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UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ. FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL.

I. INTRODUCCIÓN. En el siguiente informe que corresponde a la práctica N° 03 de laboratorio de mecánica de suelos I, cuyo tema es “Gravedad Específica de Suelos.”, el cual se realizó el día martes 16 de mayo del presente año, en la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez, en el Laboratorio de Mecánica de Suelos, Concreto y Asfaltos. En el presente informe se describe el proceso para determinar la Gravedad específica de los suelos, la cual es el peso específico absoluto del suelo y está representada por un número adimensional. La Gravedad específica nos ayuda a conocer otras propiedades del suelo y de esta manera estudiar su comportamiento; esta se obtiene mediante un ensayo de laboratorio el cual será detallado a continuación y es aplicable específicamente a suelos y agregados como los utilizados en las mesclas de concreto y asfalto. La finalidad de dicho informe es el adquirir los conocimientos necesarios, tanto teóricos como prácticos de la metodología a utilizar para la realización de este ensayo con la utilización de un suelo natural, además de saber cuáles son los materiales e instrumentos de medición se necesitan para la garantía del ensayo. Para realizar el ensayo se consideró las siguientes normas: (ASTM D 854 - (NTC 1974), AASHTO T 100-70). Para determinar los datos requeridos para esta práctica, utilizaremos una muestra alterada, esta pasó por el tamiz N° 10, luego pasaremos con la fiola y el agua, para luego obtener por simples cálculos la gravedad específica del suelo. Realizar estos tipos de ensayos nos permite conocer y verificar la calidad de suelo, conocer los diferentes estratos del suelo de cada zona, región, ciudad.

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Contenido. I.

INTRODUCCIÓN. .......................................................................................................... 1

II.

NORMATIVA.................................................................................................................. 3 2.1

Norma ASTM D 854 – (NTC 1974) ......................................................................... 3

2.2

Norma AASHTO T 100-70 ....................................................................................... 3

III.

JUSTIFICACIÓN. .......................................................................................................... 4

IV.

OBJETIVOS. .................................................................................................................. 5

4.1

Objetivo general. ...................................................................................................... 5

4.2

Objetivos específicos. ............................................................................................. 5 MARCO TEÓRICO. ...................................................................................................... 6

V. 5.1

Gravedad Específica. .............................................................................................. 6

5.2

Valores típicos de la gravedad especifica en los diferentes tipos de suelos. ......................................................................................................................... 8

VI.

MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS. ..................................................... 9

VII.

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO. .................................................................... 11

VIII.

PRESENTACIÓN DE DATOS. ................................................................................. 13

IX.

CUADRO DE RESULTADOS. .................................................................................. 14

X.

ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. ......................................... 15

XI.

CONCLUSIONES. ....................................................................................................... 16

XII.

RECOMENDACIONES. ............................................................................................. 16

XIII.

ANEXOS. ...................................................................................................................... 17

XIV.

BIBLIOGRAFIA. .......................................................................................................... 20

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II. NORMATIVA. 2.1

Norma ASTM D 854 – (NTC 1974) Métodos de ensayo para peso específico de solidos de suelo con picnómetro de agua. Introducción: Esta norma es una adopción idéntica (IDT) por la ASTM D 854, standard test methods for specific gravity of soil solids by wáter pycnometer. Alcance: Estos métodos de ensayo cubren la determinación del peso específico de solidos de suelo que pasan el tamiz de 4.75 mm (n° 4), por medio de un picnómetro de agua. Cuando el suelo contiene partículas mayores que el tamiz de 4.75 mm, debe emplearse el método de la norma ASTM C 127 para los sólidos de suelo retenidos en el tamiz de 4.75 mm y para las partículas de suelo que pasan el tamiz de 4.75 mm se deben usar estos métodos de ensayo. Los sólidos de suelo para estos métodos de ensayo no incluyen solidos que puedan alterarse con estos métodos, que estén contaminados con sustancias que prohíban el uso de estos métodos, o que sean solidos altamente orgánicos, tales como materia fibrosa que flota en el agua. Puede emplearse el método de la norma ASTM D 5550 para determinar la gravedad específica de los sólidos de suelo que incluyan solidos que se disuelven fácilmente en agua o floten en agua, o cuando no sea practico usar agua. Se dan dos métodos para determinar el peso específico. El método a emplear debe especificarlo la autoridad solicitante, excepto cuando se ensayen los tipos de suelo listados a continuación: Método a: Procedimiento para muestras húmedas. Este método es el método preferido y debe usarse para suelos orgánicos; altamente plásticos; suelos de grano fino; suelos tropicales y suelos que contengan haloysita. Método b Procedimiento para muestras secadas al horno.

2.2

Norma AASHTO T 100-70 Este método cubre la determinación de la gravedad especifica de los suelos compuestas de partículas más pequeñas que el tamiz de 4.75 mm (N° 4) por medio de un picnómetro. Cuando el suelo se compone de partículas más grandes que el tamiz de 4.75 mm, se seguirá el método delineado en T 85. Cuando el suelo se compone de partículas tanto más grandes y más pequeñas que el tamiz de 4.75 mm, el método de ensayo apropiado se debe utilizar en cada parte, y un promedio ponderado debe calcularse. Los valores indicados en unidades del SI deben ser considerados como el estándar. LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS I.

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III. JUSTIFICACIÓN.

Este ensayo se realizó con el fin de conocer la gravedad especifica de las partículas sólidas de la calicata (C1), del estrato (E5), que se realizó en el departamento de Puno - distrito Juliaca - provincia de San Román, en las instalaciones de la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez.

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IV. OBJETIVOS. 4.1 Objetivo general.  Determinar la gravedad específica de un suelo a partir de una muestra dada, realizando los procedimientos específicos de laboratorio e interpretar los resultados de manera concisa. 4.2 Objetivos específicos.  Determinar el valor de la gravedad específica del estrato 5.  Realizar de manera correcta los procedimientos de laboratorio para realizar el ensayo.  Analizar si los resultados de gravedad específica son adecuados para la clasificación del suelo.

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V. MARCO TEÓRICO. 5.1 Gravedad Específica. La gravedad específica de un suelo (Gs) se define como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua a 4°C. La Gs se calcula mediante la siguiente expresión

𝐺𝑠 =

γs m

Donde:  

s = peso específico de los sólidos (𝑔𝑟𝑠/𝑐𝑚3 ) w =peso específico del agua 4°C. (𝑔𝑟𝑠/𝑐𝑚3 )

De esta forma, la gravedad específica puede ser calculada utilizando cualquier relación de peso de suelo (Ws) al peso del agua (Ww), siempre y cuando se considera los mismos volúmenes como se observa la siguiente expresión:

Gs = (Ww / Vs) / (Ws / Vw)  w) = (Www)

Donde:  

Vs = volumen de los sólidos. Vw = volumen del agua.

La forma de calcular Gs. Difiere según el tipo de suelo analizado y el tamaño de sus partículas; para suelos que contienen mayores que el tamiz de 5mm. (Malla N°4. ASTM) el método recomendado a seguir es el C-I27 ASTM. Llamado gravedad específica y absorción de agregados gruesos. Si el suelo se compone de partículas mayores y menores que 3 mm. La muestra se separa en el tamiz determinado el porcentaje en masa seca de ambos fracciones y se ensayan por separado con el método correspondiente. El resultado será el promedio ponderado de ambas fracciones. El valor de la gravedad específica para el suelo será:



Gs = (baja malla N°4) * % pasa malla N°4 Gs(sobre malla N°4) * %retenido malla N°4

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Cuando el valor de la gravedad específica sea utilizado en cálculos relacionados con la porción hidrométrica del Análisis Granulométrico de Suelos (norma INV E – 124), la gravedad específica se debe determinar de la porción de suelo que pasa el tamiz de 2.00 mm (No.10), de acuerdo con el método que se describe en la presente norma. Los procedimientos para suelos que pasen bajo malla N°4 se diferencia solo si se trata de suelos cohesivos o no, el valor de la gravedad especifica es necesario para calcular la relación de varios suelos, es utilizado en el análisis hidrométrico y sirve para graficar la recta de saturación máxima en el ensayo de compactación. La densidad de los sólidos se obtiene en la práctica como la relación entre peso de los sólidos y el volumen del agua que desalojan a la temperatura ambiente. Al valor obtenido se le hace una corrección por la temperatura. Las partículas gruesas contienen generalmente aire entrampado en poros impermeables que solo podría eliminarse las partículas que se usen en la determinación de la densidad de los suelos no deben ser molidas o rotas. El valor de la densidad de los sólidos interviene en la mayor parte de los cálculos de mecánica de suelos y ocasionalmente, sirve también para fines de clasificación. El valor de la densidad de los suelos varía comúnmente entre los valores de 220 a 3.0, según el material de que se trate. Algunos materiales se enlistan a continuación.

MATERIAL

VALOR DE (Gs)

Arcilla de origen volcánico.

2.20 -2.50

Suelos orgánicos.

2.50 - 2.65

Suelos granulares.

2.63 -2.68

Arcilla poca plástica.

2.72 -2.78

Arcilla plástica.

2.78 -2.86

Arcillas expansivas.

2.86 -2.9

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5.2 Valores típicos de la gravedad especifica en los diferentes tipos de suelos.

TIPO DE SUELO

GRAV.ESP. (Gs)

INORGANICO. Grava. Arena gruesa a media. Arena fina (limosa). Polvo de piedra y limo arenoso. INORGANICO Arena algo arenoso. Limo arenoso. Limo. Arena arcilloso. Limo arcilloso arenoso. Arcilla arenoso. Arcilla limosa. Arcilla.

2.65 2.65 2.65 2.67

2.65 2.66 2.67-2.70 2.67 2.67 2.70 2.75 2.72-2.80

ORGANICO. Limos con trazos de materia orgánica. Lodos aluviales. Orgánicos turba.

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2.30 2.13-2.60 1.50-2,15

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VI. MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS. MATERIAL.  MUESTRA UTILIZADA Muestra seca del estrato obtenido del mismo material de la muestra inalterada para realizar el ensayo.|

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS.  PICNÓMETRO O FIOLA Es un instrumento de medición cuyo volumen es conocido y permite conocer la densidad o peso específico de cualquier fluido ya sea líquido o sólido mediante gravimetría a una determinada temperatura.  BALANZA Con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 Décimas de error). Para muestras de menos de 200g y 0.1g para muestras de más de 200gr.

 BANDEJA, RECIPIENTES O BOLES La bandeja es utilizada para no desperdiciar la muestra, los recipientes son para poner la muestra y posterior a pesar, y por último el cucharon.

 TAMIZ N°10 Es utilizado para el control granulométrico de la muestra con la finalidad de tener una muestra selecta  MAZO DE GOMA Es una herramienta de mano que se utilizó para percutir la muestra.  EMBUDO Es una pieza cónica de metal o plástico que se utilizó para colocar la muestra y agua dentro del picnómetro.

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 COCINA O ESTUFA Fue utiliza para calentar el picnómetro con la muestra a una temperatura entre 18 a 22 °C.  OLLA Es utilizada para hacer calentar el agua y también para hacer baño maría al picnómetro

 FRANELA Es utilizada para mantener limpio los recipientes, y el lugar donde se realiza el ensayo, etc.  HORNO Horno de secado termostáticamente controlado a una temperatura de 100 a 110°C para el secado de la muestra

 TERMOMETRO Termómetro digital de alta sensibilidad que fue utilizado para medir la temperatura de 18 a 22 °C del picnómetro con la muestra.  PIPETA Es un instrumento de laboratorio que se utilizó para llevar el agua en gotas a la fiola.

 AGUA DESTILADA Es aquella a la que se han eliminado las impurezas e iones mediante destilación. Pero por fines académicos se utilizó agua potable.

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VII.

PROCEDIMIENTO RECOMENDADO.

1. Primeramente antes de realizar la práctica debes de tener todo los materiales y equipos en perfectas condiciones de uso como son:  La muestra donde se ha extraído debe de estar seca de una cantidad de 500gr.  Como los equipos son la fiola, la estufa, la olla, el embudo, el tamiz N°10 y otros instrumentos más. 2. Seguidamente pesamos la fiola y obtenemos su peso. 3. Luego de haber obtenido el peso de la fiola lo colocamos agua al borde del cuello de la fiola (aforo). 4. Luego nos vamos donde se encuentra la estufa y calentamos agua en la olla el agua de la olla debe de estar a una temperatura de 84°C. 5. Una vez que el agua se encuentre caliente, colocamos la fiola dentro de la olla con mucho cuidado esto servirá para que nos ayude a eliminar los espacios vacíos que hay dentro de la fiola. 6. Para hacerlo más rápido esto, debemos de ayudarlo moviendo de un lado a otro la fiola, una vez ya terminado de eliminar todos los espacios vacíos de la fiola debemos fijarnos si el agua llego hasta el aforo, si esta no ha llegado debemos de aumentar agua con mucho cuidado. 7. Una vez que ya todo este, debemos de fijarnos la temperatura, colocamos el termómetro digital dentro de la fiola y obtenemos la temperatura y esta nos marcó 45°C pero la fiola con agua debe de estar a una temperatura ambiente que es de 18°C a 22°C. 8. Demos de enfriar con un baño maría ya obtenido una temperatura ambiente lo pesamos el agua con la fiola. 9. Logramos obtener una temperatura de 21.5°C. 10. Luego de esto sacamos el agua de la fiola. 11. Ahora empezaremos con la muestra la muestra debemos de colocarlo en un tamiz # 10 y obtenemos la muestra fina, con esta muestra seca fina trabajaremos. 12. En este caso nosotros trabajamos con un peso de 60gr de la muestra seca fina.

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13. En este caso, esta muestra lo colocamos ala fiola con mucho cuidado con ayuda del embudo. 14. Después de esto nos vamos nuevamente a la estufa y calentamos el agua en una olla y eliminamos los espacios vacíos. 15. Ya una vez eliminado todos los espacios vacíos, empezamos a ver si el agua llego al aforo correspondiente. 16. Seguidamente tomamos la temperatura de la fiola +agua + muestra y esta debe de estar con una temperatura de 21.5°C, si esta está muy caliente nuevamente hacemos el baño maría. 17. Ya obtenido la temperatura adecuada a 21.5°C. Lo pesamos. 18. Luego de haber obtenido el peso, sacamos todo el material en un recipiente y este recipiente debe de estar pesado sin contenido. 19. Una vez que el estrato este en el recipiente lo dejamos que este se asiente en la base para sacar el agua. 20. Luego de haber colado el agua, lo colocamos en el horno hasta el día siguiente 21. Por ultimo pesamos la muestra seca sacada del horno. 22. Luego realizamos los cálculos para obtener la gravedad especifica.

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VIII. PRESENTACIÓN DE DATOS. DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO.

N° DE ENSAYO

1

2

Peso del Picnómetro

102.08gr

102.08gr

Peso del Picnómetro + agua

351.25gr

351.25gr

Peso del Picnómetro + suelo + agua

387.15gr

387.15gr

Peso de Bandeja “A”

71.60gr

71.60gr

Peso de Bandeja “A” + Suelo seco “A”

131.60gr

131.60gr

60gr

57.16gr

84.92gr

84.92gr

Peso de Suelo seco Peso de Bandeja “B”

CÁLCULOS.

FORMULA.

DONDE: 𝐺𝑠 =

𝑊𝑠 𝑊𝑝𝑤 + 𝑊𝑠 − 𝑊𝑝𝑠𝑤

Gs

= Gravedad Especifica

Ws

= Peso del Suelo Seco

Wpw = Peso del Picnómetro + Agua Wpsw = Peso del Picnómetro + Suelo seco + Agua

ENSAYO N° 1

𝐺𝑠 =

60𝑔𝑟 351.25𝑔𝑟 + 60𝑔𝑟 − 387.15𝑔𝑟

𝐺𝑠 = 2.49

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ENSAYO N° 2

𝐺𝑠 =

57.16𝑔𝑟 351.25𝑔𝑟 + 57.16𝑔𝑟 − 387.15𝑔𝑟 𝐺𝑠 = 2.69

PROMEDIO DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA.

𝐺𝑠(𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜) =

2.69 + 2.49 2

𝐺𝑠(𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜) = 2.59

IX. CUADRO DE RESULTADOS.

N° DE ENSAYO.

1

2

Peso picnómetro.

102.08gr

102.08gr

Peso picnómetro + peso del agua.

351.25gr

351.25gr

Peso del picnómetro + peso del suelo + peso del agua.

387.15gr

387.15gr

Peso de bandeja A

71.60gr

71.60gr

Peso de bandeja A + peso del suelo seco A

131.60gr

131.60gr

Peso de bandeja B

84.92gr

84.92gr

Peso del suelo seco A

60.00gr

57.16gr

2.49

2.69

Gravedad específica parcial. PROMEDIO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA.

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2.59

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X. ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. 

La gravedad especifica de la muestra del 5to estrato nos da a conocer dos resultados, en el cual hay una diferencia de 0.20



Como podemos mostrar en el informe no se realizó la curva de calibración para la Fiola, ya que la temperatura del agua + la Fiola; era igual a la temperatura de la Fiola+ agua + muestra.



En el siguiente informe no se calculó la constante k, el cual es el factor de corrección basado en el peso específico del agua a temperatura de calibración. Dicha temperatura tiene que ser entre 18 oC - 22 oC

𝑘=



𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑑𝑎

Se tuvo que llenar la Fiola con agua destilada para un mejor estudio, pero ya que es una práctica para fines de aprendizaje del estudiante, solo se usó agua potable. En cual hay posibilidades de que el resultado no sea el adecuado.

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XI. CONCLUSIONES.  Se logra encontrar el peso específico de las partículas sólidas del estrato E5.  Se realizó de manera correcta, el procedimiento en laboratorio, para la obtención de la gravedad específica del suelo.  Obteniendo los resultados de gravedad especifica parcial, se hizo promedio de las dos gravedades específicas, obteniendo como resultado Gs = 2.59.

XII. RECOMENDACIONES. Para el ensayo realizado se recomienda lo siguiente:

 Se recomienda que antes de empezar el ensayo revisar los materiales que se utilizaran, estén en perfectas condiciones.

 Se recomienda secar bien el picnómetro a la hora de ser utilizados ya que si estos se encuentran húmedos podrían modificar la gravedad específica de la muestra.  Para determinar la gravedad específica del sólido es recomendable tener mucha precisión al momento de registrar las masas del picnómetro, muestras, bandeja, para así evitar futuros errores al momento de pesar y alteraría la gravedad específica de la muestra.  El picnómetro no deberá contener ningún espacio de aire y tiene que estar al nivel del aforo.  Utilizar de manera correcta y cuidadosa el picnómetro.

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XIII. ANEXOS. Paso 1. Desintegrar la muestra y sacar una muestra de 60 gr. Del material que pase por el tamiz N° 10, previamente ponemos en cero el peso del recipiente.

Paso 2. Ponemos al fuego una olla con agua, para luego poner la fiola también con agua.

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Paso 3. Hacer una serie de movimientos para eliminar los espacios vacíos de la fiola.

Paso 4. Esperar que la fiola tenga una temperatura entre los 18 - 22 °C, para luego tomar los apuntes de su peso.

Paso 5. Botamos el agua de la fiola y esperamos que este totalmente seco por dentro, para después agregar nuestra muestra junto con agua.

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Paso 6. En este paso repetimos el mismo procedimiento con la fiola solamente con agua, una vez q tengamos la misma temperatura procedemos a pesar la fiola + suelo + agua.

Paso 7. Vaciar el contenido de fiola en un recipiente, esperar que llegue a asentar la muestra y retirar el agua. Previamente tomaremos notas del peso del recipiente.

Paso 8. Dejar la muestra en el horno durante 24 horas, hasta que este seco, de ahí tomar apunte del peso seco del suelo.

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XIV. BIBLIOGRAFIA.  Manual de ensayo de materiales.  Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil, Joseph E. Bowles.  Fundamentos de Mecánica de Suelos, Juárez Badillo – Rico Rodríguez.  http://www.lms.uni.edu.pe/Determinacion%20de%20la%20gravedad%20 especifica.pdf

REFERENCIA NORMATIVA.

   

ASTM D 854 - (NTC 1974) AASHTO T 100-70 INV E – 124 ASTM C 127.

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