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PRÁCTICA Nº02: CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO (ASTM D 2216) I.

RESUMEN

La identificación de la muestra (material) ensayada, tal como el código, número de ensayo, muestra, etc. Se Determino y registro la masa de un contenedor limpio y seco. Para prevenir que la mezcla de nuestros especímenes y para la obtención de resultados sea incorrectos, todos los contenedores, y tapas, se enumeraron. Se selecciono especímenes de ensayos representativos. Para ver sobre todo la pérdida de agua que tiene cada muestra y a que se debe. El contenido de agua del espécimen con aproximación al 0.1%, como sea apropiado dependiendo de la mínima muestra usada. Se Indico si el espécimen de ensayo contenía más de un tipo de material (estratificado, etc.), indicando sí se excluyó algún material del espécimen de ensayo.

II. OBJETIVOS 

Determinar el contenido de humedad de un suelo, bajo norma ASTM



Abarcar la determinación de humedades en suelos granulares utilizando las ventajas que ofrece el horno.

D 2216.

III. MARCO TEORICO III.1.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO

El suelo se comporta como un depósito, al cual se le puede determinar la cantidad de agua almacenada en cualquier momento. El contenido de humedad del suelo con base en volumen se expresa como [1]:

……………………………….. (1)

Donde: θ: Es el contenido de humedad con base en volumen en porcentaje decimal. Vw: Es el volumen ocupado por el agua

Observando la figura 1, se establece la siguiente relación.

Fig. Nº01: Diagrama hipotético de los componentes del suelo [1] III.2.

PRINCIPIO DEL MÉTODO:

El contenido de humedad de un suelo utilizado en prácticas de ingeniería tanto en laboratorio como en campo. La utilización del método de ensayo INVE 122 o ASTM D 2216 – 98 para la determinación del contenido de agua en hornos convencionales requiere de 24 horas y de un alto consumo de energía, por lo que en la actualidad se reconoces la necesidad de métodos más rápidos. La utilización de hornos es una alternativa posible. Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso constante en un horno como el peso de las partículas sólidas. La pérdida de peso debido al secado es considerado como el peso del agua. Nota.- El secado en horno siguiendo este método (a 110 °C ± 5) no da resultados confiables cuando el suelo contiene yeso u otros minerales que contienen gran cantidad de agua de hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significantes de material orgánico. Se pueden obtener valores confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un horno a una temperatura de 60°Co en un desecador a temperatura ambiente. [2]

III.3.

MUESTRAS:

Las muestras están preservadas y transportadas de acuerdo a la norma ASTM D- 4220. Las muestras que se almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corrosibles a una temperatura entre aproximadamente 3°C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenaran en recipientes de tal manera que se prevenga o minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor. La determinación del contenido de humedad se realizara tan pronto como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corrosibles (tales como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) o bolsas plásticas.[3] III.4.

ESPECIMEN DE ENSAYO:

Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM, se empleara la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente [2]: Tabla Nº01.- Cantidades de espécimen de acuerdo al tamaño de la partícula [2]

Masa mínima Masa mínima recomendada de recomendada de espécimen de espécimen de ensayo húmedo para ensayo húmedo contenidos de para contenidos de humedad reportados humedad a ±0.1% reportados a ±1%

Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)

Tamaño de malla estándar

2 mm o menos

2.00 mm (N 10)

20 g

20 g

4.75 mm

4.760 mm (N 4)

100 g

20 g

9.5 mm

9.525 mm (3/8¨)

500 g

50 g

19.0 mm

19.050 mm(3/4¨)

2.5 kg

250 g

37.5 mm

38.1 mm(1 ½¨)

10 kg

1 kg

75.0 mm

76.200mm(3¨)

50 kg

5 kg

III.5.

SELECCIÓN DEL ESPÉCIMEN DE ENSAYO:

Cuando el espécimen de ensayo es una porción de una mayor cantidad de material, el espécimen seleccionado será representativo de la condición de humedad de la cantidad total de material.

La forma en que se seleccione el espécimen de ensayo depende del propósito y aplicación del ensayo, el tipo de material que se ensaya, la condición de humedad, y el tipo de muestra (de otro ensayo, en bolsa, y de las demás). Si el material es tal que puede ser manipulado sin que haya una pérdida significativa de material, el material debe ser mezclado y luego reducido al tamaño requerido mediante cuarteo o separación. Para muestras alteradas como cortes de suelo, muestras de bolsa y similares, obtenga las muestras para ese ensayo mediante uno de los siguientes métodos (dados en preferencia). [4] III.6.

PRECISIÓN Y EXACTITUD:

EXACTITUD: No existe valor de referencia aceptado para este método de ensayo; por consiguiente no puede determinarse la exactitud. [5] PRESICION: Precisión de un operador simple el coeficiente de variación de un operador simple se encontró en 2.7 %. Por consiguiente los resultados de dos ensayos conducidos apropiadamente por el mismo equipo, no deberían ser considerados con sospecha si difieren en menos del 7.8 % de su media. [6] III.7.

MEDIDAS DIRECTAS DEL CONTENIDO DEL AGUA EN EL SUELO

III.7.1. Humedad gravimétrica: Es el peso de suelo ocupado por el agua. Por ejemplo, si en una muestra de suelo humedecido 14 gr son de agua y 65 gr son de suelo, la humedad gravimétrica será el resultado de dividir 14 entre 65 y multiplicar por 100, es decir, el 21,5%. [7]

Fig. Nº02: Humedad Gravimétrica (Hg), porcentaje de peso de suelo ocupado por agua [7]

III.7.2. Humedad volumétrica: Es el porcentaje de peso de suelo ocupado por el agua. Por ejemplo, si en una muestra de suelo humedecido, 12 cm3 son de agua y 48 cm3 son de suelo, la humedad volumétrica, será el resultado de dividir 12 entre 48 y multiplicar por 100, es decir, el 25%. [7]

Fig. Nº03: Humedad Volumétrica (Hv), porcentaje de volumen de suelo ocupado por agua. [7]

Lo más frecuente es calcularla multiplicando la humedad gravimétrica por la densidad aparente (da) del suelo. La densidad aparente es la relación entre el peso de una muestra de suelo y el volumen que ella ocupa, y su valor es diferente para cada tipo de suelo si bien para suelos con textura similar, (da) es muy parecida. Las unidades más frecuentes de densidad aparente son gramos por centímetro cúbico (g/cm 3). [7]

Fig. Nº04: Relación entre Hg y Hv [7] III.8.

CONDICIONES DE HUMEDAD DE SUELOS

Fig. Nº05: Condiciones de humedad para suelos de diferentes texturas. [8] III.9.

VALORES CARACTERISTICAS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD:

III.9.1. Grado de humedad: porcentaje de peso del agua contenida en una muestra, antes de desecarla, respecto al peso de la muestra desecada a

110 °C. se obtiene pesando la muestra antes y después de la desecación y hallando el porcentaje que representa la diferencia entre ambas pesadas respecto al peso de la muestra seca. [9] III.9.2. Humedad equivalente: grado de humedad determinado en laboratorio, de una muestra que se ha sometido a una fuerza centrífuga 1000 veces superior a la de la gravedad (presión de 10 atmosferas aproximadamente) durante un tiempo de unos 40 minutos. [9] III.9.3. Grado de saturación: porcentaje del volumen de agua, respecto al volumen de huecos en una porción de suelo en condiciones naturales. [9] III.9.4. Capacidad de retención especifica: porcentaje de volumen de agua que queda en el terreno, después de que se ha desalojado el agua gravifica, respecto al volumen total de una porción del suelo. [9] III.10. Otros Métodos para determinar el contenido de Humedad III.10.1.

Método del alcohol metílico.

Consiste en saturar con alcohol metílico una muestra de suelo previamente pesada y encenderle fuego, obteniendo el secado de la muestra por combustión. Se repite el ensayo hasta obtener pesos constantes y luego se determina el contenido de humedad. La limitante es que este método no entrega buenos resultados en suelos orgánicos. [10] III.10.2.

Método del Speedy.

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 que registra la presión originada por el gas acetileno, entregando indirectamente la humedad del suelo referida al peso húmedo de la muestra. La limitante es que este método entrega resultados falsos en suelos plásticos y además la muestra empleada es de tamaño muy reducida. [10] III.10.3.

Método del picnómetro de aire diferencial.

Consiste en introducir en un cilindro calibrado una muestra de suelo previamente pesada y colocarlo en una prensa del aparato para ejercer sobre él una presión por medio de una bomba de mercurio, produciendo una expansión de aire por los vacíos del suelo. De esta forma se obtiene el volumen de aire de la muestra mediante una tabla de aforo. Con los datos obtenidos se calcula la humedad del suelo mediante una fórmula que está en función de la gravedad específica del suelo y del agua, el volumen de aire y el peso total de la muestra de suelo. [10]

III.10.4.

Método nuclear.

Se realiza en instrumentos que se basan en las leyes físicas de dispersión de los neutrones en el suelo. De esta forma indican el valor de la humedad del suelo en base a la velocidad de dispersión. Una fuente emite neutrones de alta energía, la que se va perdiendo a medida que estos chocan con los núcleos pesados del suelo o con los núcleos de átomos de hidrógeno, los que hacen perder mucha más energía a los neutrones que cuando chocan con átomos más pesados. Luego, un receptor registra los átomos lentos que dependen del número de átomos de hidrógeno interceptados, los que se correlacionan con el contenido de agua. [10] III.10.5.

Método de la aguja Proctor.

Consiste en determinar la fuerza necesaria de aplicar para introducir una aguja estandarizada en probetas Proctor compactadas en laboratorio con diferentes humedades, obteniendo una curva de calibrado de humedad v/s esfuerzo. Para obtener la humedad en terreno, se determina la resistencia a la penetración de una muestra de suelo antes de su apisonamiento en el mismo molde Proctor, leyendo el contenido de humedad en la curva de calibración. [10] IV.

EQUIPOS, MATERIALES E INSTRUMENTOS IV.1. Equipos 

Horno de secado, termostáticamente controlado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC. Está integrado por tres cosas fundamentales: 1. Termocucpla en forma de J.-Es un sensor de temperatura dentro del horno. 2. Pirómetro.-Es un instrumento que sirve para medir la temperatura. 3. Contractor.-Estabiliza la temperatura que nosotros elijamos en este

 IV.2. IV.3.

caso 110±5 ºC. Balanzas, de capacidad conveniente, sensibilidad de 0.01 g. Materiales  Muestras distintas del suelo de la UNT, arena piedra y sedimento. Instrumentos



Desecador, de tamaño apropiado que contenga sílica gel o fosfato de

 

calcio anhidro, etc. Probeta de vidrio graduada de 250 + - 0.05 ml. Recipientes, de material resistente a la corrosión, deben ser herméticos y resistente al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o

calentamiento continuo, exposición a materiales de pH variable, y a 

limpieza. Utensilios para manipulación de recipientes, se requiere el uso de guantes, tenazas o un sujetador apropiado para mover y manipular los



recipientes calientes después de que se hayan secado. Otros utensilios, se requiere el empleo de cuchillos, espátulas. Cucharas, lona para cuarteo, etc.

V.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL  La identificación de la muestra (material) ensayada, tal como el código, 

número de ensayo, muestra, etc. Se Determino y registro la masa de un contenedor limpio y seco. Para prevenir que la mezcla de nuestros especímenes y para la obtención de resultados sea incorrectos, todos los contenedores, y tapas, se

 

enumeraron. Se selecciono especímenes de ensayos representativos. Se coloco el espécimen de ensayo húmedo en el contenedor y colocamos la tapa asegurada en su posición. Se determino el peso del contenedor y material húmedo usando una balanza seleccionada de acuerdo al peso



del espécimen. Se removió la tapa y coloco el contenedor con material húmedo en el horno a 110 ± 5 ºC. Se Seco el material hasta alcanzar una masa constante. El tiempo requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material, tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y experiencia con los materiales que sean ensayados y los aparatos que sean empleados. En la mayoría de los casos, el secado de un espécimen de ensayo durante toda la noche 8 (de 12 a 16 horas) es suficiente. En los casos en los que hay duda sobre lo adecuado de un método de secado, deberá continuarse con el secado hasta que el cambio de peso después de dos periodos sucesivos (mayores



de 1 hora) de secado sea insignificante (menos del 0.1%). Luego que el material se haya secado a peso constante, se tapo el contenedor del horno, el cual nos permitió el enfriamiento del material y del contenedor a temperatura ambiente o hasta que el contenedor pueda

ser manipulado cómodamente con las manos y la operación del balance no se afecte por corrientes de convección y/o esté siendo calentado, en 

este caso colocar las muestras en un desecador. Se Determino el peso del contenedor y el material secado al horno



usando la misma balanza. Se Registro este valor. Se calculó el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

….. (2)

……………. (3) En donde: W = es el contenido de humedad, (%) Mcws = es el peso del contenedor más el suelo húmedo, en gramos: Mcs = es el peso del contenedor, en gramos Mw = es el peso del agua, en gramos Ms = es el peso de las partículas sólidas, en gramos 

El contenido de agua del espécimen con aproximación al 0.1%, como sea apropiado dependiendo de la mínima muestra usada. Se Indico si el espécimen de ensayo contenía más de un tipo de material (estratificado, etc.), indicando sí se excluyó algún material del espécimen de ensayo.

VI.

RESULTADOS  Peso de la muestra humedad = (Peso muestra hum + recipiente) - Peso del recipiente P1 = Mcws - Mc -

Muestra 1 (suelo superficie) : P1 = 187.68 g – 68.75 g = 118.93 g Muestra 2 (arena parte central) : P3 = 235.58 g - 80.30 g = 155.28 g Muestra 3 (arena parte inferior) : P2 = 164.37 g – 75.02 g = 89.35 g

 -

Muestra 1 (suelo superficie): W(%) = [(187.68 – 184.49)/(184.49-68.75)]

x 100= 2.75

-

Muestra 2 (arena parte central): W(%) = [(235.5 – 228.5)/(228.5-80.30)]

x 100= 4.72 - Muestra 3 (arena parte inferior): W (%) = [(164.37 – 159.64)/(159.6475.02)] x 100= 5.50 -

Nº de Muestra

1

Código

28

Peso del Peso de la Peso recipiente muestra muestra humedad hum + recipiente

Peso Porcentaje muestra de humed seca + recipiente

Mc

P1

Mcws

Mcs

W (%)

68.75 g

118.93 g

187.68 g

184.49 g

2.75

Arena parte 80.30 g

155.28 g

235.58 g

228.53 g

4.72

89.35 g

164.37 g

159.64 g

5.50

Muestra

Suelo superficie

2

33

central

3

01

Arena parte 75.02 g inferior

TABLA Nº1. Datos experimentales del laboratorio

VII.

DISCUSION DE RESULTADOS - Muestra 1 (suelo superficie): Hubo una pérdida de agua en peso de la muestra de 7.75%, masomenos a pesar de tener material orgánico en dicha superficie. - Muestra 2 (arena parte central ) : Hubo una pérdida de agua en peso de la muestra de 4.72%

- Muestra 3 (arena parte inferior):

Hubo una gran pérdida de agua en

peso de la muestra de 5.50%, Se debe a su grano que es fino y sobre todo como es arcillo tiene la capacidad de absorber y perder agua rápidamente se aclaró bastante ya que perdió agua. Como fué expuesto al horno la muestra aclaró un poco su color. VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES VIII.1. Conclusiones El contenido de humedad de un suelo es la relación del cociente del peso de las partículas sólidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en términos de porcentaje. Por lo que observamos mientras vamos tomando muestras desde la superficie hacia el interior de la tierra obtuvimos como resultado que en la muestra inferior se suelo tomado acumula más agua que en la parte central y superior de la porción del suelo tomado. VIII.2. Recomendaciones - Se debe de utilizar una franela para limpiar algún objeto o material para extraer la muestra y esta no contenga alguna impureza que malogre nuestros datos a ensayar. - Se debe de cerrar bien el depósito de metal para que no haya pérdida de agua durante el traslado hacia el horno. - Se debe de tener mucho cuidado a la hora de retirar la muestra del horno y de inmediato ir a la balanza a tomar los datos para que así no vuela a adquirir humedad. IX.

BIBLIOGRAFIA 1. CONTENIDO DE HUMEDAD DE AGUA – SUELO http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/raspa/und_2/pdf/und2 .pdf 2. MANUAL DE LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS https://es.scribd.com/doc/241548412/Guia-de-Laboratorios-MS-UPC 3. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO GRAVIMÉTRICO DE AGUA (HUMEDAD) http://www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-08.pdf

4. METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EN EL LABORATORIO EL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) http://www.buenastareas.com/ensayos/Metodo-De-Ensayo-ParaDeterminar-En/71470237.html 5. EXACTITUD - Wikipedia “Exactitud” [Online] [España]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Exactitud 6. PRECISIÓN - Wikipedia “Precisión” [Online] [España]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Precisi%C3%B3n 7. MEDIDA DEL CONTENIDO DE AGUA EN UN SUELO http://info.elriego.com/medida-del-contenido-de-agua-en-un-suelo/ 8. https://www.meted.ucar.edu/sign_in_es.php?go_back_to=http%253A %252F%252Fwww.meted.ucar.edu%252Fhydro%252Fbasic_int %252Fhydrologic_cycle_es%252Fnavmenu.php%253Ftab %253D1%2526page%253D4.4.0## 9. SUELOShttp://www.miliarium.com/Proyectos/EstudiosHidrogeologicos /Memoria/Suelos/suelos_Humedad_Suelo.asp 10. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laborat orio/humedad.pdf

ANEXOS

Apéndice 01 TITULO:

PREDICCION DE LA HUMEDAD EN LOS RESTOS FORESTALES COMBUSTIBLES; APLICACIÓN A MASAS ARBOLADAS EN GALICIA (ESPAÑA) En la tesis que se presenta a continuación se efectúa un estudio experimental sobra la variación y la predicción de la humedad de los combustibles forestales muertos en masas de Pinuspinaster y Pinus radiata. Se ha puesto interés en los restos finos de la superficie pero también se ha prestado atención a los elementos finos de las copas, el mantillo o los restos superficiales de mayor grosor. Se aborda en profundidad hasta un punto la especie y el tipo de combustible que condicionan la humedad de los restos. También se analiza con detenimiento la influencia que diversos aspectos del tiempo atmosférico ejercen sobre dicha humedad .El efecto de los factores fisiográficos, sin duda importante, se trata solo de manera general a partir de la inclusión en el estudio del factor parcela o lugar de recogida de la muestra. García Romero, E. “Estructura de los Folosilicatos” [Online] [España]. Disponible en: http://www.ucm.es/info/crismine/Marisa/Estructura.htm

Apéndice 02 MARCO NORMATIVO En la realización del proyecto se tuvo en cuenta las siguientes normas: Tabla Nº02. Normatividad técnica utilizada en el desarrollo de la investigación

http://repository.lasalle.edu.co/bitstream/handle/10185/15446/T40.11%20C817o.pdf? sequence=1

Apéndice 03 ASTM D-2216 – 8 MÉTODO DE PRUEBA ESTÁNDAR PARA LA DETERMINACIÓN ENLABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) DE SUELOS Y ROCASPOR MASA Esta norma está emitida bajo la designación D2216, el número siguiente inmediato de la designación indica el año el año de adopción o en el caso de revisión, el año de la última revisión. Un número en paréntesis indica el año de la última re aprobación. El símbolo épsilon (Є) indica un cambio editorial a partir de la última revisión o rea probación.



https://es.scribd.com/doc/82600147/ASTMD-216CONTENIDODEHUMEDAD



https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/003/astm.d2216.1998.pdf