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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA E. A. P. DE INGENIERÍA CIVIL

“Laboratorio N°01: PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS DE LOS SUELOS”

ESTUDIANTES: ALVAREZ ZEGARRA, Katerinne Odalys CRUZ SILVA, Tania Makely JARA BARRETO, Miguel Albert MERINO RABANAL, Nicole Janeett MORI BALAREZO, Dara Salomé TORRES FERREL, Jorge Anderson DOCENTE: Ing. Julio Rivasplata Díaz MAYO DEL 2016 NUEVO CHIMBOTE – PERÚ

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 01 I.

TÍTULO: “Propiedades Volumétricas y Gravimétricas de los Suelos”

II.

OBJETIVOS

2.1.

OBJETIVOS GENERALES “Determinación las relaciones volumétricas y gravimétricas de los suelos a estudiar.” “Conocer el tipo de suelo de La Facultad de Acuicultura y el tipo de suelo de la Facultad de Ingeniería Civil-UNS”

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar el peso específico de las muestras de suelos en laboratorio. Calcular el contenido de humedad de las muestras. Identificar las fases presentes de los suelos en estudio.

III.

MARCO TEÓRICO

SUELOS Los suelos recubren a menudo las rocas en capas que a veces llegan a ser de escasos cm. de espesor como montañas rocosas o de cientos de metros como en los lechos de los ríos, en el fondo de los mares y lagos. Cada quien define al suelo desde el punto de vista de sus respectivas especialidades. Así por el ejemplo para el agrónomo, el suelo es el estrato superficial de la corteza terrestre donde pueden desarrollarse las raíces de las plantas; para el geólogo, es todo material

intemperizado “in situ”; para otros, suelo son agregados de partículas

minerales que recubren extensas porciones de la superficie de la tierra. Suelo, en Ingeniería Civil, son los sedimentos no consolidados de partículas sólidas, fruto de la alteración de las rocas, o suelos transportados por agentes como el agua, 2

hielo o viento con contribución de la gravedad como fuerza direccional selectiva, y que pueden tener materia orgánica. El suelo es un cuerpo natural heterogéneo.

3.1 FASES DEL SUELO En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. Fase sólida: está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida adsorbida). Fase Liquida: formada por el agua (libre, específicamente), aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación. Fase gaseosa: comprende sobre todo el aire, pero pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc). Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos (Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs). 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 solo dos fases, la sólida y la líquida. Es importante considerar las características morfológicas de un conjunto de partículas sólidas, en un medio fluido. Eso es el suelo. Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fases sólida, líquida y gaseosa), permiten avanzar sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de plasticidad del conjunto.

3

Vt = Vm = Volumen de la muestra. Vv = Volumen de vacíos. Va = Volumen de aire. Vw = Volumen de agua. Vs = Volumen de sólidos. Wm = Wt = Peso de la muestra. Wa = Peso del aire (Wa=0) Ww = Peso del agua (Ww=1 gr/cm3) Ws = Peso de partículas sólidas.

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS

Horno

Vástago

4

Balanza

Taras (Recipientes)

Espátula y tazón

5

V.

PROCEDIMIENTO

Inspeccionar el área donde se realizará la calicata para la extracción de la muestra del suelo. Esta área de preferencia deberá estar apartada de vegetación o cualquier elemento que obstruya nuestro material de suelo. 5.1 SUELO LIMOSO 

Nos dirigimos hacia el canal y con la ayuda del vástago procedemos a extraer la

muestra de suelo. 

Con el vástago colocado verticalmente en el suelo, elevamos la parte superior

de éste y la dejamos caer por acción de su propio peso de manera que irá perforando el suelo y recogiendo nuestra muestra deseada. Una vez enterrado el cilindro pasamos a retirarlo de manera cuidadosa para no dañar la muestra obtenida.

FIG. 1 y 2: El proceso de extracción de la muestra de suelo con la ayuda del vástago.

 Obtenida ya la muestra se retira el cilindro del vástago con mucho cuidado y con la ayuda de una navaja lo enrazamos para tener una superficie libre y luego pesamos.

FIG. 3 y 4: Enrazando la muestra en la superficie del cilindro y pesando. 6

 En la muestra obtenida encontramos dos tipos diferentes de suelo, por lo que los separamos y extraemos una porción significativa de ambos, depositando las muestras en taras.

FIG. 5 y 6: Separando ambas muestras y depositándolas en taras.

 Obtener el peso de la “Tara + muestra”. Se procede a introducir la “Tara + muestra” en el horno del laboratorio a una temperatura de 110 + 5 °C por 24 horas. Una vez pasada las 24 horas se retira la “Tara + muestra” y se pesa nuevamente. De esta manera tendremos el peso de la muestra sin humedad.

FIG. 7 y 8: Colocando la muestra húmeda en el horno para luego de 24h volver a pesar y sacar el contenido de agua en ésta.

7

5.2 SUELO ARENOSO  Escoger un espacio de suelo en donde echaremos agua y después de 24h procederemos a perforar con el vástago el suelo, obteniendo la muestra que quedará en el cilindro.

FIG. 9 y 10: Colocando el vástago sobre el suelo y soltamos la parte superior hasta que el cilindro quede al tope de la superficie.

 Retiramos el cilindro y procedemos a pesar la muestra, luego hacemos los pasos ya mencionados para hallar el contenido de humedad.

FIG. 11 y 12: Muestra obtenida del suelo depositada en tara.

8

 Para la realización de este ensayo es necesario pesar el cilindro y medir sus dimensiones, tanto para el cálculo de pesos como para el de volúmenes.

FIG. 13: Pesando el cilindro.

VI.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

6.1 SUELO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Tabla N° 01: Pesos obtenidos de la Muestra del Suelo Suelto

N° TARA

PESO DE LA TARA (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO HÚMEDO (gr)

1

27.694

123.136

122.960

2

27.215

102.543

102.386

3

27.105

152.141

151.948

9

PESO DE LA TARA + SUELO SECO (gr)

Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

W=

W

M CWS  M CS M 100= W 100 M CS  M C MS

: Contenido de humedad en porcentaje

MCWS : Peso del contenedor más la muestra húmeda, en gramos. MCS

: Peso del contenedor más la muestra secada en horno, en gramos.

MC

: Peso del contenedor, en gramos.

MW

: Peso del agua, en gramos.

MS

: Peso de las partículas sólidas, en gramos.

Hallamos el Contenido de Humedad de las Muestras (𝑾%): MUESTRA N° 01: W =

(123.136 − 122.960 ) (0.176 ) × 100 = × 100 = 0.185 % (122.960 − 27,694) (95.266)

MUESTRA N° 02: W =

(102.543 − 102.386 ) (0.157 ) × 100 = × 100 = 0.209 % (102.386 − 27,215) (75.171)

MUESTRA N° 03: W =

(152.141 − 151.948 ) (0.193 ) × 100 = × 100 = 0.155 % (151.948 − 27,105) (124.843)

Calculamos el Promedio: W=

0.185 + 0.209 + 0.155 = 0.183 % 3

10

6.2 SUELO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL (HÚMEDO) Determinamos el Peso Volumétrico o Peso Específico de la Muestra:

4.88 cm ccmd5cc

W DEPÓSITO = 79 gr V DEPÓSITO =

𝝅𝑫𝟐 𝒉 𝟒

=

𝝅(𝟒.𝟖𝟖 𝒄𝒎)𝟐 (𝟏𝟓.𝟏𝟖 𝒄𝒎) 𝟒

= 283.923 cm3 15.18 cm

Wm + WDEPOSTIVO = 564 gr Wm = (Wm + WDEPOSTIVO ) – ( WDEPOSTIVO ) = 485 gr Vm = 283.923 cm3

Hallamos el Peso Específico de la Muestra:

𝛾𝑚 =

𝑊𝑚 485 𝑔𝑟 = = 1.708 𝑔𝑟/ 𝑐𝑚3 𝑉𝑚 283.923 𝑐𝑚3

Tabla N° 02: Pesos obtenidos de la Muestra del Suelo Húmedo

N° TARA

PESO DE LA TARA (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO HÚMEDO (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO SECO (gr)

1

26.204

56.871

55.539

2

26.361

58.525

57.143

3

27.412

52.400

51.340

Hallamos el Contenido de Humedad de las Muestras (𝑊%): MUESTRA N° 01: W =

(56.871 − 55.539 ) (1.332 ) × 100 = × 100 = 4.541 % (55.539 − 26,204) (29.335)

11

MUESTRA N° 02: W =

(58.525 − 57.143 ) (1.382 ) × 100 = × 100 = 4.490 % (57.143 − 26,361) (30.782)

MUESTRA N° 03: W =

(52.400 − 51.340 ) (1.060 ) × 100 = × 100 = 4.430 % (51.340 − 27,412) (23.928)

Calculamos el Promedio: W=

4.541 + 4.490 + 4.430 = 4.487 % 3

Después de obtener el Contenido de Humedad, podemos hallar los pesos y volúmenes respectivos de la muestra. Peso de la Fase Solida de la Muestra de Suelo (𝑾𝒔): 𝑾=

𝑾𝒎 − 𝑾𝒔 𝑾𝒔

𝟒. 𝟒𝟖𝟕 𝟒𝟖𝟓 − 𝑾𝒔 = 𝟏𝟎𝟎 𝑾𝒔 𝟎. 𝟎𝟒𝟓 =

𝟒𝟖𝟓 − 𝑾𝒔 𝑾𝒔

𝟏. 𝟎𝟒𝟓 𝑾𝒔 = 𝟒𝟖𝟓 𝑾𝒔 = 𝟒𝟔𝟒. 𝟏𝟏𝟓 𝒈𝒓

Peso de la Fase Liquida de la Muestra de Suelo (𝑾𝒘):

𝑾𝒘 = 𝑾𝒎 − (𝑾𝒔 + 𝑾𝒂 ) 𝑾𝒘 = 𝟒𝟖𝟓 − (𝟒𝟔𝟒. 𝟏𝟏𝟓 + 𝟎) 𝑾𝒘 = 𝟐𝟎. 𝟖𝟖𝟓 𝒈𝒓 Volumen de la Fase Solida de la Muestra de Suelo (𝑽𝒔):

𝑽𝑺 = 𝑽𝑺 =

𝑾𝑺 𝜸𝑺

𝟒𝟔𝟒. 𝟏𝟏𝟓 𝒈𝒓 𝒈𝒓 𝟐. 𝟕𝟓 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝑺 = 𝟏𝟔𝟖. 𝟕𝟔𝟗 𝒄𝒎𝟑 12

Volumen de la Fase Liquida de la Muestra de Suelo (𝑽𝒘): 𝒈𝒓

Como se trata de Agua en nuestra Muestra se puede determinar que 𝜸𝒘 = 𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝒘 = 𝑽𝒘 =

𝑾𝒘 𝜸𝒘

𝟐𝟎. 𝟖𝟖𝟓 𝒈𝒓 𝒈𝒓 𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝒘 = 𝟐𝟎. 𝟖𝟖𝟓 𝒄𝒎𝟑 Volumen de la Fase Gaseosa de la Muestra de Suelo (𝑽𝒂):

𝑽𝒂 = 𝑽𝒎 − (𝑽𝒔 + 𝑽𝒘 ) 𝑽𝒂 = 𝟐𝟖𝟑. 𝟗𝟐𝟑 − (𝟏𝟔𝟖. 𝟕𝟔𝟗 + 𝟐𝟎. 𝟖𝟖𝟓) 𝑽𝒂 = 𝟐𝟖𝟑. 𝟗𝟐𝟑 − (𝟏𝟖𝟗. 𝟔𝟓𝟒) 𝑽𝒂 = 𝟗𝟒. 𝟐𝟔𝟗 𝒄𝒎𝟑 Esquema de Pesos y Volúmenes de la Muestra

13

3. SUELO DE LA FACULTAD DE ACUICULTURA Determinamos el Peso Volumétrico o Peso Específico de la Muestra:

4.88 cm ccmd5cc

W DEPÓSITO = 79 gr V DEPÓSITO =

𝝅𝑫𝟐 𝒉 𝟒

=

𝝅(𝟒.𝟖𝟖 𝒄𝒎)𝟐 (𝟏𝟓.𝟏𝟖 𝒄𝒎) 𝟒

= 283.923 cm3 15.18 cm

Wm + WDEPOSTIVO = 533 gr Wm = (Wm + WDEPOSTIVO ) – ( WDEPOSTIVO ) = 454 gr Vm = 283.923 cm3

Hallamos el Peso Específico de la Muestra:

𝛾𝑚 =

𝑊𝑚 454 𝑔𝑟 = = 1.599 𝑔𝑟/ 𝑐𝑚3 𝑉𝑚 283.923 𝑐𝑚3

Observación: En la muestra del suelo notamos que existían dos tipos de suelo (uno de color más claro y otro de color más oscuro), debido a ello se procedió a realizar los cálculos del contenido de humedad de ambos suelos por separado, para luego determinar el promedio de ambos. Tabla N° 03: Pesos obtenidos de la Muestra del Suelo (Claro)

N° TARA

PESO DE LA TARA (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO HÚMEDO (gr)

1

27.478

45.010

43.912

2

27.708

40.203

39.424

3

27.656

44.890

43.853

14

PESO DE LA TARA + SUELO SECO (gr)

Hallamos el Contenido de Humedad de las Muestras (𝑊%): MUESTRA N° 01: W =

(45.010 − 43.912 ) (1.098 ) × 100 = × 100 = 6.681 % (43.912 − 27.478) (16.434)

MUESTRA N° 02: W =

(40.203 − 39.424 ) (0.779 ) × 100 = × 100 = 6.649 % (39.424 − 27.708) (11.716)

MUESTRA N° 03: W =

(44.890 − 43.853 ) (1.037 ) × 100 = × 100 = 6.402 % (43.853 − 27,656) (16.197)

Calculamos el Promedio del Suelo Claro: W=

6.681 + 6.649 + 6.402 = 6.577 % 3

Tabla N° 04: Pesos obtenidos de la Muestra del Suelo (Oscuro)

N° TARA

PESO DE LA TARA (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO HÚMEDO (gr)

PESO DE LA TARA + SUELO SECO (gr)

1

26.154

40.340

37.610

2

26.318

43.794

41.477

3

27.440

45.634

42.600

Hallamos el Contenido de Humedad de las Muestras (𝑊%): MUESTRA N° 01: W =

(40.340 − 37.610 ) (2.730 ) × 100 = × 100 = 23.830 % (37.610 − 26.154) (11.456)

15

MUESTRA N° 02: W =

(43.794 − 41.477 ) (2.317 ) × 100 = × 100 = 15.285 % (41.477 − 26.318) (15.159)

MUESTRA N° 03: W =

(45.634 − 42.600 ) (3.034 ) × 100 = × 100 = 20.013 % (42.600 − 27,440) (15.160)

Calculamos el Promedio del Suelo Oscuro: W=

23.830 + 15.285 + 20.013 = 19.709 % 3

Calculamos el Promedio del Suelo Claro y el Suelo Oscuro: W=

6.577 + 19.709 = 13.143 % 2

Después de obtener el Contenido de Humedad, podemos hallar los pesos y volúmenes respectivos de la muestra.

Peso de la Fase Solida de la Muestra de Suelo (𝑾𝒔): 𝑾=

𝑾𝒎 − 𝑾𝒔 𝑾𝒔

𝟏𝟑. 𝟏𝟒𝟑 𝟒𝟓𝟒 − 𝑾𝒔 = 𝟏𝟎𝟎 𝑾𝒔 𝟎. 𝟏𝟑𝟏 =

𝟒𝟓𝟒 − 𝑾𝒔 𝑾𝒔

𝟏. 𝟏𝟑𝟏 𝑾𝒔 = 𝟒𝟓𝟒 𝑾𝒔 = 𝟒𝟎𝟏. 𝟒𝟏𝟓 𝒈𝒓

Peso de la Fase Liquida de la Muestra de Suelo (𝑾𝒘):

𝑾𝒘 = 𝑾𝒎 − (𝑾𝒔 + 𝑾𝒂 ) 𝑾𝒘 = 𝟒𝟓𝟒 − (𝟒𝟎𝟏. 𝟒𝟏𝟓 + 𝟎) 𝑾𝒘 = 𝟓𝟐. 𝟓𝟖𝟓 𝒈𝒓

16

Volumen de la Fase Solida de la Muestra de Suelo (𝑽𝒔):

𝑾𝑺 𝜸𝑺

𝑽𝑺 = 𝑽𝑺 =

𝟒𝟎𝟏. 𝟒𝟏𝟓 𝒈𝒓 𝒈𝒓 𝟐. 𝟕𝟓 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝑺 = 𝟏𝟒𝟓. 𝟗𝟔𝟗 𝒄𝒎𝟑 Volumen de la Fase Liquida de la Muestra de Suelo (𝑽𝒘): 𝒈𝒓

Como se trata de Agua en nuestra Muestra se puede determinar que 𝜸𝒘 = 𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝒘 = 𝑽𝒘 =

𝑾𝒘 𝜸𝒘

𝟓𝟐. 𝟓𝟖𝟓 𝒈𝒓 𝒈𝒓 𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝑽𝒘 = 𝟓𝟐. 𝟓𝟖𝟓 𝒄𝒎𝟑

Volumen de la Fase Gaseosa de la Muestra de Suelo (𝑽𝒂):

𝑽𝒂 = 𝑽𝒎 − (𝑽𝒔 + 𝑽𝒘 ) 𝑽𝒂 = 𝟐𝟖𝟑. 𝟗𝟐𝟑 − (𝟏𝟒𝟓. 𝟗𝟔𝟗 + 𝟓𝟐. 𝟓𝟖𝟓) 𝑽𝒂 = 𝟐𝟖𝟑. 𝟗𝟐𝟑 − (𝟏𝟗𝟖. 𝟓𝟓𝟒) 𝑽𝒂 = 𝟖𝟓. 𝟑𝟔𝟗 𝒄𝒎𝟑

Esquema de Pesos y Volúmenes de la Muestra

17

VII.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 CONCLUSIONES: Suelo 1 : Ingeniería Civil  El Contenido de Humedad de la muestra obtenida en la Escuela de Ingeniería Civil resultó 4.487%, por lo que se concluye que el tipo de suelo de donde se obtuvo la muestra es un suelo arenoso.  El peso de la Fase Solida ( 𝑊𝑆 ) de la muestra 464.115 gr.  El peso de la Fase Liquida ( 𝑊𝑤 ) de la muestra 20.885 gr. Teniendo como dato el peso específico relativo de solidos 𝑆𝑠 = 2.75 y 𝛾𝑠 = 2.75 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 . Se concluyó que:  El volumen de la Fase Solida (𝑉𝑠 ) de la muestra resulto 168.769 𝑐𝑚3 .  El volumen de la Fase Liquida (𝑉𝑤 ) de la muestra resulto 20.885 𝑐𝑚3 .  El volumen de la Fase Gaseosa (𝑉𝑎 ) de la muestra resulto 94.269 𝑐𝑚3 . Suelo 2 : Acuicultura Al observar la muestra obtenida en la Escuela de Acuicultura se pudo apreciar que existían 2 tipos de suelos por lo que se halló el contenido de humedad de cada uno de ellos para así poder obtener un contenido de Humedad Promedio de la muestra.  Contenido de Humedad Promedio 13.143%, por lo que se concluye que el tipo de suelo de donde se obtuvo la muestra es un suelo Limoso.  El peso de la Fase Solida ( 𝑊𝑆 ) de la muestra 401.415 gr.  El peso de la Fase Liquida ( 𝑊𝑤 ) de la muestra 52.585 gr. Teniendo

como dato el peso específico relativo de solidos 𝑆𝑠 = 2.75 y

𝛾𝑠 = 2.75 𝑔𝑟/𝑐𝑚3. Se concluyó que:  El volumen de la Fase Solida (𝑉𝑠 ) de la muestra resulto 145.969 𝑐𝑚3 .  El volumen de la Fase Liquida (𝑉𝑤 ) de la muestra resulto 52.585𝑐𝑚3 .  El volumen de la Fase Gaseosa (𝑉𝑎 ) de la muestra resulto 85.369 𝑐𝑚3 .

18

7.2 RECOMENDACIONES De acuerdo al trabajo en campo, se pudieron reconocer algunos puntos importantes, para mejorar el análisis del suelo:  Para obtener una muestra que no esté demasiada alterada utilizar los materiales y equipos necesarios.  La muestra no debe presentar otro tipo de residuos, es decir no debe ser una muestra alterada.  Los instrumentos a utilizar deben estar limpios y secos, no deben tener ningún tipo de residuos para no alterar la muestra.  Si el suelo no es muy firme es recomendable agregarle contenido de humedad para que el barreno pueda hacer perfectamente su trabajo.  La muestra debe ser analizada rápidamente desde que se extrae, mientras más días pasen sin analizarla, más variara el error en los resultados como contenido de humedad.

VIII.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA



Mecánica de Suelos. Lambe-Whitman.



Morales Lozano Adelfo “Material de estudio 2013” Universidad Autónoma de Guerrero.



Mecánica de Suelos, Juárez Badillo – Rico Rodríguez.



Apuntes y manuales de laboratorio de mecánica de suelos. Morales Lozano.

19

M. en C. Adelfo

IX.

ANEXOS

ANEXOS

Antes de iniciar con el ensayo, pesamos el cilindro vacío para luego poder realizar los cálculos debidos.

Fig. 01

Extraemos muestras del suelo de la escuela de Ingeniería Civil.

Fig. 02

20

Extraemos muestras del suelos de la escuela de Acuicultura

Fig. 03

Al extraer una muestra del suelo de la escuela de Acuicultura, nos dimos cuenta que en esta habían dos clases de suelos.

Fig. 04

Al pesar la muestra del suelo de la escuela de Ingeniería Civil obtuvimos 564 g.

Fig. 05

21

Al pesar la muestra del suelo de la escuela de Ingeniería Civil obtuvimos 533 g.

Fig. 06

Esta es la muestra de Acuicultura en la que se obtuvo dos tipos de suelos, aquí se puede notar claramente la diferencia.

Fig. 07

Separamos en taras las muestras de los tipos de suelos hallados en Acuicultura para luego pesarlos.

Fig. 08 22

Las muestras fueron colocadas en el horno a 100°C durante 24horas.

Fig. 09

23