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INFORME N°4 DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO DEL SUELO ALUVIAL

INGENIERÍA CIVIL LAB. MECANICA DE SUELOS I

INFORME N°4

DETERMINACION DE PESO ESPECIFICO DEL SUELO ALUVIAL (ASTM D854 AASHTO T100)

INTRODUCCION Los suelos se clasifican en función de su comportamiento, la caracterización por granulometría nos permite determinar los diferentes tamaños de los agregados presentes en una muestra de material. El suelo dentro de su compleja composición de materia sólida, gaseosa y liquida, posee interacciones físico químicas en su interior, de esta forma, las proporciones relativas entre el peso(fases gravimétricas) y el volumen (fases volumétricas) determinan una serie de propiedades físicas; algunas de ellas, basadas en la distribución de sus partículas y su contenido de agua, que sugieren cierto tipo de comportamientos geotécnicos, es el caso del Peso Específico (G) y la Absorción (S), propiedades que aunque relacionadas gravimétricamente, las analizaremos de manera independiente. La interacción de las fases de los agregados como muestras de suelo que son, incluye propiedades naturales cuantificables tales como el peso y el volumen, medibles tanto en cada una de sus fases, como de forma total. La densidad es el concepto físico que relaciona estas dos propiedades, y finalmente la cuantifica como la cantidad de masa en un volumen determinado. En consecuencia, en los materiales granulares con partículas gruesas, la densidad debe hacer inclusión de sus características en cada una de sus fases, comportamiento determinado por el contenido de agua presente en las partículas de esas mismas fases. Es así como la ciencia, hace mención de una propiedad física conocida como peso unitario , peso de una muestra que ocupa un volumen unitario. La inclusión de diferentes proporciones del agua en sus partículas sólidas, determinan otros pesos unitarios tales como seco, saturado y sumergido

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I.

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OBJETIVO GENERAL. 

Determinar el peso específico del suelo aluvial a través de métodos normalizados.

 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.   

II.

Determinar el peso específico relativo de un suelo compuesto por partículas que no atraviesen el tamiz número 10. Aplicar el factor de corrección utilizando la curva de calibración del frasco volumétrico. Determinar mediante relaciones de peso de sólido, recipiente y agua, el peso unitario delas partículas sólidas.

MARCO TEÓRICO.

El peso específico es la relación entre el peso del suelo y su volumen. 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. 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, es en la obtención del volumen de sólidos, cuando se calculan las relaciones gravimétricas y volumétricas de un suelo A menudo se piensa que el peso específico relativo es una relación adimensional. De hecho, debe considerarse como el cociente de dos densidades - la de la sustancia de interés, A, y la de una sustancia de referencia- cada una de las cuales tiene sus unidades asociadas. Los suelos tienen partículas sólidas entre las que hay huecos, y también tiene agua que llena estos huecos. Las partículas entran en contacto unas con otras en pequeñas superficies o mediante capas liquidas adsorbidas. Cuando las partículas

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están acomodadas uniformemente, dejando vacíos entre ellas, y bajo fuerzas de compactación, las partículas sólidas tienen un alto grado de acomodo (compacidad) y la capacidad de deformación bajo cargas será pequeña La anterior aplicación del peso específico, se enmarca dentro de la mecánica de suelos cuando se habla de deformaciones en los materiales expuestos a fuerzas de compresión. La acción de fuerzas externas sobre una masa de suelo genera deformaciones, a esta interacción de partículas generada se le debe sumar el efecto producido por el agua. La homogeneidad de esta estructura trifásica (aire, agua y solido), es un factor determinante en la medición de los niveles de deformación. Este ensayo, en lo que se refiere a la medida práctica del peso específico de los agregados, se muestra como una aproximación experimental al concepto. Para comprender en toda su extensión la utilidad de esta propiedad (peso específico), es necesario profundizar un poco más en los principios físicos en los que se basa el método utilizado para su medida. Los métodos de medida del peso específico se basan en el principio de Arquímedes, de esta forma el peso del mineral en el agua será igual a peso del material menos el empuje ejercido por el agua. El peso específico del agregado es el resultado de dividir el peso del agregado por el peso del volumen de agua que desaloja. Para calcular este último valor, se mide el peso del material en el aire y el peso del material en el agua, ya que el empuje será igual al peso del material menos el peso ejercido por el agua. El empuje proporcionado por el fluido será mayor cuanto mayor sea la densidad del fluido. En esta claridad se basan otros tipos de métodos no de menor importancia, que utilizan líquidos densos. Cuanto mayor sea la densidad del fluido utilizado, mayor será el peso del volumen desalojado. Dentro del desarrollo del ensayo, se describe una serie de procedimientos en los que se resalta la importancia del contenido de agua en las muestras del agregado, indicios de lo que será nuestro siguiente concepto a tratar, y termina cuantificando el peso específico mediante la relación de los pesos unitarios del agregado y el agua en diferentes estados de saturación del material. El valor obtenido del peso específico, interviene en la mayor parte de los cálculos de la mecánica de suelos, sin embargo, la aplicabilidad real de este método de ensayo se da con fines de clasificación, determinación de la densidad de equilibrio de un suelo y corrección de la densidad en el terreno por la presencia de partículas de tamaño fino. En los agregados gruesos, la aplicabilidad se refleja con fuerza en el concreto, este material convencional, empleado en pavimentos, edificios y en otras estructuras, posee un peso unitario que varía dependiendo de: la cantidad y de la densidad relativa del agregado grueso presente, la cantidad del aire atrapado o incluido y de los contenidos de agua.

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Además del concreto convencional, existe una amplia variedad de otros concretos para hacer frente a diversas necesidades, concretos generados a partir de la manipulación de su peso específico, variando desde concretos aisladores ligeros con pesos unitarios de 240 kg/m3, a concretos pesados con pesos unitarios de 6400 kg/m3, que se emplean para resistir altos esfuerzos de compresión, es por eso correcto decir que en el concreto a mayor peso unitario mayor resistencia. Aunque el peso específico es una propiedad física de gran importancia presente en todos los tipos de agregados, su cuantificación en agregados gruesos no representa un indicativo claro de alguna cualidad especial del material. El enfoque práctico que se le puede dar a la densidad del suelo, está contenido en marcos conceptuales básicos que facilitan el entendimiento del comportamiento mecánico del suelo. El peso específico solo es una variable que permite en los materiales identificar otras variables(propiedades) fundamentales aplicables, relacionadas con la cantidad de partículas del suelo en un volumen determinado. La porosidad proporciona el porcentaje de vacíos en una muestra de suelo, (el tamaño de estos vacíos es fundamental en este concepto), la saturación es el porcentaje de agua presente en esos vacíos, Por lo anterior, la absorción esta inevitablemente relacionada, con los vacíos al interior del material susceptibles a ser llenados por el agua presente y la capacidad de retención de los mismos. Mientras que el contenido de humedad relaciona el peso del agua con el del material seco contenidos en una muestra, la saturación marca el volumen ocupado por esos pesos presentes en la muestra, por eso resulta importante hacer distinción entre todos estos términos. El suelo es una composición de material homogéneo, sedimentado y estratificado que forma la corteza terrestre, cuando se tiene una muestra de suelo in situ o en laboratorio, podemos afirmar que está compuesto por partículas externas e internas. Las externas son aquellas dispuestas en la superficie en contacto con otras masas, de esta forma y bajo condiciones de permeabilidad el aguase puede adherir a esta superficie externa. Al interior como lo habíamos dicho, las partículas están distribuidas en fases, pero en cada una de esas fases existen vacíos dispuestos a ser ocupados por agua de acuerdo al nivel de saturación al que sea sometido, el peso del agua en el suelo varía de acuerdo a la temperatura a la que esté sometida la muestra, hay ambientes naturales que conservan el contenido de humedad, mientras que el concepto de material seco, solo se obtiene en laboratorio. En consecuencia, es claro ahora entender el por qué se relaciona a lo largo del método de ensayo, el término saturado con superficie seca, lo que contempla la posibilidad de que un material pueda estar saturado en su interior, pero seco exteriormente. En suelos finos, el contenido de agua está directamente relacionado

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con su resistencia al corte y su permeabilidad, un suelo activo con variaciones de humedad muestra inestabilidad volumétrica, es por eso que la acomodación en masa de los finos permite niveles altos de absorción, caso puntual de limos y arcillas. En compactación, se habla de humedad óptima, a la humedad de mayor rendimiento, con la cual la densidad de un material alcanza a ser máxima, dependiendo el valor de la humedad óptima y de la energía de compactación, se obtiene la excelente densificación de un suelo. En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La capa viscosa del agua absorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y líquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado). Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el Volumen de Vacíos, mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los sólidos. Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular, de sólo dos fases, la sólida y la líquida. El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua, a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de presión. En sistemas de unidades apropiadas, su valor es idéntico al módulo del peso específico, correspondiente. El peso específico relativo de la mayoría de las partículas constituyentes de un suelo (Ss) varía entre límites (2.60 a 2.90). Es normal que un suelo real los minerales de las fracciones finas y coloidal tengan su peso específico relativo mayor que los minerales de la fracción más gruesa.

La sustancia de referencia en el caso de los líquidos y sólidos normalmente es el agua. Así, el peso específico relativo es el cociente entre la densidad de la sustancia en cuestión y la densidad del agua. El peso específico relativo de los gases con frecuencia se mide tomando como referencia el aire, pero puede referirse a otros gases. Para ser precisos al referirse al peso específico relativo, se debe indicar la temperatura a la que se mide cada la densidad.

El peso específico se determina mediante la siguiente formula:

Ɣ=

𝑾𝒔 𝑾𝒇𝒘 + 𝑾𝒔 + 𝑾𝒇𝒔𝒘

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Donde: Ɣ =Peso especifico relativo del suelo 𝑊𝑠 = Peso del suelo seco 𝑊𝑓𝑤 = Peso del frasco lleno de agua 𝑊𝑓𝑠𝑤 = Peso del frasco con suelo y agua

Que es una fórmula en la que todas las magnitudes son mensurables en laboratorio. Peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es debido al cambio de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del peso específico del agua. El peso seco de los sólidos debe determinarse antes de la prueba en materiales gruesos y después de ella, en finos plásticos. La razón es, que, en estos últimos suelos, el secado previo forma grumos de los que es difícil desalojar al aire atrapado. Luego de calculados los pesos específicos se debe de ajustar estos datos a una temperatura patrón de 20ºc, cuya densidad son:

Temperatura [ºC]

Densidad (gr/cm3) [Kg/L]

K [adimensional]

16

0.99909

1.0009

18

099859

1.0004

19

0.99849

1.0002

20

0.99820

1.0000

21

0.99808

0.9998

22

0.99786

0.9996

23

0.99754

0.9993

24

0.99738

0.9991

25

0.99713

0.9989

26

0.99678

0.9986

27

0.99659

0.9983

28

0.99631

0.9980

29

0.99594

0.9977

30

0.99573

0.9974

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III.

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METODOLOGIA.

Limpieza del frasco volumétrico Para realizar la práctica primero se pasó a una etapa de limpieza del frasco el cual tuvimos que lavar con jabón cuidadosamente. Luego procedimos a enjaguar el frasco con abundante agua, una vez enjaguado secamos muy bien el frasco para poder registrar su peso del mismo.

Método de suelos granulares El tipo de suelo a determinar su peso específico en este caso fue el suelo aluvial (granular) para ello primero tuvimos que tamizar el suelo y utilizar la muestra que pase el tamiz Nº 10 y pesar una cantidad de 85 gramos.

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El requisito para determinar el peso específico era que el suelo al momento de introducir al matraz este seco para ello hicimos uso del método de la hornalla para secar la muestra además así determinar la humedad que contenía la muestra.

Una vez secada la muestra procedimos a introducir el suelo en el matraz conjuntamente con el agua hasta una medida de 250ml, y luego registrar el peso del conjunto en la planilla de datos. Luego sometimos el conjunto del matraz el suelo y el agua a Baño María e introducirlo a un incremento de calor, hasta que el agua en el frasco alcance una temperatura de 60°C.

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Una vez que el agua alcanzo dicha temperatura lo retiramos del baño maría para llenarlo con más agua hasta su máxima capacidad y luego volver a registrar el peso, una vez obtenido el peso lo registramos en planilla para después volver a colocar el frasco en Baño María frio (colocamos hielo en una bandeja y el matraz en medio).

Luego realizamos unas cuantas pesadas del frasco a diferentes temperaturas en un rango de 30° a 15°C, para que así poder obtener un valor promedio aproximado del peso específico de la muestra de suelo.

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IV.

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DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.

 DATOS. Peso del plato WP = 112,8 gr Peso de suelo húmedo Wsh = 85 gr Peso de suelo húmedo + plato W1 = 197,8 gr Peso de suelo seco + plato W2 = 196,7 gr Wfws = peso del frasco con suelo y agua en (gr) T = Temperatura en º C

Número de Ensayo

Wfws (gr)

T (º C)

1

705,2

30

2

705,1

25

3

705,0

22

4

704,9

20

5

704.8

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 CÁLCULOS.

Cálculo de la humedad del suelo (método hornalla): w(%) 

Ww  100 Wss

w(%) 

W1  W2 100 W2  WP

w(%) 

197,8  196,7 100 196,7  112,8

Donde: w = Contenido de humedad, en % Ww = Peso del agua presente en el suelo. Wss = Peso del suelo después de secado al horno.

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w(%)  1,31 %

Este dato se utilizará para calcular el peso de suelo seco de la muestra. Cálculo del peso de suelo seco: El peso de suelo seco se determina mediante la siguiente fórmula.

Wss 

Wss 

Wsh  100 w(%)  100

Donde: Wss = Peso del suelo seco. W(%) = Contenido de humedad. Wsh = Peso del suelo húmedo.

85 100 1.31  100

Wss  83,9 gr Cálculo para el peso específico relativo. El peso específico se determina mediante la siguiente fórmula.



Ws W fw  Ws  Wwfs

Donde: γ = Peso específico relativo de un suelo. Ws = Peso del suelo seco. Wfw = Peso del frasco lleno de agua expresado en la ecuación hallada en la práctica de calibración de frascos volumétricos

y  652,611  0,0378 x Wfsw = Peso del frasco con suelo y agua

Peso específico a 30º C

Peso específico a 25º C





1 

83,9  2,59 653,745  83,9  705,2

2 

83,9  2,59 653,556  83,9  705,1

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Peso específico a 22º C



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3 

83,9  2,59 653,4426  83,9  705,0

Peso específico a 20º C



4 

83,9  2,59 653,367  83,9  704,9

Peso específico a 17º C



5 

83,9  2,59 653,2536  83,9  704,8

Luego de calcular los pesos específicos, se deben de ajustar estos datos a una temperatura patrón de 20 ºC. El peso específico corregido se determina mediante la siguiente fórmula:

 Corregido   .K Cálculo para el peso específico relativo corregido. Donde: γCorregido = Peso específico corregido a temperatura patrón de 20ºC γ = Peso específico a una determinada temperatura. K = Factor de conversión que se obtiene de la tabla.

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TABLA DE DENSIDADES DEL AGUA Y FACTORES DE CONVERSIÓN K Temperatura Densidad K ( º C) (gr/cm3) (adimensional) (kg/l) 16 0,99909 1,0009 18 0,99859 1,0004 19 0,99849 1,0002 20 0,99820 1,0000 21 0,99808 0,9998 22 0,99786 0,9996 23 0,99754 0,9993 24 0,99738 0,9991 25 0,99713 0,9989 26 0,99678 0,9986 27 0,99659 0,9983 28 0,99631 0,9980 29 0,99594 0,9977 30 0,99573 0,9974

Peso específico a 20ºC

 C1  2,59  0,9974  2,58

 C 2  2,59  0,9989  2,59  C 3  2,59  0,9996  2,59

Peso específico promedio:

 prom. 

 C1   C 2   C 3   C 4   C 5

5 2,58  2,59  2,59  2,59  2,59  prom.  5  prom.  2,59

 C 4  2,59 1,0000  2,59

 C 5  2,59 1,00065  2,59

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

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RESULTADOS Muestra: Suelo aluvial

*Este valor se extrae de la curva de calibración.

RESULTADOS Número de ensayo Temperatura ensayada (ºC) Peso de suelo seco Ws (gr) Peso del frasco + agua* Wfw (gr) Peso del frasco + agua + suelo Wfws (gr) Peso específico (adimensional) Factor de corrección K ** Peso específico corregido a temperatura patrón de 20 ºC (adimensional)

1 30

2 25

3 22

4 20

5 17

83,9

83,9

83,9

83,9

83,9

653,745

653,556

653,4426

653,367

653,2536

705,2

705,1

705,0

704,9

704.8

2,59

2,59

2,59

2,59

2,59

0,9974

0,9989

0,9996

1,0000

1,00065

2,58

2,59

2,59

2,59

2,59

Peso específico promedio

2,59

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V.

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CONCLUSIONES

 Concluyendo el presente informe abarcando todos los objetivos en un principio establecidos podemos decir que la práctica se completó con satisfacción, teniendo una leve variación respecto al peso unitario de nuestra muestra de suelo aluvial dando un resultado 2.59 al establecido en la práctica de suelos arcilloso desde 2.6 a 2.9 de peso unitario. La variación se pudo deber a varias causas más que todo en la obtención de datos al no tener cuidado de ir enrazando el frasco a medida que este se va contrayendo porque a una temperatura mayor el envase presenta una dilatación que es mayor a temperatura ambiente por consiguiente si la temperatura ambiente 20ºC es menor este se contraerá.

VI.

RECOMENDACIONES.

 Recomendaciones para esta práctica tener sumo cuidado al enrazar el frasco cabe también destacar que en el laboratorio no se nos asignó una pipeta con su tapón de goma dificultando aún más la tarea del enrazado o en cuyo caso asignar una pipeta de 5ml… Dando así a posibles fugas de agua de la pipeta tener en cuenta de mantener constantemente el termómetro en el centro de gravedad del frasco.  Se recomienda obtener datos con mayor cuidado y mucha precisión en la práctica de determinar la curva de calibración, ya que esta curva nos ayuda para el cálculo del peso específico (ɣ).  Lavar con jabón y secar bien el frasco volumétrico para poder obtener buenos datos ya que la adición de la más mínima cantidad de agua implica variación en su peso.

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VII.

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CUETIONARIO

1.- Realice un breve comentario sobre la metodología utilizada, haciendo notar sus inquietudes y sugerencias acerca del ensayo realizado. R.- El método utilizado para determinar el peso específico de un suelo granular fino, fue según la norma (ASTM (D854) - AASHTO (T100)). Este método al igual que el anterior para la calibración del frasco volumétrico es parecido en su ejecución salvo en el detalle que se añade una muestra de arcilla y al final dicha muestra se pone en el horno para luego determinar su humedad higroscópica. Sugerimos que cuando se mida la temperatura se remueva un poco la mezcla para uniformizar la temperatura en el frasco.

2.- Explique cómo se calcula el peso específico del material ensayado? R.- Primero se obtuvo datos como ser el peso del suelo seco el peso del frasco lleno de agua y el peso del frasco con suelo y agua se hizo varias mediad a temperatura cambiante y se calcula mediante: Peso específico=peso del suelo seco /(peso del frasco lleno de agua +peso del suelo seco –peso del frasco con suelo y Agua ).

3.- Explique en que se basa la ecuación general del ensayo? R.- Se basa en la disminución y aumento de su peso del frasco según varia la temperatura obteniendo un resultado óptimo al igual que la anterior practica es en base a la visualización. Wfsw – W fw = Ws = peso del suelo (seco). Sea: Wfw = peso del matraz lleno de agua. Wfsw = peso del matraz con suelo y agua. El peso del agua desplazada por los sólidos del suelo vale: Wfw = Vs λ0 = Ws / Por lo tanto: Wfsw – Wfw = W s - Ws /

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De donde: Ws

= Ws − Wfsw+Wfw

4.- Haga una comparación de sus resultados con los establecidos en la bibliografía. R.- Comparando los datos obtenidos respecto a la bibliografía observamos que se encuentra dentro del parámetro establecido para suelo aluvial, esto puede deberse a la perdida de material a errores comunes en la medición y obtención de datos por consiguiente daremos unas conclusiones y recomendaciones dichas para este informe.

VIII.

BIBLIOGRAFÍA

 Norma ASTM D854    

Guía de Laboratorio Suelos 1 (Ing. Karina Laura Soto Salgado) Mecánica de Suelos y Cimentaciones-Pérez Alama Sitios en internet. – https://es.scribd.com/doc/93846956/PESO-ESPECIFICO-DE-LOSSOLIDOS  https://es.scribd.com/doc/29856123/Ensayo-Peso-Especifico-yAbsorcion  https://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec%C3%ADfico

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