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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO, PESO VOLUMÉTRICO DE MASA Y PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE SÓLIDOS

PRIMER LABORATORIO DEL CURSO MECÁNICA DE SUELOS I – EC511

ARÓN GÓMEZ MIRANDA – 20141506B DANIEL BERRÚ GUTIÉRREZ – 20150352D FABRICIO CHÁVEZ TUESTA – 20162173B

DOCENTE: ING. WILLIAM SEGOVIA

Lima, Perú 2019

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CONTENIDO 1. RESUMEN.............................................................................................................................3 2. ABSTRACT...........................................................................................................................3 3. PALABRAS CLAVE.............................................................................................................3 4. INTRODUCCIÓN..................................................................................................................3 5. ENSAYO................................................................................................................................5 5.1 Materiales.......................................................................................................................5 5.1.1 Contenido de humedad de un suelo.....................................................................5 5.1.2 Peso volumétrico de masa.....................................................................................5 5.1.3 Peso específico relativo de solidos.......................................................................5 5.2 Procedimiento...............................................................................................................5 5.2.1 Contenido de humedad de un suelo.....................................................................5 5.2.2 Peso volumétrico de masa.....................................................................................6 5.2.3 Peso específico relativo de solidos.......................................................................6 5.3 Cálculos e interpretación de datos...........................................................................6 5.3.1 Contenido de humedad de un suelo.....................................................................6 5.3.2 Peso volumétrico de masa.....................................................................................7 5.3.3 Peso específico relativo de solidos.......................................................................8 5.4 Norma técnica................................................................................................................9 5.4.1 Contenido de humedad de un suelo.....................................................................9 5.4.2 Peso volumétrico de masa.....................................................................................9 5.4.3 Peso específico relativo de solidos.......................................................................9 5.5 Interpretación de resultados......................................................................................9 5.5.1 Contenido de humedad de un suelo.....................................................................9 5.5.2 Peso volumétrico de masa.....................................................................................9 6. CONCLUSIONES...............................................................................................................10 6.1 Contenido de humedad de un suelo..........................................................................10 6.2 Peso volumétrico de masa..........................................................................................10 6.3 Peso específico relativo de solidos............................................................................10 7. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................12 7.1 Contenido de humedad de un suelo..........................................................................12 7.2 Peso volumétrico de masa..........................................................................................12 7.3 Peso específico relativo de solidos............................................................................12 8. ANEXO.................................................................................................................................13

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1. RESUMEN En esta experiencia se realizó tres ensayos para el suelo realizada en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil (FIC). La cual el primero consistió en hallar el contenido de humedad de una muestra de suelo, para lo cual se tuvo que obtener experimentalmente el peso del suelo seco y peso de agua contenida inicialmente en el agua, al final nos dio el valor de 9.2 por ciento, la cual nos dio la idea de que se trata un suelo arenoso-arcilloso. En el segundo ensayo se tuvo que hallar el peso específico de masa de un suelo, para lo cual se tuvo que obtener experimentalmente el peso del suelo y el volumen del suelo mediante procedimientos sencillos dándonos un valor de 1.96 gramos fuerza por centímetro cubico, la cual según nuestra referencias se trataría de un suelos arcilla firme. En el tercer ensayo se tuvo que hallar el peso específico relativo de los sólidos de una muestra de suelo seco y tamizado en la malla número cuatro, para ello se obtuvo que obtener el peso del suelo seco y el peso del frasco más el agua dando un valor de 2,7 la cual nos dice que es un tipo de suelo arcilla inorgánica. 2. ABSTRACT In this experience, three soil tests were carried out in the Soil Mechanics Laboratory of the Faculty of Civil Engineering (FIC). The first was to find the moisture content of a soil sample, for which it was necessary to experimentally obtain the weight of the dry soil and weight of water contained initially in the water, in the end it gave us the value of 9.2 percent , which gave us the idea that it is a sandy-clayey soil. In the second test, the specific mass weight of a soil had to be found, for which the soil weight and soil volume had to be experimentally obtained by simple procedures giving us a value of 1.96 grams per cubic centimeter, which According to our references it would be a firm clay floor. In the third test it was necessary to find the relative specific weight of the solids of a sample of dry and sieved soil in the number four mesh, for this it was obtained that obtain the weight of the dry soil and the weight of the flask plus the water giving a value of 2.7 which tells us that it is a type of inorganic clay soil. 3. PALABRAS CLAVE Suelo, peso, volumen, humedad, agua, arcilla, arena. 4. INTRODUCCIÓN El suelo es considerado como el material más antiguo y más complejo utilizado por los ingenieros. A menos que se construya sobre roca, las estructuras de cualquier clase deben ser cimentadas sobre el suelo. Por lo tanto, al escoger un tipo de cimentación 3

es uno de los primeros problemas que debe ser abordado en un proyecto debido al poco desarrollo de la mecánica de suelos una disciplina de la disciplina que a perdurado por décadas, los ingenieros se han visto abocados a un sinnúmero de fallas en el suelo. Las fallas del suelo pueden ser debidas entre otras a la acción no anticipada del agua, acción de heladas y asentamientos excesivos no previstos: Cientos de miles de kilómetros de vías en carreteras y aeropuertos se han desintegrado debido a cargas excesivas, o a cambios radicales en el contenido de humedad, o a variables climatológicas tales como las heladas. Muchas presas de tierra han fallado por que los ingenieros no fueron capaces de prever con precisión las propiedades del suelo remodelado el efecto del régimen de las lluvias en el comportamiento del suelo. Fallas en túneles, puentes y en otras muchas estructuras de retención y varias estructuras hidráulicas han sucedido debido a que los ingenieros fueron incapaces de calcular satisfactoriamente las presiones a que el subsuelo iba a estar sometido y los consiguientes asentamientos. El suelo debe ser un elemento funcional en los proyectos de ingeniería cuando conforma taludes de corte y de terraplenes, y su funcionalidad se vincula con la conservación de la humedad y de la plasticidad para soportar la vegetación que lo protege y conservar sus cualidades que permiten la estabilidad del talud. El talud de la figura 1.1 es inestable por causa de los ciclos de secado y saturación que sufre el suelo cuando pierde humedad hasta la deshidratación por el calor del sol y el viento, y sufre la saturación por lluvias. La magnitud de los esfuerzos en masas de suelo por la presencia de esfuerzos externos y el análisis de la magnitud y dirección de los esfuerzos o los esfuerzos máximos y mínimos en una masa de suelo son de vital importancia para el análisis de la respuesta de las estructuras subterráneas, como redes de alcantarillado, alcantarillas en vías, túneles o de las estructuras de contención. Todas las prácticas de la mecánica de suelos se soportan en campañas de prospección de los suelos y en el laboratorio para identificar y caracterizar los materiales que integran las áreas de los proyectos de ingeniería. De ahí la necesidad de tener claridad sobre el alcance y el objetivo de los trabajos de campo y de laboratorio para lograr los registros y parámetros que permitan resultados exitosos. Por último, la instrumentación de los suelos es cada vez más vital, necesaria y frecuente dentro de las prácticas de la ingeniería.

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5. ENSAYO 5.1 Materiales 5.1.1 Contenido de humedad de un suelo 

Horno de secado



Balanza eléctrica



Charola o bandejas de aluminio



Espátula



Guantes de seguridad

5.1.2 Peso volumétrico de masa 

Probeta de 1L



Cuchillo



Parafina



Balanza electrónica



Piseta



Recipientes metálicos

5.1.3 Peso específico relativo de solidos 

Muestra seca de la Malla # 4



Piseta



Fiola de 500 cm 3



Balanza con precisión de 0.01 gr



Bomba a presión

5.2 Procedimiento 5.2.1 Contenido de humedad de un suelo a) Primero se determina el peso de la charola sobre una balanza eléctrica. b) Determinar el peso de la charola con la muestra de suelo húmeda. c) Marcar el recipiente (Charola) de nuestra muestra con un código de manera que pueda ser identificado fácilmente. d) Colocar la muestra en un horno a una temperatura de 110 ±5ºC por un periodo de 24 horas en caso de contar con un suelo arenoso-arcilloso y 6 horas en caso de tener suelo orgánico. e) Pasado el tiempo se saca la muestra y se la deja secar a temperatura ambiente 5

f)

Se pesa la muestra seca con la charola en la balanza

5.2.2 Peso volumétrico de masa a) Medir el peso del suelo (gr). Para ello previamente se debe reducir el volumen de la muestra o pedazo de suelo con un cuchillo dándole una forma convexa para que pueda entrar a la probeta (1L). b) Cubrir toda la superficie de la muestra del suelo con parafina. c) Medir el peso del suelo más la parafina. d) Hallar el peso de la parafina. e) Calcular el volumen de la parafina (cm3) sabiendo que la densidad de este es 0.87 gr/cm3. f)

Hallar el volumen del suelo más la parafina mediante una probeta (1L) llenándolo agua hasta 0.5 L, luego sumergir la muestra de suelo con parafina en la probeta.

g) Hallar el volumen del suelo (cm3). h) Calcular el peso específico de masa (gr/cm3).

5.2.3 Peso específico relativo de solidos a) Necesario hacer un tamizado con la malla # 4 y obtendremos un suelo remanente. b) Una vez obtenido el suelo del tamizado llevarlo al ornó para obtener un suelo seco y llevarlo a pesar. c) Una vez ya pesado nuestro suelo seco llevarlo a la fiola y llenarlo con agua y pesarlo en la balanza. d) Una vez ya pesado nuestra fiola con agua y suelo llevarlo hacia la bomba de presión, la función especial que hará esta bomba es extraer el aire existente es un procedimiento más rápido que haciéndolo hervir. e) Calcular el peso después de extraído el aire.

5.3 Cálculos e interpretación de datos 5.3.1 Contenido de humedad de un suelo Datos  Peso de la charola con el suelo húmedo (gr): 402  Peso de la charola con el suelo seco (gr): 374,2  Peso de la charola (gr): 71,8 6

 Peso del agua contenida (gr): 27.8  Peso del suelo seco (gr): 302.4 Formula usada para el cálculo de contenido de humedad (w%)

5.3.2 Peso volumétrico de masa Datos

 γPARAFINA = 0.87 gr/cm3  WSUELO = 115.1 gr  (WSUELO + WPARAFINA) = 118 gr  (VSUELO + VPARAFINA) = 62 cm3

Cálculo del peso de la parafina (gr)

WPARAFINA = (WSUELO + WPARAFINA) – WSUELO WPARAFINA = (118) – 115.1 WPARAFINA = 2.9

Cálculo del volumen de la parafina (cm3)

VPARAFINA =

W PARAFINA γ PARAFINA

VPARAFINA =

2.9 0.87

VPARAFINA = 3.33

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Cálculo del volumen del suelo (cm3)

VSUELO = (VSUELO + VPARAFINA) - VPARAFINA VSUELO = (62) - 3.33 VSUELO = 58.67

Cálculo del peso específico de masa (gr/cm3)

γm =

W SUELO V SUELO

γm =

115.1 58.67

γm = 1.96

Cálculo del peso unitario seco gr/cm3

γd =

γm 1+ ω

1.96 γd = 1+ 0.092 γd = 1.79

5.3.3 Peso específico relativo de solidos Datos  Peso del Suelo Seco (gr): 125.4 gr  Peso de fiola agua y suelo (f a s) (gr): 749.6 gr  Peso de fiola agua (f a) (gr): 670.6 gr  Fórmula Utilizada para el cálculo del Peso Específico Relativo de Sólidos (Ss):

Ws

Ss = Ws−fas+ fa 8

Reemplazando en la fórmula Ws: 125.4 gr Fas: 749.6 gr Fa: 670.6 gr

125.4

Ss = 125.4−749.6+ 670.6 = 2.7

5.4 Norma técnica 5.4.1 Contenido de humedad de un suelo Se usó la ASTM D2216 5.4.2 Peso volumétrico de masa Se utilizó la NTP 339.139 5.4.3 Peso específico relativo de solidos Se usó la ASTM D 854 5.5 Interpretación de resultados 5.5.1 Contenido de humedad de un suelo El bajo contenido de humedad indica que el lugar donde fue tomada la muestra se encuentra en época de sequía por lo que esto puede aumentar dependiendo de la zona. 5.5.2 Peso volumétrico de masa

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Convirtiendo el peso específico de masa de gr/cm3 a KN/m3 1.79 gr/cm3 = 17.55 KN/m3 Por lo tanto según el cuadro mostrado, el valor obtenido en el laboratorio se acerca al suelo Arcilla firme 6. CONCLUSIONES 6.1 Contenido de humedad de un suelo 

El resultado obtenido del laboratorio con respecto al contenido de humedad de la muestra de suelo arrojo un valor de 9,2%, este resultado es mucho más bajo de lo que se presumía saldría un 30%.



Del resultado del contenido de agua nos da una idea de un suelo arenosoarcilloso como los que encontramos en la costa

con un porcentaje de

humedad mínimo. 

El contenido de arcilla debe ser valorado y determinar su actividad frente a un aumento del contenido de agua en el suelo.

6.2 Peso volumétrico de masa 

Se demuestra que el molde de suelo se trata de un material fino, ya que esta con cierta cantidad de humedad comienza a formarse grumos o terrones.

6.3 Peso específico relativo de solidos 

El resultado del peso específico relativo de solido fue 2.7 esto quiere decir que el peso de los sólidos es mayor que el peso del volumen del agua desalojado por los mismos.



Según la densidad obtenida se puede concluir que se hizo un buen estudio del suelo, debido a que nuestro valor obtenido se encuentra dentro del reglamentario NTP 339.131 (ASTMD854) que varía de 2.60 a 2.80.

El

resultado de la prueba fue satisfactorio ya que nuestro valor de Ss fue de 2.70. 

También podemos concluir que este suelo es del tipo Arcilla inorgánica según las siguientes tablas ya que se encuentra en ese valor nuestro resultado.

10

Tabla 1 Extraída de página web INGENIERO CIVIL



Como sabemos que es una Arcilla inorgánica entonces concluimos que tiene fuertes propiedades de retención para el agua y las sustancias químicas. La mayoría de las arcillas se pueden reconocer fácilmente ya que al perder agua se agrietan y forman terrones muy duros como en el caso visto en el laboratorio donde teníamos que tener cuidado en formar agujeros. Además, la arcilla adsorbe muy lentamente el agua, pero una vez que lo hace, es capaz de retenerla en grandes cantidades y entonces dilatarse hasta alcanzar más del doble de su volumen y también se torna muy adhesiva al humedecerse, y cuando se sostiene en la mano, se adhiere a los dedos.

7. BIBLIOGRAFÍA 7.1 Contenido de humedad de un suelo 

Y. Chavez burgos.(2015) Contenido de humedad .7 octubre de2016. Chiclayo .Sitio web: 11



https://es.slideshare.net/yonerchavezburgos/contenido-de-humedad-ntp339127-66868763



Geotecnia. (1993).Determinación del contenido de humedad recuperado de: https://dfngw79elwra.cloudfront.net/v2-icc-pucvcl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/humedad.pdf

7.2 Peso volumétrico de masa 

Braja M. Das. (2008). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, CENGAGE Learning, México.

7.3 Peso específico relativo de solidos 

NORMA TÉCNICA PERUANA NPT. 339.131



1999 SUELOS. Método normalizado para el peso Volumétrico de los Sólidos.



INGENIERO CIVIL. ( 2011). Densidad, Porosidad e Índice de Vacíos en Suelos 19

de

febrero

del

2019,

de

Blogger

Sitio

web:

http://uningenierocivil.blogspot.com/2011/03/densidad-porosidad-e-indice-devacios.html 

FAO. (18 de febrero del 2019). Generalidades. 19 de febrero del 2019, de FAO Sitio

web:

http://webcache.googleusercontent.com/search?

q=cache:24VVEpfNmWIJ:www.fao.org/tempref/FI/CDrom/FAO_Training/FAO_ Training/General/x6706s/x6706s01.htm+&cd=2&hl=es&ct=clnk&gl=pe

8. ANEXO Contenido de humedad de un suelo

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Figura N°1: Horno del laboratorio de suelos FIC Peso volumétrico de masa

Figura N°2: Probetas

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Figura N°3: Molde de suelo

Figura N°4: Parafina

Figura N°5: Molde de suelo cubierto con parafina Peso específico relativo de solidos

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Figura N°7 Bomba de presión

Figura N°9 Extracción de burbujas de aire

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Figura N°8 Colocando fiola más suelo y agua dentro de la bomba de presión