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GEOTECNIA I

Determinación de la gravedad específica de los sólidos Alexi cassiani Pérez, Carlos Ortiz Monsalve, Romario Vásquez Gómez y Jaime montesino

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PRACTICA No. 6 Universidad de sucre DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SOLIDOS Profesora: Ing. Civil Genny Bohórquez Petro Alexi cassiani Pérez, Carlos Ortiz Monsalve, Romario Vásquez Gómez, Jaime montesino y nohely almario Teherán

Facultad de Ingeniería. VI Semestre, Programa de Ingeniería Civil. RESUMEN En este informe se explica el procedimiento para determinar la gravedad específica de los sólidos mediante el método campana de vacío que tiene por objeto succionar el aire de la muestra y del agua para así poder determinar la gravedad específica de las partículas o granos que constituyen un suelo. Para ello, sean creados normativas que permiten el procedimiento adecuado para su ejecución en los laboratorios Colombia (NORMAS: ASTM D-854-92; AASHTO T 100-70) PALABRAS CLAVES: gravedad específica, solido, picnómetro, succión.

ABSTRACT This report explains the procedure to determine the specific gravity of solids through the hood vacuum method which aims to draw the air sample and water in order to determine the specific gravity of the particles or grains constituting a floor . To do this, they are created regulations that allow the proper procedure for execution in laboratories Colombia (STANDARDS: ASTM D-854-92; AASHTO T 100-70) KEYWORDS: specific, solid gravity, pycnometer, suction

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre INTRODUCCCION El suelo es intrínsecamente un sistema de partículas, las cuales no están unidas tan fuertemente como los cristales de un metal, por tanto pueden moverse con relativa libertad y dar paso a flujos microscópicos de agua como de aire que determinan la humedad y porosidad de un suelo. La naturaleza de las partículas que constituyen un suelo define muchas de sus propiedades ingenieriles, por tanto antes de realizar el estudio geotécnico de un terreno debemos conocer ciertas propiedades físicas y químicas de los granos constituyentes de este material de construcción. Una de las propiedades físicas determinada previamente al análisis mecánico de un suelo es el peso específico relativo o gravedad especifica de las partículas sólidas que le constituyen. Conocer está característica de los suelos permite calcular las relaciones volumétricas y gravimétricas de los mismos; por ello se hace indispensable determinar en un laboratorio cual es el 𝐺𝑆 de un suelo destinado al área de la construcción. El siguiente informe de laboratorio gira en torno a los resultados obtenidos en la determinación de la gravedad especifica (𝐺𝑆 ) de una muestra estudiada en el laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad de sucre. OBJETIVO GENERALES  determinar la gravedad específica de los sólidos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Familiarizar al estudiante con el método para obtener la gravedad específica en suelos de tipo fino y granulares como las arenas.  Determinar el peso promedio por unidad de volumen de partículas sólidas que constituyen un suelo  Clasificar el tipo de suelo ensayado con base en los resultados obtenidos  Reconocer las limitaciones del ensayo realizado

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre MARCO TEORICO La gravedad específica de un suelo se toma como el valor promedio para granos del suelo. Si en desarrollo de una discusión no se aclara adecuadamente a que gravedad específica se refieren algunos valores numéricos dados, la magnitud de dichos valores puede indicar el uso correcto, pues la gravedad específica de los suelos es siempre bastante mayor a la gravedad específica volumétrica determinada incluyendo los vacíos de los suelos en el cálculo. La Gs se calcula mediante la siguiente expresión: 𝒘𝒔 𝑮𝒔 = 𝑽𝒔 ∗ 𝛄𝐰 Dónde: W𝑠 = peso específico de los sólidos (grs/cm3) Vs * 𝛾𝑤 = peso específico del agua (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 consideren los mismos volúmenes, como se observa en la siguiente expresión: Gs = (Ws / Vs) / (Ww / Vw) * 𝛾𝑤) = (Ww * 𝛾𝑤) Dónde: Vs = volumen de solidos Vw = volumen de agua a 4ºc El problema consiste en obtener el volumen de un peso conocido de granos de suelo y dividirlo por el mismo volumen de agua, es decir aplicar la segunda ecuación, pues esta forma es más difícil de captar como también de lograr en el laboratorio. El volumen de un peso conocido de partículas se puede obtener utilizando un recipiente de volumen conocido y el principio de Arquímedes, según el cual un cuerpo sumergido dentro de una masa de agua desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido.

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El peso de los sólidos y el volumen de 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. El valor de la densidad de solidos 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 2.20 a 3.0, según el material de que se trate. Algunos materiales se enlistan a continuación:

TABLA 1 .GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SOLIDOS

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre EQUIPOS y MATERIALES Muestra seca de suelo de 50 ± 5 gr. Picnómetro de 250 ml (idealmente se requiere de 500 ml) Embudo de vidrio de conducto largo Termómetro Dispositivo de succión neumática, capaz de producir el grado de vacío. Platos de evaporación o cacerolas para ser sometidas al horno Horno a temperatura constante de 100 a 110º C. Balanza de sensibilidad 0.1 g Suministro de agua desairada con temperatura estabilizada

Figura 6.1. Equipos requeridos para el ensayo de gravedad específica.

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre PROCEDIMIENTO: Se fue necesario tener en cuenta una serie de fases o etapas ellas fueron:  Pesar 50 gr., aproximadamente de suelo previamente secado al horno y enfriado (Ws)  Pasar la muestra cuidadosamente a un frasco volumétrico seco y limpio, previamente calibrado.  Tomar el Picnómetro y llenarlo hasta 1/3 de su capacidad en volumen (83 ml) con agua destilada, con la precaución de no introducir cantidades notorias de aire y de no perder material.  Someter el anterior conjunto a extracción de aire mediante las bombas de vacío durante un tiempo.  La aspiración de aire deberá realizarse hasta cuándo se denote la presencia de aire dentro del Picnómetro. La succión de aire se caracteriza por la presencia de burbujas dentro del frasco. El tiempo de succión estará determinado por el tipo de suelo, así, para arenas, el tiempo de succión es cuestión de horas mientras que para materiales arcillosos la succión puede tomar más de un día.  Cuando se cumpla totalmente con la aspiración, se apagará el equipo de succión, se abrirán las válvulas para compensar las presiones y deberá llenarse la botella con agua destilada hasta 2/3 de su capacidad y se someterá nuevamente a vacío.  Cuando se haya extraído todo el aire del conjunto anterior enrasar con agua destilada hasta el aforo.  Deberá secarse exteriormente el picnómetro y acto seguido se pesará el picnómetro + agua + muestra. Este peso se denominará (Wfws)  Retirar la muestra de suelo del picnómetro y depositarla sobre un recipiente para secado en el horno.  Pesar el picnómetro + agua hasta el aforo. Este peso se denominará (Wfw).  Limpiar y secar el equipo

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre RESULTADOS Peso de la muestra seca

50g

Peso del picnómetro con agua (hasta la curva de calibración)

316.4g

Peso del picnómetro con agua (1/3 del picnómetro) más la muestra Temperatura (C)

347.6g

28°C

Tabla 2.resultados

Para el cálculo de la gravedad específica se utiliza la siguiente expresión. 𝐺𝑠 =

∝∗ 𝑊𝑠 𝑊𝑝𝑤 + 𝑊𝑠 − 𝑊𝑝𝑤𝑚

∝ = factor de corrección de temperatura (Ver tabla 2). 𝑊𝑠 = peso de la muestra seca. 𝑊𝑝𝑤 = Peso del picnómetro con agua (hasta la curva de calibración). 𝑊𝑝𝑤𝑚 = Peso del picnómetro con agua (1/3 del picnómetro) mas la muestra.

𝐺𝑠 =

0.99803 ∗ 50𝑔 = 2.654 316.4𝑔 + 50𝑔 − 347.6𝑔

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre ANALISIS DE RESULTADOS.

De los resultados obtenidos podemos analizar qué.  El valor de la gravedad específica, se encuentra en el rango de La mayoría de los minerales los cuales tienen una densidad de sólidos que caen dentro de un rango general de 2.6 a 2.9  con el valor de la gravedad especifica hallado, se puede decir que el tipo de suelo utilizado para el desarrollo de nuestro laboratorio fue una arena mal gradada ligeramente coloreada, formada principalmente de cuarzo, se estima aproximadamente igual a 2.65

CONCLUCIÓN  La práctica de laboratorio fue muy importante porque nos enseña una manera distinta de hallar la gravedad específica en suelos de tipo fino y granulares como las arenas  Las estimaciones de precisión pueden variar con el tipo de suelo y el método de ensayo utilizado. Por lo tanto se requiere buen juicio para extrapolar estos criterios a otro suelo o a otro método.  El valor de la gravedad específica es necesaria para calcular la relación de vacíos de un suelo así como predecir el peso unitario del mismo.  Un valor muy bajo (entre 2 o menos) para la gravedad especifica indica Que el suelo bajo estudio es un suelo orgánico.

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre GUIA SUGERIDA  ¿Puede usted aplicar la técnica descrita para medir la gravedad específica de un material más ligero que el agua? R. / No, porque la muestra del suelo utilizado flotaría en el agua y esto produciría un resultado significativo al final. Por lo tanto, la gravedad específica de los materiales que contengan materias extrañas (como cemento, cal y similares), materia soluble en agua (como el cloruro de sodio), y los suelos que contengan partículas con una gravedad especifica menor que uno requieren un tratamiento especial o una definición calificada de su gravedad específica. Por consiguiente, se deberá emplear la norma de ensayo ASTM D 5550 para ensayar suelos que contengan sustancias que se disuelvan o floten en el agua, o donde resulte impracticable el uso del agua. ¿Cuál es el efecto de la temperatura del agua en la determinación de la gravedad especifica de los suelos? R./ El efecto es el valor de la densidad del agua, debido a que dependiendo la temperatura a la que se encuentre el agua su densidad o peso unitario variara y por esta razón se suele usar un coeficiente de corrección de temperatura, para tratar de corregir el peso unitario del agua y por ende tener unos valores más exactos. ¿Por qué se utiliza el vacío en la determinación de la Gravedad específica de los suelos? R./ para asegurar la ausencia de burbujas en ella, el agua se puede desairar hirviéndola, aspirando con la bomba de vacío, combinando aspiración y calor, o con un dispositivo específico para este fin, dependiendo el método que se utilice se tendrá que utilizar unos procesos o tratamientos del agua diferentes.

PRACTICA No. 6 Universidad de sucre CONCLUSION Luego de haber realizado todo lo referente a la práctica de laboratorio (gravedad especifica)

se

hace

posible

realizar

las

siguientes

conclusiones

y/o

recomendaciones:  Conocer el valor de la gravedad específica de un suelo es fundamental para uso ingenieril, ya que por medio de ésta podemos estimar diversas características como por ejemplo: clasificación de minerales presentes en el suelo, análisis de hidrómetro, entre otras.  En primera instancia, al realizar la desaireacion de la muestra, el tiempo requerido debe estar entre 4 y 6 horas para suelos de baja plasticidad y 6 a 8 horas para suelos plásticos, ya que de no ser así, se pueden presentar errores con respecto al valor de la gravedad especifica.

BIBLIOGRAFIA   BARDET, JEAN PÌERRE. EXPERIMENTAL SOIL MECHANICS  BOWLES, JOSEPH. MANUAL DE LABORATORIOS DE MECÁNICA DE SUELOS  DAS, BRAJA M. FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA

 GUIAS SUGERIDAS DE LABORATORIO

 NORMAS (ASTM D-854-92; AASHTO T 100-70)

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ANEXOS

Bomba de succión de ¼ HP.

Campana de vacío Picnómetro de 250 ml

Bomba de succión en operación

Succión de aire en la muestra de suelo

Tabla 3- densidad del agua y coeficiente de corrección por temperatura