INTRODUCCION 1. OBJETIVO 2. MARCO CONCEPTUAL 2.1 HUMEDAD 2.2 DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD 2.3 FASES DE LOS SUELOS 2.3 METODO DEL HORNO 2.4 METODO DEL HUMEDOMETRO. 2.4.1 Muestras de suelo sin forma determinada 2.4.2 Muestras de suelo de forma regular 2.4.3 Muestras de suelo de forma irregular 2.5 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES 2.5.1 Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido 3. EQUIPO 3.1 BALANZA 3.2 RECIPIENTE PARA LA HUMEDAD (FRASCOS DE VIDRIO) 3.3 HORNO CON CONTROL DE TEMPERATURA 3.4 GUANTES 3.5 MEZCLADOR 3.6 BALANZA MECANICA. 3.7 PARAFINA. 4. PROCEDIMIENTO 4.1.1 HUMEDAD HORNO 4.1.2 HUMEDOMETRO 4.2 PESO UNITARIO 5. TABULACIÓN 6. PROCESAMIENTO DE DATOS 6.1 DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD HORNO 6.2 CALCULO PESO UNITARIO 7. TABULACION DE PESO HUNITARIO 8. GRAFICAS Y ANALISIS 9. CONCLUSIONES
10. RECOMENDASIONES BIBLIOGRAFIA ANEXO
LISTA DE FIGURAS
Figura Nº1. Balanza Figura Nº2. Frascos de vidrio (compota) Figura Nº3. Horno. Figura Nº4. Guantes Figura Nº5. Mezclador Figura Nº6. Frascos marcados Figura Nº7. Balanza con muestra de humedad Figura N°8. Muestras en el horno Figura N°9. Pesando muestras secas Figura N°10. Pesando frascos vacíos con tapa Figura N°11. Pesa a analizar Figura N°12. Equipo humedometro. Figura N°13. Calibración de la balanza. Figura N°14. Pesando la muestra a estudiar. Figura N°15. Agregando carburo. Figura N°16. Agitación del humedometro. Figura N°17. Lectura de la humedad. Figura N°18. Grafica (Profundidad vs %W) Figura Nº19. Retiro de parafina Figura Nº 20. Peso de la muestra húmeda sin parafina Figura Nº 21. Muestra parafinado nuevamente Figura Nº 22. Preparación de la balanza Figura Nº 23. Muestra sumergida Figura Nº 24. Muestra obtenida del núcleo Figura Nº25. Parafina Figura Nº26. Tara Figura. N°27. Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases
LISTA DE TABLAS
Tabla N°1 Datos recolectados en el laboratorio Tabla Nº2 Datos procesados Tabla Nº3 Datos procesados Para el peso específico húmedo Tabla Nº4 Datos procesados Para el peso específico seco Tabla Nº5 Porcentaje de humedad presente en las muestras inalteradas
INTRODUCCION
El estudio de las propiedades del suelo nos proporcionan los conocimientos necesarios para saber cómo es su comportamiento y poder utilizarlas en favor de los proyectos que se vayan a ejecutar sobre un suelo determinado. Los ensayos que se desarrollaron para hallar el porcentaje de humedad que presentaban las muestras tomadas en los distintos niveles del apique así como el ensayo de peso unitario los cuales ya están normalizados respectivamente y que se siguieron con el fin de que los datos obtenidos sean los correctos lo que permite poder hallar otras propiedades y así poder concluir acertadamente cómo se comporta el suelo.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL.
Determinar el porcentaje de húmeda presente en el suelo. Determinar el peso unitario del suelo.
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar la variación de la humedad con respecto a la variación de la profundidad.
Determinar el peso unitario seco.
Determinar el peso unitario de la masa.
2. MARCO CONCEPTUAL 2.1 HUMEDAD
Se denomina humedad del suelo a la cantidad de agua por volumen de tierra que hay en un terreno. Su medición exacta se realiza gravimétricamente, pesando una muestra de tierra antes y después del secado. Esta es de gran importancia debido a que el agua constituye un factor determinante en la formación, conservación, fertilidad y productividad del mismo, así como para la germinación, crecimiento y desarrollo de las plantas cultivadas. Su medición in vivo plantea más dificultades, siendo el TDR y la sonda de neutrones los sensores con mejores respuestas. Para terrenos salinos o muy áridos, se emplea experimentalmente el SBIB capaz de medir la humedad del suelo sin que le afecten las características del mismo y con mayor sensibilidad en terreno árido. Para medidas a largo plazo también se emplean métodos manuales como bloques de yeso. [1] 2.2 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD. Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, está formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica. 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 en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a 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, o sea: w= (Ww / Ws) * 100 Ecuación. (1) Dónde:
W = contenido de humedad expresado en % Ww = peso del agua existente en la masa de suelo Ws = peso de las partículas sólidas. [2] 2.3 FASES DE LOS SUELOS En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida); la líquida por el agua (libre, específicamente), aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc.). Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular de solo dos fases, la sólida y la líquida. Es importante considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas, en un medio fluido. Eso es el suelo. Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fases sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto. Las fases del suelo se distinguen en (esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases).
Figura. N°27 esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases Los suelos bien compactados presentan pesos unitarios de 2,2 g/cm3 a 2,3 g/cm3, en γd para gravas bien gradadas y gravas limosas. Las cenizas volcánicas presentan pesos unitarios entre 1,30 a 1,70 gr/cm³. La fig. N°2 (valores de n y γd para suelos granulares MS lambe) muestra valores para describir los suelos según su porosidad y peso unitario seco. . 2.4 PESO UNITARIO DE LOS SUELOS: Peso unitario de la masa de suelo húmedo (γ), es el cociente entre el peso total (suelo más agua) y el volumen total del suelo. Peso unitario de suelo seco (γd), es el cociente entre el peso de las partículas sólidas y el volumen total de la masa de suelo. [4] Para la determinación del peso unitario de los suelos, se podrá disponer de tres tipos de muestras, referidas a la forma: 2.4.1 Muestras de suelo sin forma determinada: en este ensayo se considera a las arenas y otros suelos granulares sueltos como muestras representativas de suelo sin forma determinada. Las dos muestras de arena a ensayarse difieren en su contenido de agua: la una está seca, mientras que la otra está casi saturada. El peso unitario y las relaciones fundamentales se determinarán con las arenas en dos estados: suelto y denso. [4] 2.4.2 Muestras de suelo de forma regular: Este procedimiento se aplica generalmente a suelos finos y plásticos que pueden ser tallados o recortados en formas geométricas conocidas para una fácil determinación del volumen. [4] Para el ensayo se dispone de dos muestras de suelo compactados en el molde. PROCTOR ESTANDAR con diferentes energías de compactación, consecuentemente las muestras tienen forma cilíndrica, de dimensiones conocidas. [4] 2.4.3 Muestras de suelo de forma irregular: Este procedimiento se aplica generalmente a muestras que no pueden recortarse uniformemente y tallarse en formas geométricas conocidas. En estas muestras la obtención del volumen se realiza en base a la medición del empuje hidrostático sobre ellas al ser sumergidas en agua. [4] 2.5 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. [5] La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes: 2.5.1 Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie. [5] Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje. [5] De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple: Empuje=peso=f·gV
3. EQUIPO Para la realización de este informe de laboratorio se utilizaron las siguientes herramientas que fueron indispensables para la determinación del porcentaje de humedad con los diferentes métodos 3.1 BALANZA
La balanza analítica es un instrumento utilizado en el laboratorio (ver figura Nº1), que sirve para medir la masa. Su característica más importante es que poseen muy poca incertidumbre, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas. [6] Esta herramienta de medición permitió calcular los pesos del frasco de la muestra humedad y seca en el laboratorio.Balanza.
Figura Nº1Balanza.
3.2RECIPIENTE PARA LA HUMEDAD (frascos de vidrio)
Figura Nº2 Recipientes
3.3 HORNO CON CONTROL DE TEMPERATURA Un horno es un dispositivo que genera calor y que lo mantiene dentro de un compartimento cerrado. (Ver figura Nº3). [7]
Figura Nº3 Horno.
3.4 GUANTES
Figura Nº4 Guantes. 3.5 MEZCLADORES
Figura Nº5 Mezclador.
3.6 balanza mecánica Balanza utilizada para pesar la muestra sumergida en el agua
Fig.Nº26 Balanza mecánica 3.7 parafina Material utilizada para evitar que las muestras pierdan sus características antes de llevarlas al laboratorio
Fig. Nº25 Parafina.
3.8 recipiente para derretir parafina
Fig. nº 26 tara
4. PROCEDIMIENTO 4.1.1PORCENTAJE DE HUMEDAD MÉTODO DEL HORNO. Para obtener los datos en el laboratorio de determinación de contenido de humedad, se realizaron los siguientes pasos:
Se marcaron los frascos donde se depositaron las muestras inalteradas
Figura Nº6 etiquetado de recipientes.
Con la balanza pesamos todas las muestras húmedas, teniendo en cuenta que la balanza este en cero
Figura Nº7 Balanza con muestra humedad
Metemos al horno con control de temperatura las muestras pesadas previamente con la tapa un poco floja para que no se vallan a estallar dentro del horno.
Figura Nº8 Muestras en el horno.
Luego de 24 horas en el horno se retiran las muestras secas y se dejan enfriar a temperatura ambiente luego se pesan en la balanza
Figura Nº9 Pesando muestra seca.
Desechar las muestras y pesar los recipientes vacíos con tapa
Figura Nº10 Pesando los recipientes vacíos
4.1.2 ENSAYO DE HUMEDAD POR HUMEDOMETRO. Este ensayo se realizó con la intensión de conocer como es el procedimiento a seguir cuando utilizamos el humedometro por lo cual no se tomaron datos.El procedimiento seguido fue el siguiente: Se tomó la muestra a estudiar.
Figura Nº11 Muestra para analiza Se organizó el instrumento en este caso el humedometro
Figura Nº12 Equipo del humedometro.
Se calibro la balanza que hace parte general del humedometro
Figura Nº13 Calibración de la balanza Se pesó la muestra para determinar la cantidad correcta que se necesita para realizar el ensayo
Figura Nº14 Pesando la muestra a estudiar Luego añadimos dos cucharadas de carburo de calcio al humedometro junto con la porción de muestra
Figura N15 Agregando el carburo. Se agito el recipiente del humedometro para generar la reacción del carburo con el agua para así tomar la lectura respectiva
Figura N16 Se
agita el humedometro.
Por ultimo para se debe esperar detenga en un determinar el valor presenta la
conocer el dato correcto hasta que la flecha se valor x para asi de la humedad que muestra.
Figura N17 Lectura del porcentaje de humedad
4.2 PROCEDIMIENTO PESO UNITARIO
para el siguiente ensayo se sacaron tres terrones que fueron parafinados inmediatamente en el sitio para conservar las propiedades al momento de realizar el ensayo.
Figura Nº18 parafinando los terrones en el sitio
en el laboratorio se le empezar a retirar la parafina con cuidado para que no se vaya a desboronar y se pierda el material
Figura Nº19 retiro de parafina se coloca la muestra sin parafina sobre la balanza para obtener el peso de la muestra de humedad.
Figura Nº20 peso de la muestra húmeda sin parafina
se parafina nuevamente las muestras ya pesadas teniendo en cuenta que no queden orificios por los cuales se pueda filtrar el agua al momento de sumergirlo. Y luego la pesamos
Figura Nº21 muestra parafinado nuevamente
se ubica una balanza en el borde de la pileta y se pone un contrapeso para equilibrar la balanza
Fig.N°22 preparación de la balanza
La muestra se amarra y se cuelga en el gancho que tiene la balanza por debajo y se sumerge la muestra. Se debe tener cuidado en que la muestra sumergida no pegue con el fondo ni con las paredes de la pileta y se obtiene el peso utilizando la balanza tomando la lectura rápidamente para evitar que la se altere la muestra con el agua.
Fig.23 muestra sumergida
Después de haber sumergido la muestra la sacamos y la partimos por la mitad para sacarle muestras del núcleo y la depositamos en
un recipiente de vidrio las marcamos las pesamos y las metemos al horno 24 horas para calcular el contenido de humedad.
Fig.24 muestras obtenida del núcleo
5. TOMA DE DATOS
ENSAYO % DE HUMEDAD PROFUNDIDA MUESTR W HUM Wseco WR D A +WR + WR A1 189,40 76,2 183,00 0.00-0,20 A2 185,09 86,5 180,40 A3 193,70 83,6 184,50 0,20- 0,40 A4 191,18 84,5 180,10 A5 182,50 78,0 168,80 0,40-0,60 A6 190,69 98,2 188,50 A7 182,00 80,0 177,40 0,60-0,80 A8 196,51 92,4 193,70 A9 173,80 90,0 166,40 0,80- 1,00 A10 160,76 86,0 156,60 Tabla 1: Datos recolectados en el laboratorio
6. PROCESAMIENTO DE DATOS 6.1 DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDA HORNO
Para determinar el porcentaje de humedad por medio de horno se utiliza la Ecuación. (2) Profundidad 0,20 m.106,80
%W =
6,40 gr × 100 =5,99 % 106,80
Se hace un promedio del porcentaje de humedad de las dos muestras. %Wpr=
4,99 gr +5.99 = 5,49 % 2
La determinación para los diferentes datos se hace de manera similar para las 10 muestras restantes y se promedia y tabulan en la tabla N°2 (datos porcentaje de humedad horno).
6.2 CALCULOS PESO UNITARIO El peso unitario húmedo, es definido como el peso de la masa de suelo en estado no saturado por unidad de volumen, donde los vacíos del suelo contiene tanto agua como aire por tanto: γm=
Wm Vm
PESO PARAFINA WP= WMP - WM WP=347,07gr – 315,75gr = 31,32 gr
VOLUMEN DE LA PARAFINA VP= WP/DENSIDAD PARAFINA VP = 31,32 gr / 0,8915 gr/cm3 =35,132 cm3
VOLUMEN DE LA MUESTRA MÁS PARAFINA Vmp= wmp (aire) - wmp (agua) Vmp= 347,07 gr – 151,09 gr = 195,17gr
Volume de la muestra Vm = Vmp – VP VM=195, 17 gr – 35,132 =160,038 gr PESO UNITARIO γ=
315,75 gr =1,973 160,038 gr
7. TABULACION PESO HUNITARIO Wmp Muestra
Wm
A1 A2
315,75 364,18
Wmp
Vm V
ϒm gr/cm^3
ϒmpro. gr/cm^3
160,038 209,14
1,97 1,74
1,86
(en el aire)
(sumerg ido) 347,07gr 151,9 gr 398,54gr 150,9 gr
Tabla Nº3 Datos procesados para el peso especifico humedo.
MUESTRA A1 A2
Wmuestra seca 289,16 336,94
WR 83,5 78,6
W Solidos 205,66 258,34
V ϒd muestra gr/cm^3 160,038 1,29 209,14 1,24
ϒdprom gr/cm^3
1,27
Tabla Nº4 Datos procesados Para el peso especifico seco.
% HUMEDAD MUESTRAS INALTERADAS MUEST RA
W HUM + W R
A1
181,4
A2
172
W R 83, 5 78, 6
W Hum
Wseco + WR
W Solidos
W Agua
%W
97,90
173,8
90,30
7,60
8,42
93,40
165,5
86,90
6,50
7,48
Tabla Nº5 Porcentaje de humedad presente en las muestras inalteradas.
.
8. ANALISIS DE GRAFICAS
PROFUNDIDAD VS %W 1.00 0.80 0.60 0.40
0.20
Figura 18: Grafica (Profundidad vs %W). En la figura 11 (Profundidad vs %W)se observa la variación del porcentaje de humedad a las diferentes profundidad. Además se observa un cambio brusco en el porcentaje de humedad entre las profundidades de 0,80m y 1,00m al igual que en la profundidad de 0,20 m a 0,40 m en elgráfica. Los valores máximos y mínimos del porcentaje de humedad se profundidad de 0,40 m y 0,80 m con 10,35% y 3,75% respectivamente.
CONCLUSIONES
Al analizar los datos así como las gráficas de Profundidad vs %W observamos que el porcentaje de humedad no es constante en ningún nivel de profundidad. El peso unitario humedo es indispensable para hallar el peso unitario seco por lo que es de gran importancia realizar los ensayos de manera cuidadosa para obtener los datos verdaderos referentes al suelo que se estudia. Se determinó el peso unitario húmedo con la ayuda del principio de Arquímedes debido a la forma irregular de las muestras inalteradas además se identificó que el peso unitario húmedo en una muestra A1 es mayor que en la A2 y al promediar los dos datos arroja un peso unitario húmedo menor que el peso unitario seco promedio de las muestras esto a causa de que el peso de la muestra seca es menor al peso de la muestra húmeda debido a la ausencia del agua en los poros.
RECOMENDACIONES
Antes de comenzar con la realización de los ensayos se debe tener informado sobre los procedimientos a seguir, para evitar así percances a la hora de realizar los mismos, lo cual afectara los resultados finales obtenidos. Seguir las normas de seguridad preestablecidas para evitar accidentes en el laboratorio. Se debe tener los formatos de los datos listo para asi evitar percances durante el desarrollo del ensayo y su informe.
BIBLIOGRAFÍA [1] Humedad. http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad_del_suelo [2] Determinación del contenido de humedad. http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/hu medad.pdf [3] http://www.galeon.com/geomecanica/cap2.pdf
[4] http://es.scribd.com/doc/53086709/8/PESO-UNITARIO-DE-LOS-SUELOS
[5]http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes. htm
[6] Balanza. http://es.wikipedia.org/wiki/Balanza [7] Horno. http://es.wikipedia.org/wiki/Horno
ANEXO
Fig.28 Datos tomados en el laboratorio
