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I.
INTRODUCCIÓN.
El suelo es un material constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios libres (vacíos), en general ocupados por agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar las distintas composiciones composiciones de sólido, líquido y aire, en términos t érminos de algunas propiedades propiedades físicas. En el suelo se distinguen tres fases:
Sólida: formada por partículas minerales del suelo, incluyendo la capa sólida adsorbida. Líquida: generalmente agua (específicamente agua libre), aunque pueden existir otros líquidos de menor significación. significación.
Gaseosa: comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases, por ejemplo: vapores de sulfuro, anhídridos anhídridos carbónicos, etc. La capa viscosa del agua adsorbida, que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y la líquida, suele incluirse en esta última pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado). Algunos suelos contienen, además, materia orgánica (residuos vegetales vegetales parcialmente descompuestos) en diversas formas y cantidades. Pese a que la capa adsorbida y el contenido de materia orgánica son muy importantes desde el punto de vista de las propiedades mecánicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes relativos de las tres fases principales. Sus influencias se tomarán en cuenta más fácilmente en etapas posteriores del estudio de ciertas propiedades de los suelos. Las fases líquida y gaseosa conforman el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de Sólidos. Un suelo está totalmente saturado, cuando todos sus vacíos están ocupados únicamente por agua; en estas circunstancias consta, como caso particular, de sólo dos fases: la sólida y la líquida. Muchos suelos bajo la napa, están saturados. Entre estas fases es preciso definir un conjunto de relaciones que se refieren a sus pesos y volúmenes, las cuales sirven para establecer la necesaria nomenclatura y para contar con conceptos mensurables, a través de cuya variación puedan seguirse los procesos ingenieriles que afectan a los suelos. En los laboratorios de Geotecnia puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secadas al horno, y el peso específico de los suelos. Estas magnitudes no son las únicas cuyo cálculo es necesario; es preciso obtener relaciones sencillas y prácticas a fin de poder medir algunas otras magnitudes en términos de éstas.
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Su dominio debe considerarse indispensable para la aplicación rápida y sencilla de las diversas teorías que conforman la Geotecnia.
Entre las relaciones fundamentales tenemos: 1. Contenido de agua (w), es el cuociente entre el peso de agua intersticial o de poro y el peso de las partículas sólidas usualmente expresada en porcentajes.
W=
*100%
2. Relación de vacíos (e), es el cuociente entre el volumen de vacíos y el volumen de las partículas sólidas de un suelo. e=
3. Porosidad (n), es el cuociente entre el volumen de vacíos y el volumen total del suelo, generalmente expresada en porcentaje.
n= *100%
4. Grado de saturación (S r ), es el cuociente entre el volumen de agua de poro o intersticial y el volumen de vacíos, suele expresarse también en porcentaje.
Sr=
II.
*10º%
OBJETIVOS.
GENERALES :
1. Determinar experimentalmente las relaciones fundamentales de los suelos 2. Aprender a determinar en el laboratorio la humedad, peos unitarios y volúmenes de las muestras de suelos que tenían formas regulares e irregulares, pesos unitarios y volúmenes. 3. Conocer los conceptos básicos de las características de los suelos desde el punto de vista ingenieril y su aplicación en las obras de ingeniería civil.
ESPECIFICOS:
4. Conocer cómo afecta la porosidad, grado de saturación, y relación de vacíos, en el comportamiento mecánico de un suelo. 5. Conocer la importancia de los pesos unitarios secos y húmedos, para la determinación de sus principales relaciones fundamentales.
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III.
EQUIPO Y MATERIAL
A. Equipo:
1 Balanzas de precisión (A + 0,01g)
1 Balanzas de precisión (A + 0,1g)
1 Horno de secado, a temperatura constante (105 + 5) 0C
1 Calibrador (A + 0.1mm)
B. Material:
1 Espátula.
1 Reverbero.
1 Franela.
1 Parafina.
1 Pera plástica para recoger agua.
1 Porta vasos metálicos.
1 Recipiente metálico (V=329.6 cm 3)
1 Recipiente plástico (lava cara)
16 Vasos pequeños metálicos
1 Canastilla de malla de acero.
1 Cuchillo metálico.
Muestras de suelos de forma irregular y regular seco, y semihúmedo.
IV.
PROCEDIMIENTO
A. Identificación y descripción del suelo 1. Previo al ensayo se deberá identificar los suelos a ensayarse con ayuda de la tarjeta de identificación que tiene cada suelo. 2. Se deberá realizar una breve descripción del suelo a ensayarse (color, olor, contenido orgánico, etc.)
B. Determinación del contenido de humedad 1. Anotar el número del recipiente (vaso). 2. Pesar los recipientes vacíos y tabulares los datos. 3. Pesar el conjunto recipiente + suelo húmedo y tabular los datos.
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4. Colocar el recipiente (vaso), junto con el porta vasos en el horno de secado a una temperatura de (105 + 5) 0C 5. A las 24 horas retirar las muestras del horno. 6. Proceder a pesar los recipientes junto con el suelo seco y tabular los datos. 7. Determinar el porcentaje de humedad, parcial y su promedio por medio de fórmulas, tabular los resultados.
C. Determinación del peso unitario de los suelos Suelos sin forma determinada 1. Pesar el recipiente metálico vacío en el que se va a tomar la muestra de suelo (arena). 2. Llenar el recipiente completamente de agua hasta el tope, y determinar el peso del recipiente + agua; y con la relación del peso específico del agua y el peso determinado, calculamos el volumen del agua contenida en el recipiente, el cuál es igual al volumen del recipiente. 3. Registra el volumen del recipiente que obtuvimos en el laboratorio en la tabla correspondiente. 4. Llenar el recipiente completamente con arena (semi húmeda) y no golpear ósea sin compactar la arena. 5. Pesar el recipiente + arena húmeda en la balanza y tabular el resultado 6. Llenar el recipiente completamente con arena (semi húmeda) y golpear ósea compactarla. 7. Pesar el recipiente + arena semi húmeda en la balanza y tabular el resultado. 8. Repetir los pasos 3 a 6, con la arena aparentemente seca y tabular los resultados. 9. Con los datos obtenidos calcular el peso unitario húmedo y peso unitario seco de los dos arenas tanto semihúmeda como seca.
Suelos con forma determinada o forma regular 1. Se tiene dos cilindros con muestras distintas de suelo 2. Con ayuda de una balanza, pesar uno de los cilindros y tabular el resultado 3. Tomar las dimensiones del cilindro, radio y altura, por lo menos 3 veces y tabular los datos. 4. Calcular el volumen del cilindro. 5. Calcular el peso unitario húmedo y seco, tabular los datos. 6. Repetir los pasos 2 a 5 con otra muestra de suelo de forma cilíndrica.
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Suelo con forma irregular 1. Se tiene un suelo con forma irregular (forma de bola con superficie irregular) y parafinados. 2. Tomar el suelo con forma irregular y retirar completamente la parafina de la superficie del mismo. 3. Con ayuda de una balanza, pesar el suelo sin parafina y tabular los datos 4. Volver a parafinar completamente el suelo, con la ayuda de una brocha. 5. Pesar el suelo parafinado y tabular el dato en la tabla respectiva. 6. Calcular el peso de la parafina, tabular los datos. 7. Colocar el suelo con parafina en una canastilla e introducirlo en el agua para pesarlo con ayuda de una balanza, tabular el dato. 8. Calcular el valor del suelo + parafina en el agua, restando el valor del peso de la canastilla. 9. Calcular el peso del agua desplazada, volúmenes y peso unitario húmedo y seco, tabular los datos. D. Relaciones fundamentales de los suelos 1. En los pasos anteriores se ha encontrado el valor de; peso del suelo, volumen de suelo, contenido de agua. 2. En el formulario de relaciones fundamentales de los suelos, tabular los valores que se indica en el paso 1. 3. Calcular por medio de fórmulas la porosidad, relación de vacíos, grado de saturación, peso de los sólidos para cada uno de los suelos y tabular los datos en la talba correspondiente.
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V.
CÁLCULOS TÍPICOS.
Suelo Húmedo Muestra No 01 Proyecto: El Toachi Localización: Santo Domingo de los Tsáchilas Perf. No. 01
P.C.A. No.
Muestra No. 01 Prof. De: 0.20 a: 0.30m
CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD ¿Cálculo del contenido de agua parcial en porcentaje? 1) Datos: Recipiente No- 346 Peso del recipiente + suelo húmedo = W 1 = 50.68 g Peso del recipiente + suelo seco = W 2 = 50.33 g Peso del recipiente (vaso) = W 3 =7.45 g Fórmula: w=
*100%
Cálculos: w1=
*100%
w1= 0.8% 2) Datos : Recipiente No- 081 Peso del recipiente + suelo húmedo = W 1 = 50.64 g Peso del recipiente + suelo seco = W 2 = 50.30 g
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Peso del recipiente (vaso) = W 3 = 7.55 g Formula: w=
*100%
Cálculos: w2=
*100%
w2=0.8% Calculo del promedio del contenido de agua Datos: Contenido de agua parcial = w 1 = 0.8% Contenido de agua parcial = w 2 = 0.8% Fórmula: w=
Cálculos: w=
w =0.8%
SUELO SIN FORMA DETERMINADA Identificación de la muestra. Proyecto: El Toachi Localización: Santo Domingo de los Tsáchilas. Muestra No. 01 Prof. De: 0.20 a: 0.30m Saturado. Estado suelto
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Peso del recipiente
Wr=28.70 g Volumen del recipiente
Wr=28.70 g Peso del vaso +agua=W (v+a)=358.3 g V= (358.3 – 28.70)g/1g/cm3 V= 329.6 cm3 Peso del recipiente + el suelo
W(r+s)=457.1 g Peso del suelo
W= (W (r+s) - Wr) g W= (457.1-28.70) g W= 428.40 g Contenido de agua
w=0.8%
PESO UNITARIO
Húmedo
Seco
Fórmula
Fórmula
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SUELOS CON FORMA REGULAR Identificación de la muestra Suelo Húmedo Proyecto: Canchas Deportivas Localización: Quero – Ambato Perf. No. 01 Prof. De: 0.50 a: 1.00m
Ø=
Ø=
Diámetro (Ø)
h=
( )
h=
( )
h =11.54 cm
Ø =10.16 cm
Altura
Volumen del cilindro
SUELOS CON FORMA IRREGULAR Suelo seco Proyecto: Escuela 14 de Mayo Localización: Asunción-La Concordia Perf. No. 01 Prof. De: 0.50 a: 2.00m
Datos Peso de la canastilla en el agua= 78.3 g Peso unitario de la parafina γ p = 0.87 g/cm3
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Peso específico del agua γ w = 1.00 g/cm3
CÁLCULOS PESO EN EL AIRE SUELO W= 498.8 g Suelo + parafina = 514.7 g Parafina = W p = W- (Suelo + parafina) = (498.8 - 514.7) g = 15.9 g
PESO EN EL AGUA Suelo +parafina +canastilla = 261.2 g Suelo más parafina = (Suelo +parafina +canastilla)-(Peso de la canastilla en el agua) Suelo más parafina = 261.2g - 18.3g = 182.9 g Peso del agua desplazada = W w = (peso del suelo más parafina en el aire) – (peso del suelo más parafina en el agua) Peso del agua desplazada W w = 514.7 g – 182.9 g = 331.8 g
RELACIONES FUNDAMENTALES DE LOS SUELOS Identificación del suelo. Proyecto: El Toachi Localización: Santo Domingo de los Tsáchilas. Muestra No. 01 Prof. De: 0.20 a: 0.30m Saturado
Datos Peso del suelo = W= 428.4 g Volumen del suelo = V= 329.6 cm 3 Contenido de agua = w = 0.8 % Peso unitario de los sólidos = γ s = 2.65 g
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Cálculos Peso de los sólidos
g Relación de vacíos
1.06 Porosidad (%)
Grado de Saturación
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VI.
CONCLUSIONES
1. Todos los suelos tienen una porosidad que oscila entre los 20% a 80% lo cual significa que los resultados experimentales obtenidos de los suelos ensayados están bien ya que el rango establecido en los libros es de 20 a 95%. 2. El grado de saturación no debe ser mayor a 100%, esto se ha comprobado con el cálculo del grado de saturación de los suelos, en donde ninguno excede el valor indicado. 3. El peso de la arena a gravedad o estado suelto es menor que cuando la compactamos o en estado denso ya que al golpearlo los espacios vacíos se van llenando. 4. En el trabajo practico se aprendió que el suelos está conformado por 3 faces sólida, liquida y gaseosa y que realizando el diagrama de faces a cada ensayo y estrato se determina la cantidad de agua material y vacíos que conforman el suelo . 5. En ingeniería civil es muy importante seleccionar el tipo de suelo en el que se va construir y lo asemos por medio de estos ensayos de las relaciones fundamentales donde se conoce la porosidad la relación de vacíos etc. 6. Es necesario conocer la porosidad que tiene un suelo pues así se sabrá si un suelo tiene una buena granulometría, y cuál es la cantidad de espacio que tiene entre moléculas, que es en donde se va a llenar de agua en caso de estar expuesto a la humedad y si sobre esta se va a construir alguna obra civil podría ocurrir un asentamiento. 7. Suponiendo que se va a construir un proyecto en relleno donde va a ocurrir una serie de presiones superficiales que se transmite al subsuelo por esta razón es muy importante conocer la relación de vacíos del relleno que se va a colocar
VII.
RECOMENDACIONES
1. Favor de explicar mejor sobre la realización de los cálculos para la obtención de las relaciones fundamentales de los suelos 2. Se debería permitir que los estudiantes tomen las muestras directamente del campo 3. Se debería solicitar a los estudiantes que de ser posible lleven muestras de suelos para poder ensayarse. 4. Antes de empezar a realizar la práctica calibrar los equipos tales como la balanza y el calibrador.
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VIII.
BIBLIOGRAFIA
1. Sagrario Torres Carta/Técnicas Instrumentales: Manual de Laboratorio/ Universidad Politécnica De Valencia/ 2 da Edición/ 201 pp./ 37-43 pp. 2. Rico Del Castillo/ La Ingeniería de suelos en las vías terrestres Tomo 1/Limusa Noriega editores / 6 ta Edición/ 449 pp./ 157-158 pp. 3. http://www.mitecnologico.com/ic/Main/RelacionesFundamentalesDeLasPropiedades MecanicasDeLosSuelos. 4. http://www.buenastareas.com/ensayos/Propiedades-F%C3%ADsicasFundamentales-Del-Suelo/728590.html
