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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENÍERIA CIVIL “PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LOS SOLIDOS”

AUTOR ALFARO BARABOZA, Marco CASIQUE GUERRERO, Miriam Nataly CELIS TORRES, Xiómary CHUMACERO CASTRO, Camila GUABLOCHA GONZALES, Brayan HERRERA CERQUEN, Alejandro JARAMILLO ROJAS, Karen Lluleth LAURA TUESTA, Michael RODAS DIAZ, Luz Elita SEPULVERA VILLACORTA, Jhon Lenin SEPULVERA VILLACORTA, Luis Ángel SOBERON LULE, Jhamberly TORRES, Francisco VASQUEZ AGUILAR, Isaí DE LA CRUZ AGUILAR, Stewart ASESOR Ing. AZANG GARCIA, Jaime Eduardo MOYOBAMBA

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2018-II

SAN MARTIN

Dedicatoria: Dedico este trabajo a mis padres, familia y a Dios, que guían mis pasos y me apoyan desinteresadamente en mi camino.

AGRADECIMIENTOS

El más sincero agradecimiento para: El Ing, AZANG GARCIA, Jaime Eduardo por ser un profesional de invalorable conocimiento de la materia, comprometido en pulir al mínimo detalle este trabajo, con el fin de lograr un genuino aporte a la ingeniería y a la sociedad. A todos nuestros padres, por su apoyo parte de este trabajo, punto de partida sin la cual no sería posible el desarrollo posterior del mismo. A todos mis profesores y compañeros de aulas, que a lo largo de éstos 2 años han sido una fuente de conocimiento en la ingeniería civil, así como también de apoyo, motivación y compañerismo para el estudio y la investigación. A todos ellos, gracias por todo.

PRESENTACIÓN

Ingeniero AZANG GARCIA, Jaime Eduardo:

En cumplimiento del reglamento de la Escuela Profesional de Ingeniería Civil, presentamos este informe titulado: “Peso específico relativo de los sólidos”

La razón que motivó el desarrollo del presente informe, es conocer un poco más de la gravedad especifica de la fase solida de un suelo, y la relación de un peso específico de la materia que constituye las partículas del suelo y el peso específico del agua destilada a 4°C.

Los capítulos y contenidos que se desarrollan son los siguientes: I.

Introducción

II.

Método

III.

Resultados

IV.

Discusión

V.

Conclusiones

VI.

Recomendaciones

VII.

Referencias Bibliográficas Anexos

Atentamente.

El Autor.

CONTENIDO DEDICATORIA AGRADECIMIENTO PRESENTACION

INDICE I.

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

1.1

Definición ................................................................................................................... 1

1.2

REFERENCIAS NORMATIVAS ............................................................................. 2

1.3.1.1

OBJETIVOS ....................................................................................................... 2

1.3.1.1.1

MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 3

1.3.1.1.2

EQUIPOS Y MATERIALES .......................................................................... 4

1.3.1.1.3

MUESTRA A ENSAYAR .............................................................................. 5

1.3.1.2

CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO ............................................................. 5

1.3.1.2.1

PROCEDIMIENTOS ...................................................................................... 6

1.3.1.2.2

CALCULO ...................................................................................................... 8

II.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................... 9

III.

REFERENCIAS ....................................................................................................... 10

ANEXOS ........................................................................................................................... 11

I. INTRODUCCIÓN

1.1 Definición

La densidad de sólidos se define como la relación que existe entre el peso de los sólidos y el peso del volumen del agua desalojado por los mismos. Generalmente la variación de la densidad de sólidos es de 2.60 a 2.80, aunque existen excepciones como en el caso de la turba en la que se han registrado valores de 1.5 y aún menores, debido a la presencia de materia orgánica. En cambio, en suelos con cierta cantidad de minerales de hierro la densidad de sólidos ha llegado a 3. Aplicación: El Peso específico relativo de los sólidos es una propiedad índice que debe determinarse a todos los suelos, debido a que este valor interviene en la mayor parte de los cálculos relacionados con la Mecánica de suelos, en forma relativa, con los diversos valores determinados en el laboratorio pueden clasificarse algunos materiales. Una de las aplicaciones más comunes de la densidad (Ss), es en la obtención del volumen de sólidos, cuando se calculan las relaciones gravimétricas y volumétricas de un suelo.

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1.2 REFERENCIAS NORMATIVAS Para este tipo de ensayos, nos basaremos en las normas vigentes.  NTP 339.151(ASTM D854) método de ensayo para determinar el peso específico relativo de solidos las partículas de un suelo.  NTC E 118 método de ensayo estándar para la gravedad especifica de solido de un suelo mediante picnómetro de agua.

1.3.1.1

OBJETIVOS

Objetivos principales:  

Determinar el peso específico relativo de las partículas sólidas del suelo. Hallar la gravedad especifica del suelo.

Objetivos secundarios:    

Una de las propiedades más importantes que se ha determinar peso específico relativos de sólidos. Conocer el uso del calor, como el medio más apropiado para hacer la extracción de vacíos de la muestra. Analizar las relaciones que existen entre peso específico del suelo y el peso específico del agua. Realizar un uso adecuado de los diferentes equipos de laboratorio.

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1.3.1.1.1 MARCO TEÓRICO La gravedad específica de un suelo (𝐺𝑠 ) se define como el peso unitario del material dividiendo por el peso unitario del agua destilada a 4°C. La 𝐺𝑠 se calcula mediante la siguiente expresión. 𝛾𝑠 𝐺𝑠 = 𝛾𝑤 Dónde:  𝛾𝑠 = peso específico de los solidos (𝑔/𝑐𝑚3 )  𝛾𝑤 = peso específico del agua (g/ 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 consideren los mismos volúmenes, como se observa en la siguiente expresión:  𝐺𝑠 = (𝑤𝑠 /𝑉𝑠 )/(𝑤𝑤 /𝑉𝑤 ) ∗ 𝛾𝑤 ) = (𝑤𝑤 ∗ 𝛾𝑤 ) Dónde:  𝑉𝑠 =volumen de solidos  𝛾𝑤 =volumen del agua La forma de calcular 𝐺𝑠 , difieren según el tipo de suelo analizado y el tamaño de sus partículas. Para suelos que contiene partículas mayores que le tamiz de 5mm (malla N° 4 ASTM), el método recomendado a seguir es el C-127 ASTM, llamado gravedad específica y absorción de agregados gruesos. Si el suelo se compone de partículas mayores y menores que 5 mm. La muestra se separa en el tamiz, determinando el porcentaje en masa seca de ambas 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 = 𝐺𝑠 (𝑏𝑎𝑗𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑁°4) ∗ % 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑁°4 + 𝐺𝑠 (𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑁°4) ∗ %𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑁°4 Los procedimientos para suelos que pasen bajo la malla N°4, se diferencian solo si se trata de suelos cohesivos o no. El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, es utilizada en el análisis hidrométrico y sirve para graficar la recta de saturación máxima en el ensayo de compactación proctor. La densidad de los sólidos se obtiene en la práctica como la relación entre el peso de los sólidos y el volumen del agua que desalojan a la temperatura ambiente. Al valor obtenido se le hace una corrección por temperatura. Las partículas gruesas contienen, generalmente, aire entrampado en poros impermeables que solo podría eliminarse rompiendo las partículas que se usen en la determinación de a densidad de suelos no deben ser molidas o rotas. Los valores de la densidad de solidos intervienen 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 2.20 a 3.0, según el material de que se trate. Algunos materiales se 3

enlistan a continuación: MATERIALES Arcilla de origen volcánico Suelos orgánicos Suelos granulares Limos inorgánicos Arcilla poco plástica Arcilla plástica Arcilla expansivas

VALOR DE 𝐺𝑠 2.20 – 2.50 2.50 – 2.65 2.63 – 2.68 2.67 - 2.73 2.72 - 2.78 2.78 - 2.86 2.86 – 2.9

1.3.1.1.2 EQUIPOS Y MATERIALES



 

  

        

Picnómetro con una capacidad mínima de 250 ml. El volumen del picnómetro debe ser 2 o 3 veces el volumen de la masa de la muestra humedad durante la etapa de de aireación. Horno de secado, controlado por termostato, capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5°C. Balanza de 0.01 g de precisión. Con una capacidad de por lo menos 500g cuando se utiliza el picnómetro de 250 ml y 1000g para el picnómetro de 500 ml. Desecador conteniendo sílica gel. Se debe verificar que la sílica gel presente el color adecuado. Termómetro de 0.1°C de precisión. Equipo de remoción de aire de las muestras que puede estar constituido por una bomba de vacío o una hornilla capaz de mantener la temperatura adecuada para hervir el agua. Tamiz N°4 (abertura de 4.75 mm). Batidora de suelo. Embudo Papel absorbente Conservadora Recipiente capaz de contener agua. Trozo de plastoformo sobre el cual pueda asentarse el picnómetro. Equipo de manipuleo: guantes de asbesto, espátulas y cucharas. Agua de aireada.

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1.3.1.1.3 MUESTRA A ENSAYAR  tamaño máximo de partícula. La muestra debe ser tamizada a través del tamiz n°4, tomándose la porción que pasa como muestra a ser empleada en el ensayo. En caso de que un porcentaje del suelo sea retenido en el tamiz n°4, esta porción deberá ser analizada mediante el procedimiento ASTM C127 u otro equivalente.  cantidad de muestra La masa de la muestra representativa del suelo secada al horno deberá corresponder al rango presentado en la tabla 1, encontrándose esta función del tipo de suelo. Tipo de suelo Masa seca de muestra para Masa seca de muestra para picnómetro de 250ml picnómetro de 500 ml g g SP,SP-SM 60 ± 10 100 ± 10 SP-SC,SM,SC 45 ± 10 75 ± 10 Limo o arcilla 35± 10 50± 10

1.3.1.2 CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO 1. Determinar y registrar la masa del picnómetro limpio y seco. Realizar el proceso 5 veces, la desviación estándar de los valores debe ser menor o igual que 0.02g. el promedio de los valores será registrado como la masa del picnómetro, 𝑀𝑝 . 2. Llenar el picnómetro con agua de aireada hasta rebasar la marca de calibración, ver el procedimiento de llenado de picnómetro en el punto 7 del acapite5. El agua desairada no debe ser utilizada hasta que esta no adquiera la temperatura del cuarto donde se realiza la calibración. 3. Introducir a la conservadora el picnómetro, termómetro, el tapón del picnómetro y agua desairada en una botella. Dejar que el picnómetro entre el equilibrio térmico (por lo menos 3 horas) a una temperatura de entre 15 a 30 °C. pueden introducirse en un mismo contenedor hasta seis picnómetros a la vez. 4. Extraer un picnómetro, tomando este por la parte superior del cuello para no alterar la temperatura del agua en él. Colocarlo sobre plastoformo. 5. Utilizando el papel absorbente, ajustar el nivel del agua en el picnómetro hasta que la parte inferior del menisco coincida con la marca de graduación. 6. Determinar y registrar la masa del picnómetro lleno de agua, 𝑀𝑝𝑤,𝑐 , con una precisión de 0.01g. 7. Extraer el termómetro de la conservadora e insertar este en el agua contenida en el picnómetro hasta una profundidad de 25 a 80 mm. 5

Determinar y registrar la temperatura del agua en el picnómetro, 𝑇𝑏 , con una precisión de 0.1°C. 8. Repetir los pasos del 2 al 6 hasta obtener cinco medidas independientes para cada picnómetro que este siendo calibrado. 9. Utilizando cada uno de los cinco datos, calcular el volumen de cada picnómetro, 𝑉𝑝 , con la ayuda de la siguiente ecuación. 𝑉𝑝 =

(𝑀𝑝𝑤,𝑐 − 𝑀𝑝 ) 𝜌𝑤,𝑐

Dónde: 𝜌𝑤,𝑐 =Densidad por masa del agua a la temperatura de calibración [𝑔/𝑚𝐿] Tabla de densidad del agua y coeficiente de temperatura (K) para varias temperaturas. Temperatura Densidad Coeficiente de Temperatura (°C) (g/ml) temperatura (°C) (K) 15.0 0.99910 1.00090 23.0 16.0 0.99895 1.00074 24.0 17.0 0.99878 1.00057 25.0 18.0 0.99860 1.00039 26.0 19.0 0.99841 1.00020 27.0 20.0 0.99821 1.00000 28.0 21.0 0.99799 0.99979 29.0

Densidad (g/ml) 0.99754 0.99730 0.99705 0.99679 0.99652 0.99624 0.99595

Coeficiente de temperatura (K) 0.99933 0.99909 0.99884 0.99858 0.99831 0.99803 0.99774

10. Calcular el promedio y la desviación estándar de los cinco volúmenes

determinados. La desviación estándar debe ser menor o igual que 0.05 ml.

1.3.1.2.1 PROCEDIMIENTOS 1. Verificar que la masa del picnómetro, 𝑀𝑝 , este dentro los 0.06g de la masa calibrada, de lo contrario recalibrar la masa seca del picnómetro. 2. Determinar el contenido de humedad, w, de una porción de la muestra siguiendo el procedimiento D2216. Utilizando el contenido de humedad calcular la cantidad de muestra humedad necesitaría para cumplir con los requerimientos de la tabla. 3. Colocar 100 ml de agua en la batidora de suelo. 4. Adicionar la muestra y batir 5. Colocar el vaso en la batidora y batir la muestra. 6. Utilizando el embudo, colocar la mezcla en el picnómetro. Lavar todas las partículas retenidas en el embudo con ayuda d agua, haciendo que estas entren al picnómetro. 6

7. Adicionar agua hasta que el nivel se encuentre entre 1/3 a ½ del alto del cuerpo del picnómetro. Agitar el picnómetro hasta formar una mezcla homogénea. Lavar cualquier partícula adherida al picnómetro. Para algunos suelos que contienen una fracción significante de suelo orgánico, el kerosén es mejor humectante que el agua. 8. Para poder remover el contenido de aire se hierve la muestra por un mínimo de 2 h. aplicar solamente el calor necesario para que la mezcla se mantenga hirviendo. Agitar la mezcla tanto como sea necesario para evitar que el suelo se adhiera al picnómetro o las partículas que se encuentren, en la superficie interna del picnómetro, sobre el nivel de la mezcla se sequen. 9. Llenar el picnómetro, hasta rebasar la marca de calibración, con un agua desairada introduciendo está a través de un tubo flexible de diámetro pequeño cuya punta se mantenga ligeramente sumergida en la mezcla contenida por el picnómetro. Este proceso debe ser realizado cuidadosamente para evitar que se generen burbujas de aire en la muestra. para esto el agua puede ser introducida por una manguera de diámetro pequeño cuyo extremo de salida quede justo debajo de la superficie del agua en el picnómetro. 10. Dejar enfriar el picnómetro hasta que adquiera la temperatura ambiental. 11. Introducir a la conservadora el picnómetro, termómetro, un recipiente con agua, el tapón del picnómetro y agua desairada en una botella. Dejar que el picnómetro entre en equilibrio térmico durante toda la noche. 12. Extraer el picnómetro de la conservadora, tomando este por la parte superior del cuello para no alterar la temperatura del agua y ponerlo sobre plastoformo. 13. Ajustar el agua a la marca de calibración con la ayuda del papel absorbente. 14. Medir y registrar la masa del conjunto picnómetro, suelo y agua 𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡 con una precisión de 0.01g 15. Medir con el termómetro y registra la temperatura de la mezcla, 𝑇𝑡 , con una precisión de 0.1°C, tomando el dato a una profundidad de 25 a 80mm. 16. Verter la muestra en un contenedor, evitando que queden partículas en el picnómetro, es posible utilizar agua adicional para lavar estas. 17. Secar la muestra en el horno a una temperatura de 110 ± 5°C. 18. Dejar enfriar en el desecador 19. Determinar la masa de la muestra seca, 𝑀𝑠 , con una precisión de 0.01g.

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1.3.1.2.2 CALCULO Los datos obtenidos a partir de la calibración son:  Volumen del picnómetro, 𝑉𝑝  Mas calibrada promedio del picnómetro seco, 𝑀𝑝 Los datos registrados durante el procedimiento son los siguientes.  Masa del picnómetro más la muestra y el agua destilada, 𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡  Temperatura de ensayo, 𝑇𝑡 .  Masa de los sólidos secados al horno, 𝑀𝑠 . Con la ayuda de la ecuación 2 se determina la masa del picnómetro más agua a la temperatura de ensayo, 𝑀𝑝𝑤𝑠,𝑡 . 𝑀𝑝𝑤,𝑡 = 𝑀𝑝 + (𝑉𝑝 ∗ 𝜌𝑤,𝑡 ) Dónde: 𝜌𝑤,𝑡 = Densidad del agua a la temperatura de ensayo 𝑇𝑡 Calcular la gravedad específica a la temperatura de ensayo. 𝜌𝑠 𝑀𝑠 𝐺𝑡 = = 𝜌𝑤,𝑡 𝑀𝜌𝑤,𝑡 − (𝑀𝜌𝑤𝑠,𝑡 − 𝑀𝑠 ) Dónde: 𝜌𝑠 = Densidad de solidos de suelos A menos que se especifique lo contrario, la gravedad específica será presentada para una temperatura de 20°C. Para ello se corrige la gravedad obtenida mediante el factor K que depende de la temperatura a la que se realizó el ensayo, 𝑇𝑡 , y con la siguiente relación. 𝐺20°𝐶 = 𝐾. 𝐺𝑡 Para suelos que contienen partículas mayores a 4.75 mm se deberá ponderar la gravedad específica de acuerdo a la siguiente ecuación. 1 𝐺𝑎𝑣𝑔@20°𝐶 = 𝑅 𝑃 100. 𝐺1@20°𝐶 + 100. 𝐺2@20°𝐶 Dónde: R= porcentaje de suelos retenidos en el tamiz N°4 P=porcentaje de suelo que pasa el tamiz N° 4. 𝐺1@20°𝐶 = Gravedad especifica aparente a los suelos retenidos en el tamiz N°4 determinada por el ensayo ASTM C127 y corregida por 20°C. 𝐺2@20°𝐶 = gravedad especifica de los olidos del suelo que pasan el tamiz N°4 determinada por este procedimiento.

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II. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 







La gravedad específica de una materia, nos permite decir qué clase de material puede ser, teniendo en cuenta su peso, ya que se una relación de pesos de material. La importancia de este ensayo radica en que la gravedad específica de un suelo se utiliza en el cálculo de las reacciones de fases del suelo, en los cálculos de los ensayos de granulometría por sedimentación, comprensibilidad y potencial de expansión. Por lo que debemos determinar de manera correcta este valor. En realizar el ensayo y el informe de manera indicada para conocer este procedimiento y poder llevarlo a cabo de manera satisfactoria. Además, se expone la importancia que conocer el valor de la gravedad especifica de sólidos para no ejecutar futuros resultados. Realizar un muestreo de suelo más extenso en la zona para poder determinar con mejor precisión el tipo de material que está formado el suelo.

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III. REFERENCIAS   

Manual de laboratorio de suelos de ingeniería, Joseph E. Bowie Fundamentos de mecánica de suelos, Juárez Badillo- Ríos Rodríguez. Fundamente de ingeniería civil geotécnica, Braja M. Das.

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ANEXOS Imagen del llenado el picnómetro hasta su maraca de calibración.

Muestra a ensayar

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