FACULTAD DE INGENIERA CIVIL LABORATORIO N1 LABORATORIO N1 PROPIEDADES NDICE DE LOS SUELOS

1. OBJETIVOS

Complementar de forma prctica mediante ensayos, los conocimientos impartidos en el aula. En este caso determinando las propiedades de los suelos, tales como contenido de humedad, peso especfico de slidos y peso volumtrico.

Conocer los ensayos y sus procedimientos para determinar: contenido de humedad, peso volumtrico y peso especfico de slidos.

Familiarizar al estudiante y que est tenga conocimientos de las normas en las cuales se basan los ensayos. Se trabajan nociones fundamentales de laboratorio segn la normativa ASTM.

Aprender el correcto uso de los diferentes instrumentos y equipamientos y sus diferentes aplicaciones en el Laboratorio de Mecnica de Suelos.

Comparar los resultados obtenidos en el laboratorio y verificar si corresponden a valores preestablecidos para cada tipo de suelo ensayado.

2. DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS

CONTENIDO DE HUMEDADEste ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, est formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscpica. La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las caractersticas ms importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura ms fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesin, estabilidad mecnica. El mtodo tradicional de determinacin de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relacin expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso del slido.

W W = Peso del agua en la muestra W s = Peso del suelo secoEquipos Horno de secado Balanza digital Taras y recipientes Tenazas y esptulas

Fig.1 Horno de secado Fig.2 Taras

Procedimiento: Obtener el peso de un recipiente (tara) limpio y seco y anotar: W tara

Colocar la muestra de suelo hmedo en el recipiente y anotar: W tara + W suelo hmedo.

Colocar la tara con el suelo hmedo al horno a temperatura de 110C +-5C, hasta que el peso sea constante (12h. a 16 h). Retirar el suelo seco con su tara y pesarlo, obteniendo W tara + W suelo seco

PESO VOLUMTRICO DE MASA (SUELOS COHESIVOS)

El peso volumtrico es la relacin del peso de la masa de suelo entre su volumen de masa. Se consideran las tres fases del suelo. Es la densidad del suelo, se le conoce tambin como peso unitario como peso especfico de masa.

W m = Peso de la masa V m = Volumen de masa

Procedimiento Tallar una muestra sin agujeros ni grietas, el tamao debe ser tal que pueda introducirse en la probeta. Pesar la muestra tallada y anotar: W suelo Cubrir la muestra de suelo con la parafina previamente derretida. Se deber cubrir la muestra totalmente con el fin de impermeabilizarla. Cuando la muestra est completamente recubierta, registrar: W suelo + parafina. Llenar la probeta con agua hasta un volumen inicial conocido, luego colocar en la probeta la muestra con parafina, obtenindose V suelo + parafina.

Con los datos obtenidos se obtendr:W parafina = W suelo + parafina - W sueloV parafina = W parafina x parafina; parafina = 0.87 gr/cm3V suelo = V suelo + parafina - V parafina

Con lo cual ya se puede determinar el peso volumtrico de la muestra.

GRAVEDAD ESPECFICALa gravedad especfica se define como la relacin entre el peso especfico de los slidos y el peso especfico del agua destilada a 4C. El peso especfico de slidos es tambin la relacin del peso de la fase slida entre el volumen de la fase slida.

Equipos e instrumentos Frascos volumtricos o picnmetros Balanza con sensibilidad de 0.01g Horno de secado. Bomba de vaco o estufa para eliminar el aire del suelo. Suministro de agua destilada. Utensilios: pipeta, termmetro graduado, embudo y esptulas. Fig.6 Bomba de vacos

Procedimientoa) Calibracin del picnmetro Debe colocarse agua destilada en el picnmetro hasta el volumen conocido a diferentes temperaturas y pesarlo para saber el volumen real que contiene y obtener as una constante K para corregir el volumen por temperatura.b) Cantidad de suelo a ensayar

*El ensayo se puede realizar con muestra hmeda, en este caso se halla el peso seco al final del ensayo.

c) Muestra de suelo Cuartear el material y obtener muestra de 150gr aproximadamente, poner a secar la muestra en el horno a 100C. 110C +-5C, retirar la muestra del horno, dejar enfriar y luego obtener el W s = peso suelo seco Luego colocar el suelo en el picnmetro cuidando siempre de no perder material, luego se aade agua aproximadamente los del volumen del picnmetro.

d) Expulsin del aire atrapado en el sueloPuede realizarse de dos formas: Con estufa, debe calentarse de manera indirecta girando constantemente el picnmetro, a fin de ayudar a la eliminacin del aire atrapado. Con una bomba de vacos. El tiempo de uso depende del tipo de suelo y de la potencia de la bomba. Puede variar entre unos pocos minutos y 6 a 8 horas para suelos plsticos y 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad. Luego de eliminar el aire atrapado, completar el volumen con agua destilada hasta la marcadel picnmetro y anotar: W 3 =WPICN+WS.SECO+ WAGUA 1

Finalmente pesar el mismo volumen del picnmetro pero contenido solo de agua. Obtenindose: W 2 = WPICN + WAGUA,2Se calcular la diferencia de peso entre la suma de W2 y Ws menos W3. El resultado nos indicar el peso de agua equivalente al ocupado por el suelo y como la densidad del agua es 1, ese peso ser el mismo volumen de agua que a su vez es el volumen del suelo Vs

Donde:Ws = peso de la muestra seca.W2 = peso del picnmetro llenado con agua destilada.W3 = peso del picnmetro llenado con agua y el suelo.K = Factor de correccin por temperatura del agua de ensayo.

3. TIPOS DE SUELO UTILIZADOSEnsayo 1:-El primer suelo podra caracterizarse como una arena consolidada.-Color con predominio del anaranjado.-Al tocarlo o ejercer una presin sobre l se desprende una parte de este, por lo que al realizar los ensayo hay que tener mucho cuidado.

Ensayo 2:-El segundo suelo que es cohesivo es una arcilla.-Presenta una rigidez considerable.-Se puede cortar el suelo, sin modificar sus propiedades.-Pero en contacto del agua parece ser que pierde su rigidez.

Ensayo 3:-El tercer suelo es una arena suelta entre gruesa y fina.-Presenta partculas de diversos tamaos las cuales se pueden diferenciar a simple vista.-Tal vez haciendo uso de las diferentes mallas NTP, podramos hacer su curva granulomtrica.

4. Hallamos EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO, EL PESO VOLUMTRICO DE MASA Y EL PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOS, estos tres valores los vamos a calcular para suelos diferentes.HALLAMOS EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO (SUELO A):Los datos obtenidos los ubicamos en la siguiente tabla.1

2

3

4

5

6

Reemplazando los datos:

Reemplazando los datos:

Por lo tanto el de la muestra de suelo es

HALLAMOS EL PESO VOLUMTRICO DE UN SUELO (SUELO B):Los datos obtenidos los ubicamos en la siguiente tabla.1

2

3

4

5

6

7

Adems, es conocida la densidad de la parafina:

Hallamos el peso de la parafina:

Hallamos el volumen de la parafina:

Hallamos el volumen del suelo:

Sabemos:

Por lo tanto el de la muestra de suelo es .

HALLAMOS EL PESO ESPECFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOS PARA UN SUELO (SUELO C):Los datos obtenidos los ubicamos en la siguiente tabla.1

2

3

4

Sabemos:

Entonces:

Entonces el de la muestra de suelo es .

5. CONCLUSIONES: El contenido de humedad nos sali , este contenido de humedad es relativamente bajo comparado, por ejemplo, con el contenido de humedad de las arcillas japonesas que alcanzan valores de hasta 1400%, o las de Mxico que registran valores entre 500% y 600%. La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las caractersticas ms importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura ms fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesin, estabilidad mecnica.

El clculo del peso volumtrico nos da una referencia de cuan compacto es el suelo, si el suelo es muy compacto aumenta la capacidad de soportar cargas, otro beneficio es que impide el hundimiento del suelo y por consiguiente el de la estructura o edificacin.

La importancia de este ensayo radica en que la gravedad especfica de un suelo se utiliza en el clculo de las relaciones de fase de los suelos. Por lo que determinar de manera correcta este valor es fundamental para los ensayos subsiguientes o el clculo de otras propiedades fsicas de los suelos.

Tenemos la tabla:

Comparamos en esta tabla el valor obtenido .

Concluimos que el suelo analizado .

6. COMO DETERMINAR EL PESO VOLUMTRICO DE LA ARENA DE ANCNLas arenas de las playas de Ancn son compactas (debido a su cercana al mar) por ello se emplear el mtodo del cono de arena para determinar su peso volumtrico in situ.

Este ensayo est determinado por la norma ASTM D 1556-82. El suelo a ser ensayado deber tener la suficiente cohesin o atraccin entre partculas para mantener estable los lados de un hueco pequeo o excavacin. Cualquier suelo puede ser ensayado, siempre y cuando los poros del suelo no sean lo suficientemente pequeos, esto para evitar que la arena usada en el ensayo se introduzca en los vacos naturales. Es por ello que el material a usar ser arena graduada.

El uso de este mtodo est generalmente limitado a un suelo en una condicin no saturada. Este mtodo no es recomendable para suelos que son blandos o fciles de pulverizar o que estn en una condicin de humedad tal que el agua escurra en un hueco excavado a mano. La precisin del ensayo puede ser afectada para suelos que se deforman fcilmente o que sufran cambios volumtricos en el hueco excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del hueco durante la prueba.

Equipo e instrumentos

Cono metlico normalizado. Arena Calibrada (pasa la malla#20, pero es retenida por la malla #30) y de densidad conocida. Placa metlica hueca normalizada. Frasco plstico con medida de volumen normalizado Balanza con una precisin de 0.1 gr. Pico o cincel, para extraer la arena del sueloen estudio. Bolsas plsticas, para echar la muestra extrada del suelo. Taras, para determinar contenido de humedad.

Fig.8 Materiales mtodo del cono

Procedimiento

Se debe alisar la superficie del terreno en un rea mayor que la superficie del plato metlico con agujero central, ya que servir como base y soporte del dispositivo del ensayo. Una vez instalado el plato metlico, se procede a excavar un agujero de profundidad mnima 150mm y de dimetr entre 100mm y 160 mm (esto ser relativo en funcin de las partculas del suelo).Con el material extrado al practicar el agujero se determina lamasay lahumedad.

Fig.9 Agujero donde se verter la arena para poder determinar el volumen ocupado por la muestra.

Luego se pesa el dispositivo de ensayo, constituido por un cono normalizado de 125 mm de altura de volumen conocido convlvulade cerramiento y un frasco enroscado que contienearenaseca calibrada de densidadconocida.

Fig. 10 Corte de perfil del instrumento ya instalado.

Para determinar el volumen del agujero, se sita el dispositivo de manera invertida sobre el agujero, se abre la vlvulay se deja caer arena hasta que el agujero y el cono se queden llenos hasta la vlvula.

Se retira el dispositivo y se determina sumasacon laarenaque queda. A partir de los datos obtenidos y los parmetro conocidos de volumen del cono y densidad de la arena, se puede calcular el volumen del agujero excavado, la masa seca del material extrado y, en ltima instancia las densidades hmedas y secas in situ del material.

Fig.11 Corte en el que se puede apreciar como la arena ocupa el volumen retirado del suelo.

Como informacin complementaria, si se conoce el resultado delensayo Prctor, se suele indicar tambin el porcentaje de compactacin en% referido a la densidad mxima dada por el Prctor.

*Ensayo proctor: determina la compactacin mxima de un terreno en relacin con su grado de humedad.

Aunque ste sea el nico procedimiento de determinacin de la densidad y humedad in situ en normativa y, por lo tanto vlida en caso de conflicto, mayormente se utiliza elmtodo del densmetro nuclearque da resultados inmediatos y es de ejecucin mucho ms sencilla. En el caso de utilizar dicho ltimo mtodo, hay que contrastar, de manera peridica, los resultados dados por el densmetro con los obtenidos por el mtodo de la arena expuesto.

7. APLICACIN

Con los datos obtenidos en el ensayo de gravedad especfca, y considerando que la muestra en su estado natural tiene una densidad seca de 1.75 gr/cm3, determinar el contenido de humedad con el cul la muestra pasa al estado saturado.

Datos del laboratorio:

Determinar el contenido de humedad para que la muestra pase al estado saturado.Solucin:

Para un suelo saturado:

8. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

-Debido al corto tiempo disponible para realizar el ensayo al usar la bomba de vacos empleamos un tiempo menor al que dice la norma. -El utilizar una balanza con pesas, nos hizo presentar dificultades en el tiempo, pero luego se volvi algo sencillo de manejar.-Al participar nosotros mismos en el manejo de ciertos instrumentos en el laboratorio pudimos comprobar que es de suma importancia realizar el procedimiento de manera lenta y con cuidado, pues por ejemplo al verter mal el volumen de agua, se tendra que hacer de nuevo todo.

UNI-2013-2Pgina 1