °F) y se recomienda aplicar una presión de vacío mas baja.
CONCLUSIONES
En el ensayo ensayo realizado se puede determinar el peso específico del solido (en este caso 2.649 gr/cm3) conociendo el peso del sólido y utilizando el agua como un parámetro referencial debido a su peso específico donde el peso es numéricamente igual al volumen. ( Tamayo
Labán Roberto)
El tamiz N°4 nos permite separar los agregados agregados gruesos y agregados finos, a partir de los los resultados de los ensayos se observa que son inversamente proporcionales a mayor % en peso menor peso específico del agregado correspondiente. ( Tamayo Labán Roberto )
El peso específico de la la muestra total está comprendido entre el peso específico del agregado grueso y agregado fino. (Tamayo Labán Roberto)
La fuente de error más seria en la determinación experimental de la gravedad específica, es en la inadecuada expulsión de la aireación de la mezcla suelo-agua, ya que el agua en condiciones normales contiene aire disuelto al igual que las partículas de suelo. Si este aire es removido de ambos materiales, el volumen de aire producirá una disminución en el peso del frasco que contiene la mezcla suelo-agua. ( Arzapalo Mendoza Cristian)
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