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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

IMFORME DE MECANICA DE SUELOS I

TEMA: CONTENIDO DE HUMEDAD, DENSIDAD APARENTE Y PESO ESPECIFICO DE SOLIDOS

APELLIDOS Y NOMBRES: DIAZ VASQUEZ NILDER

DOCENTE: ING. MARCOS W. HOJOS SAUCEDO

GRUPO:

B1

INTRODUCCIÓN El hombre se ha visto en la obligación de estudiar el suelo que hoy en día nos rodea con el fin de saber su comportamiento antes efectos exteriores causados por todo las cargas que se encuentran o se desee construir en la superficie del mismo. Es por ello que en este informe de contenido de humedad, densidad aparente y peso específico de solidos de un suelo. Lo que a continuación se detallara son los procedimientos realizados para calcular estas propiedades físicas mecánicas del suelo según las normas ASTM Standardization, Para el desarrollo de los ensayos se ha tenido como fuente de consulta una Guía de Laboratorio de Mecánica de Suelos I proporcionado por el ING. MARCOS W. HOJOS SAUCEDO. La importancia del contenido de agua que representa un suelo representa junto con la cantidad de aire una de las características más importantes para explicar cómo el comportamiento de este (especialmente aquellos de textura más fina) como por ejemplo cambio de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. El presente informe tiene como finalidad determinar el contenido de humedad, densidad aparente y eso específico de sólidos, de las muestras de los estratos obtenidos en campo, en general todo el proceso y los datos registrados en la práctica se encuentran plasmado en las tablas que se presentan hoja Excel, dichos datos son procesados aplicando las fórmulas correspondientes aprendidas en clase.

OBJETIVOS 1.1

Objetivo principal En estudio de Mecánica de Suelos es un factor determinante, muy importante e indispensable para realizar el diseño y construcción de la estructura de cualquier obra civil por más pequeña que esta sea, es mediante un estudio que cuantifica las propiedades físico - mecánicas de los suelos.  Lograr determinar el contenido de humedad del suelo.  Calcular la densidad aparente del suelo (densidad natural.)  Determinar el peso específico de los sólidos.  Analizar cómo se comportan los materiales de acuerdo a su peso específico así como la utilidad que puede tener esta propiedad.

1.2

Objetivos secundarios  Aprender en manejo de los instrumentos del laboratorio mecánica de suelos.  Tener el criterio personal de que cantidad de muestra se necesita para cada uno de los ensayos.  Poder clasificar visualmente un suelo, de manera acertada  Identificar a primera vista los estratos presentes en la calicata  Saber por qué y el para que se realizan tales ensayos.

UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Localidad

:

Distrito : Provincia

campus universitario- universidad nacional Cajamarca Cajamarca

:

Cajamarca

Departamento :

Cajamarca

CONDICIÓN CLIMÁTICA Y ALTITUD DE LA ZONA CLIMA: en cuanto al clima de la localidad en estudio se tiene épocas de lluvias desde noviembre hasta abril y verano desde mayo hasta octubre la presencia de verano, siendo en esta última cuando se alcanza temperaturas promedio de 16° C, y cuando hay notable escasez del líquido elemento. ALTITUD: con relación al mar la localidad de campus universitario está a 2720 m.s.n.m. aproximadamente.

DESCIPCION DE LA CALICATA USADA PARA LOS ENSAYOS 1.

EXCAVACIÓN DE LA CALICATA Excavación de Calicatas a Cielo Abierto, método directo de exploración de suelos, Se realizó la excavación de una calicata de 2.5 m, profundidad en la cual se realizó un análisis de la estratigrafía y con estos datos determinamos su composición y clasificación, Luego de ser extraídas la muestras fue trasladada al laboratorio de mecánica de suelos de la universidad nacional de Cajamarca.

2. ESTRATIGRAFIA: La presente calicata realizada en el campus universitario se logró determinar la presencia de 3 estratos, 2.1 materia orgánica: en la exploración de la calicata se observó aproximadamente un estrato de 10 cm de suelo productivo, esto se determinó producto del olor putrefacto que presentaba 2.2 Areno limoso-gravoso: se clasificó visualmente en esta categoría porque presentaba un mayor porcentaje de arena que limo, además este estrato tiene una gran cantidad de grava mediana, una altura de 1m 2.3 Arcillo limoso. Este estrato tiene un altura de 1.50m, en su escrutara tiene una gran cantidad de arcilla y en menor cantidad la presencia de limos. Además en este estrato se identificó la mínima cantidad de gravas medianas.

Foto N°1: Calicata Se puede observar los tres estratos anteriormente señálalas. Materia orgánica: 1 Areno limoso-gravoso:2 Arcillo limoso: 3

MARCO TEORIOCO Definiciones: CONTENIDO DE HUMEDAD: Contenido de agua (humedad de un material) – La razón, expresada como porcentaje, de la masa del agua contenida en los poros, o agua libre, en una masa dada de material con respecto a la masa del material sólido. Se usa una temperatura estándar de 110+- 5°C para determinar estas masas. (Terminología D653 para las definiciones estándar de los términos)

PESO VOLUMÉTRICO: es la relación del peso de la masa de suelos entre su volumen de masa.

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELO: 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. CALICTA: Exploración de un terreno mediante una barrena o una sonda para saber los minerales que contiene ENRASAR: igualar dos cosas de manera que tengan la misma altura, o hacer que quede lisa una superficie, empleando algún utensilio.

ENSAYOS REALIZADOS EN LABORATORIO Entre los ensayos realizados tenemos:  Contenido Natural de Humedad:

ASTM D-2216 (Método de prueba estándar para la determinación en Laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelos y rocas Por masa)  Densidad Natural : ASTM D4253-00(2006) Métodos de prueba estándar para índice de densidad máxima y peso unitario de los suelos utilizando una mesa vibratoria Estos métodos de ensayo referirse a la determinación del índice de densidad máxima en seco/unidad de peso de cohesión de libre drenaje de los suelos utilizando una mesa de filtración vertical.  Peso específico de solidos de un suelo : ASTM D 854 –AASHTO T100 Alcance: Este método describe el procedimiento para determinar la gravedad especifica de las partículas sólidas de un material que pasa el tamiz de 4.75mm(N°4), por medio de un picnómetro

CONTENIDO DE HUMEDAD. Referencias Norma ASTM D2216 Procedimientos.  Se seleccionamos muestras adecuadas  Se pesa los tres recipientes. (𝑊𝑡)

 Posteriormente se pesamos los respectivos recipientes con la muestra.

 Luego las tres taras con la muestra se lleva al horno por un tiempo de 24 horas a una temperatura aproximada de 110 °C.

 Posteriormente pesamos las tres taras con el suelo seco. (𝑊𝑚𝑠 + 𝑡) TABLA N°1-CONTENIDO DE HUMEDAD

CONTENIDO NATURAL DE HUMEDAD MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3 Wt(gr) 70 39 28 Wmh+t(gr) 222 74 74 Wms+t(gr) 192 66 66 Wms 122 27 38 Ww(gr) 30 8 8 W(%) 24.59016393 29.62962963 21.05263158 Cálculos en la tabla N°1-CONTENIDO DE HUMEDAD-ECXEL

DENSIDAD APARENTE 1. MÉTODO VOLUMÉTRICO Materiales:  Muestra inalterada de la calicata. Equipos:  Balanza con precisión a 0.01 gr  2 muestreadores cilíndricos con filo biselado  Cuchillo o espátula. Procedimientos.  Determinamos los volúmenes internos de los respectivos muestreadores.  Pesamos ambos muestreadores

Foto N°...: foto referencial, peso de los muestreadores.

 Hacemos penetrar los moldes en el suelo tratando de no alterar la estructura natural  Pesamos el muestreador con la muestra extraída en campo.  Determinar el peso de la muestra extraída.

 Calculo de la densidad del suelo. TABLA N°2-DENSIDAD APARENTE DENSIDAD APARENTE(PESO VOLUMETRICO) MUESTREADOR (GRANDE)

MUESTREADOR (PEQUEÑO)

DIAMETRO

6.8

3.8

ALTURA

12.6

7.6

𝐕𝐨𝐥(𝐜𝐦𝟑 )

457.5928896

86.1929376

Wt(gr)

546

247

Wmh+t(gr)

1452

457

Wmh(gr) P.vol(cm^3) Prom.P.vol(cm^3)

906

210

1.97992587

2.43639451

2.20816019

Cálculos en la tabla N°2-DENSIDAD APARENTE -ECXEL

2. METODO DEL CONO CON ARENA DE REMPLAZO Referencias Norma: AASHTO 191 ASTM D1556 Materiales:  Arena y muestra de la calicata Equipos    

(frasco, embudo y placa metálica) Balanzas con sensibilidad de 1.0 gr. y 0.01 gr. Herramientas para escavar Recipientes de aluminio(taras)

Procedimientos: 1. Densidad aparente de la arena de reemplazo 1.1 primer método  pesamos una probeta de 1000ml  llenamos una probeta con arena, posteriormente pesamos la probeta más arena.  Posteriormente calculamos la densidad aparente de la arena de remplazo.

1.2 Segundo método  Pesamos el frasco más embudo vacío, posteriormente pesamos el frasco más embudo y arena  Por una diferencia de pesos determinamos el peso de la arena, posteriormente calculamos la densidad aparente, teniendo el volumen del frasco.

1.3 Tercer método  En un recipiente cilíndrico (sombrerito), calculamos su volumen y peso del sombrerito vacío, posteriormente llenamos y enrasamos, finalmente pesamos el cilindro más la muestra.  Con esos datos calculamos la densidad aparente de la arena por este método.

Para determinar la densidad aparente de la arena, sacamos el promedio de las densidades obtenidas en los tres métodos.

TABLA N°3- DENSIDAD APARENTE (ARENA DE REMPLAZO)

MUESTRA 1 2 3 W arena +molde (gr) 1690 6314 5486 Wmolde(gr) 304 776 2916 W arena (gr) 1386 5538 2570 Vol.Molde (cm^3) 1000 3785 1943.865 Dens.Arena (gr/cm^3) 1.386 1.463143989 1.322108274 Dens.Arena prom.(gr/cm^3) 1.390417421 Cálculos en la tabla N°3- DENSIDAD APARENTE (ARENA DE REMPLAZO) ECXEL

2. Determinación de la cantidad de arena que queda en el embudo  Se pesa el frasco, arena y cono, posteriormente, vaciamos sobre una placa metálica la arena hasta que el nivel en el frasco ya no descienda, en seguida cerramos la válvula y pesamos el arena final, frasco y cono. Por diferencia de pesos calculamos la cantidad de arena que queda dentro del cono.

tabla N°4- CANTIDAD DE ARENA QUE QUEDA DENTRO DEL CONO PESO ARENA EN EL CONO MUESTRA

1

Wi(f+ai)(gr)

6314

Wf(f+af)(gr)

4812.16

Wa(cono)(gr)

1501.84

Cálculos en la tabla N°4- CANTIDAD DE ARENA QUE QUEDA DENTRO DEL embudo –ECXEL

3. determinación del volumen del hueco escavado del estrato en estudio y cálculo de la densidad aparente.  Preparar el lugar en estudio que quede a un nivel, posteriormente colocar la placa metálica sobre el suelo y escavar una profundidad de 10 cm, dicha muestra extraída la recogemos para pesarlo, después llenamos el hoyo con arena con ayuda del frasco y el cono, una vez que ya no desciende el nivel de la arena en el cono cerramos la válvula y levantábamos, finalmente llevamos la muestra final de arena, frasco y cono a pesar.  Con los datos obtenidos calculamos el volumen del hoyo. TABLA N°5- VOLUMEN DEL HOYO-DENSIDAD APARENTE DE LA MUETSRA

Wi(f+ai)(gr)

6448

Wf(f+af)(gr)

3136

War.arena (gr)

3312

War.cono(gr)

1501.84

Wah(gr)

1810.16

Dap.ar(gr/cm^3)

1.3906

Vm(cm^3)

1301.711491

Wm(cm^3)

2778 2.134113449

Dhm(gr/cm^3)

Cálculos en la tabla N°5- VOLUMEN DEL HOYO DENSIDAD APARENTE DE LA MUETSRA – ECXEL

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELOS 1. PESO ESPECCIFICO DE PIEDRA DE QUEBRADA Materiales:  Tres muestras de piedra  Agua Equipo:  Balanza hidrostática y un recipiente para contener agua Procedimiento:  Sujetaremos a las piedras con un hilo, y posteriormente pesaremos las muestras al aire y sumergida en agua.



Con los datos calculados, encontraremos el peso específico del solidos TABLA N°6- PESO ESPECIFICO DE PIEDRA (QUEBRADA) DATOS

MUESTRA 1

MUESTRA 2

MUESTRA 3

Wa(gr)

30.9

30

38.065

17.85

16.095

23.45

2.367816092

2.157497303

2.604515908

Ws(gr) 𝟑

𝛄𝐬 (𝐠𝐫/𝐜𝐦 ) 𝟑

𝛄𝐬 𝐩𝐫𝐨𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨 (𝐠𝐫/𝐜𝐦 )

2.376609768

Cálculos en la tabla N°6- PESO ESPECIFICO DE PIEDRA (QUEBRADA)

2. PESO ESPECCIFICO DEL HORMIGON Materiales:  Hormigón y agua Equipos:  Balanza con aproximación 0.01g y una probeta graduada. Procedimiento:

 Primero pesamos la muestra de hormigón seco, posteriormente le sumergimos ala probeta con agua y determinamos el volumen del hormigón por la variación de volumen en la probeta.

TABLA N°7- PESO ESPECIFICO DE HORMIGON DATOS

MUESTRA 1

W(tara)gr

MUESTRA 2

MUESTRA 3

86

Ws+W(tara)

576

346

352

Ws

490

260

266

Vi

510

455

Vf

705

555

400 500

2.512820513

2.6

2.66

𝛄𝐬 (𝐠𝐫/𝐜𝐦𝟑 ) 𝟑

𝛄𝐬 (𝐠𝐫/𝐜𝐦 )

2.590940171 Cálculos en la tabla N°7- PESO ESPECIFICO DE HORMIGON

3. PESO ESPECCIFICO(LIMO-ARCILLA) Norma: AASHTO T100-ASTM D854 Materiales:  Muestra fina( Limo-arcilla) y agua Equipos:  Balanza con aproximación 0.01g, bomba de vacíos, fiala, mortero, y tamiz numero 4 Procedimiento:  A la fiola llenamos hasta 500 ml y pesamos

 Se pesa la muestra seca que pase por el tamiz número 4,

 posteriormente colocamos la muestra dentro de la fiola vacía, se vierte agua hasta cubrir la muestra y se agita.  Posteriormente llevamos a bomba de vacíos, hasta que no salgan burbujas

 Finalmente llenamos la muestra con agua hasta 500ml y le pesamos

Con los datos obtenidos calculamos el peso específico de LIMOARCILLA.

TABLA N°8- PESO ESPECÍFICO DE (LIMO-ARCILLA) W(tara)gr

27

Ws+W(tara)

122

Ws

95

Wfw(gr)

660

Wfws(gr)

715 2.375

Cálculos en la tabla N°8- PESO ESPECÍFICO DE (LIMO-ARCILLA).

USOS Contenido de humedad  Para el proceso de compactación de los suelos  Indicios de la napa freática en el lugar de estudio.  contenido de humedad en un suelo es usado para expresar la relación de vacíos de aire, agua y sólidos presentes en un volumen dado de material. Cuando el suelo se satura los vacíos se llenan con agua y debilitan la capacidad de resistencia a la carga de la estructura. Las partículas también se lubrican y se desplazan con facilidad

Foto referencial: contenido de humedad

Densidad aparente (peso volumétrico)  La densidad aparente del suelo es un buen indicador de importantes características del suelo, tales como porosidad, y capacidad de Drenaje. 

densidad aparente es comúnmente utilizada como base de aceptación para suelos compactados una densidad específica o a un porcentaje de densidad máxima

Peso específico de solidos  Transporte de materiales

CONCLUSIONES 1. Hasta la profundidad que alcanzó la calicata no se ha encontrado la presencia de nivel freático de agua sin embargo la posibilidad de que haya en época de lluvias no queda descartada. 2. De la observación directa en la calicata se ha determinado que tiene 3 estratos que anteriormente se detallan. 3. Determinamos el contenido de humedad de las muestras y observamos que en mayor profundidad presenta un suelo más húmedo. 4. Logramos determinar eficazmente el peso volumétrico (densidad natural) del suelo con los diversos métodos usados. 5. En el ensayo de peso específico de solidos observamos en los resultados que el mayor peso específico es del hormigón, seguido de la piedra de quebraba y el suelo arcillo-limosa finalmente 6. En conclusión los suelos con menor contenido de humedad son de gran utilidad para edificar estructuras sobre las mismas. 7. En suelos de grano finos (cohesivos), la consistencia de un tipo de suelo dado depende del contenido de humedad. El agua contenida en un suelo, junto con los límites líquido y plástico determinados por el método de prueba D-4318, es usado para expresar su consistencia relativa o su índice líquido.

RECOMENDACIONES Tener cuidado en el manejo de equipos, muestras extraídas de campo y materiales usados en laboratorio de mecánica de suelos En los suelos con materia orgánica, con contenido de yeso etc., la temperatura de secado debe lenta, porque hay riesgos de que la muestra se queme. La temperatura dependerá del tipo de muestra (no mayor de 40°C) y en consecuencia el tiempo de secado será mayor. En las arenas y gravas limpias, el tiempo de secado puede ser menor. Al no presentar finos, se puede utilizar el secado con mechero para una determinación rápida de la humedad

BIBLIOGRAFIA



Guía laboratorio (mecánica de suelos i)-Ing. marco hoyos Saucedo



Mecánica de suelos, EULALIO JUAREZ BADILLO, ALFONSO RICO RODRIGUESZ, tercera edición, EDITORIAL LIMUSA.