Informe De Labotorio De Materiales De Construccion.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA (RUPAP) FACULTAD TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE LA CONSTRUCCIÓN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS I

Practica N° 3: DETERMINACION DE LAS RELACIONES VOLUMETRICAS DE LOS SUELOS. GRUPO DE PRACTICA: IC-314: A-2

Equipo de trabajo: Marlon Manuel Toledo Rivera Profesor de teoría: Jose Jerez Profesor de práctica: Elvis Montes Fecha de realización de la práctica: 12 de septiembre de 2017 Fecha de entrega de la práctica: 19 de septiembre de 2017

 INDICE  Objetivos……………………………………………………………………....3           

Introducción………………………………………………………………......4 Marco Teorico……………………………………………………………......5 Equipo y Material utilizado………………………………………………….9 Procedimiento…………………………………………………………….....10 Recolección o tabla de registro……………………………………………12 Calculo y Resultados…………………………………………………….....13 Interpretación de resultados……………………………………………….15 Conclusión………………………………………………………………......16 Recomendación……………………………………………………………..17 Bibliografia……………………………………………………………………18 Anexos………………………………………………………………………..19

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 OBJETIVOS:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017  INTRODUCCION: El día martes 12 de septiembre del presente año en el periodo establecido de 10:00 a 11:40 am. En las instalaciones del Laboratorio de Suelos de la FTC se desarrolló la práctica de laboratorio número 3 según el programa de la asignatura Mecánica de suelos: “Determinación de Relaciones Volumétricas de los suelos” impartido por el Ing. Elvis Montes y ayudantes presentes.

En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la liquida y la gaseosa. La fase solida está formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa absorbida); la líquida por el agua (libre, específicamente), aunque en el suelo pueden existir otros líquidos de menor significación; la 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 solida constituye el volumen de solidos (Vs).

  

Fase solida: Fragmentos de roca, minerales individuales, materiales orgánicos. Fase líquida: Agua, sales bases y ácidos disueltos incluso hielo. Fase gaseosa: Aire, gases, vapor de agua.

Se dice que un suelo está 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. Página 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo (fase 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. En los laboratorios de mecánica de suelos puede determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras secas al horno y la gravedad especifica de las partículas que conforman el suelo, entre otras. Las relaciones entre las fases del suelo tienen una amplia aplicación en la Mecánica de Suelos para el cálculo de esfuerzos. La relación entre las fases, la granulometría y otros se utilizan para clasificar el suelo y estimar su comportamiento. Modelar el suelo es colocar fronteras que no existen. El suelo es un modelo discreto y eso entra en la modelación con dos parámetros, e y n (relación de vacíos y porosidad), y con las fases. El agua adherida a la superficie de las partículas, entra a la fase sólida. En la líquida, solo el agua libre que podemos sacar a 105°C cuando, después 24 horas, el peso del suelo no baja más y permanece constante.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017  MARCO TEÓRICO En cualquier tipo de proyecto constructivo de gran magnitud, el estudio previo del suelo presente en el área, es de vital importancia, ya que, dependiendo del tipo de construcción a realizar, es que se puede determinar si el suelo es apto o no para ser utilizado. Como parte del proceso de estudio y selección, se hacen diferentes ensayes que ayudan a tomar decisiones óptimas para la construcción, uno de estos ensayes es la determinación de las relaciones volumétricas de los suelos. Dichas relaciones distinguen las fases del suelo que son sólida,líquida y gaseosa y son de gran utilidad para el cálculo de esfuerzos.  Características del Agua en el Suelo El agua almacenada o fluyente en el suelo afecta la formación del suelo, su estructura, estabilidad y erosión. El agua almacenada es el factor principal para satisfacer la demanda hídrica de las plantas.  La Textura del Suelo La textura del suelo se refiere a la proporción de componentes inorgánicos de diferentes formas y tamaños como arena, limo y arcilla. La textura es una propiedad importante ya que influye en la habilidad de retener agua, aireación, drenaje, contenido de materia orgánica y otras propiedades.  Color del Suelo El color del suelo depende de sus componentes y varía con el contenido de humedad, materia orgánica presente y grado de oxidación de minerales presentes. Se puede evaluar como una medida indirecta ciertas propiedades del suelo. Se usa para distinguir las secuencias en un perfil del suelo, determinar el origen de materia parental, presencia de materia orgánica, estado de drenaje y la presencia de sales y carbonato  Consistencia del Suelo La consistencia es la propiedad que define la resistencia del suelo a la deformación o ruptura que pueden aplicar sobre él. Según su contenido de humedad la consistencia del suelo puede ser dura, muy dura y suave. Se mide mediante tres niveles de humedad; aire-seco, húmedo y mojado. Para la construcción sobre él se requiere medidas más precisas de resistencia del suelo antes de la obra.  Porosidad del Suelo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 El espacio poroso del suelo se refiere al porcentaje del volumen del suelo no ocupado por sólidos. En general el volumen del suelo está constituido por 50% materiales sólidos (45% minerales y 5% materia orgánica) y 50% de espacio poroso. Dentro del espacio poroso se pueden distinguir macro poros y micro poros donde agua, nutrientes, aire y gases pueden circular o retenerse. Los macro poros no retienen agua contra la fuerza de la gravedad, son responsables del drenaje, aireación del suelo y constituyen el espacio donde se forman las raíces. Los micro poros retienen agua y parte de la cual es disponible para las plantas.  Densidad del Suelo Mediante la determinación de la densidad se puede obtener la porosidad total del suelo. Se refiere al peso por volumen del suelo. Existen dos tipos de densidad, real y aparente. La densidad real, de las partículas densas del suelo, varía con la proporción de elementos constituyendo el suelo y en general está alrededor de 2,65. Una densidad aparente alta indica un suelo compacto o tenor elevado de partículas granulares como la arena. Una densidad aparente baja no indica necesariamente un ambiente favorecido para el crecimiento de las plantas.  Movimiento del agua en el suelo El agua fluye en el suelo debido a varios tipos de fuerzas como de gravedad, ascenso capilar y osmosis. Entre fuerzas de succión 0 y 1/3 bar el agua fluye en el suelo por las fuerzas de gravedad, este fenómeno se nombra por flujo saturado. Fuerzas de succión más elevadas se nombran flujos no saturados. Los flujos de agua se pueden medir en campo mediante la Conductividad Hidráulica. Se puede obtener información fundamental en la circulación del agua en el suelo mediante la descripción de suelos de las clases de drenaje y sus características asociadas. DEFINICIÓN DE PESO ESPECÍFICO: Se llama peso específico a la relación que existe entre el peso de una sustancia y su volumen. La densidad de volumen o densidad aparente se define como el peso seco del suelo por unidad de volumen de suelo inalterado, tal cual se encuentra en su emplazamiento natural, incluyendo el espacio poroso. Para medir la densidad aparente se retira del campo una muestra de suelo de volumen conocido y se seca en el horno, hasta que alcanza un peso constante. La densidad aparente se calcula dividiendo el peso seco del suelo por el volumen que ocupaba en el campo. A diferencia de la textura, la densidad aparente es una propiedad dinámica, que varía con las condiciones estructurales del suelo. El grado de estructuración del suelo puede variar por condiciones de manejo, tales como el paso de maquinaria u otras labores agrícolas, la densidad aparente puede servir como un indicador del grado de Página 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 compactación que tiene el suelo. La determinación de la densidad aparente se realiza en muestras imperturbadas. La granulación en los suelos tiende a aumentar el espacio poroso y por tanto disminuye en la densidad aparente. Como las condiciones estructurales son malas en los suelos, se facilitan las condiciones de compactación de los horizontes, con la consecuente reducción del espacio poroso. Materia Orgánica, influye al facilitar y elevar la granulación de la estructura de los suelos, aumentando la porosidad y disminuyendo la densidad aparente. Los valores bajos de densidad aparente son propios de suelos porosos, bien aireados, con buen drenaje y buena penetración de raíces, lo que permite un buen desarrollo de las raíces. Los valores altos de densidad aparente son propios de suelos compactos y poco porosos, con aireación deficiente e infiltración lenta del agua, lo cual puede provocar anegamiento, anoxia y que las raíces tengan dificultades para alongarse y penetrar hasta alcanzar el agua y los nutrientes necesarios. Como regla general los suelos de textura fina tiene mayor porosidad y menor densidad aparente que los suelos arenosos, como es natural, la densidad aparente de un suelo varía según su grado de compacidad. RELACIONES VOLUMETRICAS-GRAVIMETRICAS El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo es de gran importancia en cuanto a su clasificación, para ello se deben estudiar sus propiedades y analizar su comportamiento ya que desde esta práctica se analizaran las tres fases que comprenden el suelo. 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. FASES, VOLÚMENES Y PESOS En el modelo de fases, se separan volúmenes V y pesos W así: Volumen total VT, volumen de vacíos VV (espacio no ocupado por sólidos), volumen de sólidos VS, volumen de aire VA y volumen de agua VW. Luego VT = VV +VS MEDICIÓN DE LA DENSIDAD La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y Página 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Entre los instrumentos más comunes para la medida de densidades tenemos: El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas). La balanza hidrostática (Una balanza hidrostática, o bilancetta, es un tipo de balanza destinada al estudio del empuje ascensional ejercido por los fluidos sobre los cuerpos inmersos en ellos. Fue inventada por Galileo Galilei el 17 de diciembre de 1585. Su funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes y está especialmente concebida para la determinación experimental de densidades de sólidos y líquidos). La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida precisa de la densidad de líquidos. Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. RELACIÓN DE VACÍOS (E): La relación de vacíos o huecos es la medida del volumen de los vacíos con respecto al volumen de las partículas sólidas, invariablemente expresado como un número. Estos términos utilizados en la medición de las oquedades son importantes, ya que nos indican si el suelo es poroso o si en cambio está bien denso. Suponiendo un proyecto de construcción en relleno donde el terraplén provoca una serie de presiones superficiales que se transmiten al subsuelo y afectan los estratos, para este caso se debe conocer la relación de vacíos del relleno que se va a colocar. Grados de saturación El término grado de saturación tiene muchos significados. Distintas ciencias e industrias lo usan para expresar ciertos fenómenos. La saturación es cuánto se ha absorbido o puede absorberse. Es un término útil para describir cuánta agua ha sido absorbida, cuánta electricidad ha sido absorbida o cómo la luz se absorbe por el color. Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener:  Muestra perturbadas.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 Se obtienen en general de las paredes de los pozos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente. Muestras en bolsas: Las muestras en bolsas se toman con pala, barreta o cualquier otra herramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas muestras se usan para: · Análisis granulométrico. · Ensayos de plasticidad. · Ensayos de compactación – humedad óptima. · Ensayos de compactación CBR en laboratorio.  Muestra sin perturbar. Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina sólida aplicada con brocha. Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes. Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.  MATERIALES Y METODOS  Balanza de o.oo1gr. de aproximación  Parafina  Taras  Horno  Cocina  Cesta de alambre  Balanza hidrostática  Capsula de vidrio  Plaquitas enrasadoras  Espátula

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017  Procedimiento Se utilizo el métdo B: Por medio de la Balanza Hidrostática 1. Tomar una muestra inalterada representativa del suelo a muestrear. 2. Pesar la muestra y anote su peso (wm) 3. Cubrir la muestra con parafina hasta que quede completamente impermeable. 4. Pesar la muestra con parafina y anotar su peso(B). 5. Introducir la muestra en la cesta y tomar el peso sumergido de la muestra más parafina(c). 6. De la parte central del espécimen tomar una muestra para determinar el contenido de humedad. 7. Calcular las relaciones con las siguientes formulas.

4). 𝑊𝑠 = 5). 𝑒 =

𝑊𝑚 1+𝑊

𝐺𝑠 ∗ 𝑌𝑊 ∗ 𝑉𝑚 −1 𝑊𝑠

6). 𝑛 = 7). 𝑆𝑤 =

𝑒 1+𝑒

𝐺𝑠 ∗ 𝑤 ∗ 100 𝑒

Donde; Ws = Peso de las partículas sólidas. e = Relación de vacíos. Wm = Peso de la muestra. yw = Peso específico del agua a temperatura de ensaye. w = Contenido de humedad. Vm = Volumen de la muestra. %n = Porcentaje de porosidad. Sw = Grado de saturación. 8).

𝑉´ =

𝐵−𝐶 𝛾

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9).

𝑉´´ =

10).

𝐵 − 𝑤𝑚 𝛾𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎

𝑉𝑚 = 𝑉´ − 𝑉´´

Donde; V´ = Volumen de la muestra más parafina. V” = Volumen de la parafina. Vm = Volumen de la muestra. B = Peso de la muestra más parafina. C = Peso de la muestra más parafina sumergido. ϒParafina = Peso específico de la parafina. ϒw = Peso específico del agua.

Para el calculo de peso de particulas sólidas, relación de vación, porosidad y grado de saturación emplear se emplearán las ecuaciones N° 4,5,6 y 7 respectivamente.

 Recolección o tabla de registro Nombre Wm+parafina Wmsumergida+ sesta tara Wtara Wmuestra+tara Wsecos+tara

Peso(W)- M1(gr) 217 988

Pesos(W)-M2(gr) 198.3 976.7

B-180 54.5 201.8 120

#8 53.7 182.6 133.6

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 Wsesta

914.4

 CALCULOS Y RESULTADOS Para la muestra 1 𝑊𝑚 = 201.8 − 54.5 = 147.3𝑔𝑟 𝐵 = 217 𝐶 = 988 − 914.4 = 73.6𝑔𝑟 Sustituyendo en la ecuación 8,9 y 10 𝛾PARAFINA=0.92 g/cm3 (Dato investigado) GS=2.214( Dato tomado de la practica anterior)

8). 9). 10).

𝑉´ =

217𝑔𝑟 − 73.6𝑔𝑟 = 143.4𝑐𝑚3 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3

𝑉´´ =

217𝑔𝑟 − 147.3𝑔𝑟 = 75.76𝑐𝑚3 0.92𝑔𝑟/𝑐𝑚3

𝑉𝑚 = 143.4𝑐𝑚3 − 75.76𝑐𝑚3 = 67.64𝑐𝑚3

𝑊𝑚(𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙) = 147.3 𝑉𝑚(𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙) = 67.64

Se puede determinar la humedad de la muestra y con el resto de datos ya conocidos se logra obtener las relaciones volumétricas deseadas: Sustituyendo en las ecuaciones 4,5,6 y 7 Contenido de Humedad (w) 4). 𝑊 =

−65.5 ∗ 100 = % 65.5

RELACIONES VOLUMÉTRICAS: Relación de vacíos (e) Página 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 2.214 ∗ 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3 ∗ 67.64 − 1 = 1.286 65.5

5). 𝑒 = Porosidad (n)

6). 𝑛 =

1.286 ∗ 100 = 56.25 1 + 1.286

7). 𝑆𝑤 =

𝐺𝑠 ∗ 𝑤 ∗ 100 𝑒

Para la muestra 2 𝑊𝑚 = 182.6 − 53.7 = 128.9𝑔𝑟 𝐵 = 198.3𝑔𝑟 𝐶 = 976.7 − 914.4 = 62.3𝑔𝑟 Sustituyendo en la ecuación 8,9 y 10 𝛾PARAFINA=0.92 g/cm3 (Dato investigado) GS=2.214( Dato tomado de la practica anterior)

8). 9). 10).

𝑉´ = 𝑉´´ =

198.3𝑔𝑟 − 62.3𝑔𝑟 = 136𝑐𝑚3 3 1𝑔𝑟/𝑐𝑚

198.3𝑔𝑟 − 128.9𝑔𝑟 = 75.65𝑐𝑚3 0.92𝑔𝑟/𝑐𝑚3

𝑉𝑚 = 136𝑐𝑚3 − 75.65𝑐𝑚3 = 60.35𝑐𝑚3

Se puede determinar la humedad de la muestra y con el resto de datos ya conocidos se logra obtener las relaciones volumétricas deseadas: Sustituyendo en las ecuaciones 4,5,6 y 7 Contenido de Humedad (w) 𝑊= RELACIONES VOLUMÉTRICAS: Relación de vacíos (e)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2017 5). 𝑒 =

2.214 ∗ 1𝑔𝑟/𝑐𝑚3 ∗ 60.35𝑐𝑚3 − 1 = 0.685 79.3𝑐𝑚3

Porosidad (n) 6). 𝑛 =

0.685 ∗ 100 = 40.65 1 + 0.685

7). 𝑆𝑤 =

𝐺𝑠 ∗ 𝑤 ∗ 100 𝑒

 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Mediante el cálculo de las relaciones volumétricas Se pudo determinar la calidad de los suelos y darnos cuenta en que actividad se les puede sacar provecho. En la práctica se logró determinar que nuestra muestra es de calidad para la muestra m1=56.25 y m2=40.65para compactación, según el valor que obtuvimos de porosidad (%) ya que entre mayor porosidad presente se requiere una mayor cantidad de trabajo al compactar. De la muestra resulto una relación de vacíos de para m1=1.286 y m2=0.685 ,sin embargo desde el punto de vista ingenieril significaría que posiblemente se asentaría, esto se debe a que a menor relación de vacíos se tiene una mejor resistencia y densidad. Se obtuvo un grado de saturación de sabemos que entre mayor grado de saturación presente mayor cantidad de agua absorbe revirtiendo en cierto grado la compactación.

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 CONCLUSION:  Se logró conocer y aprender a determinar las relaciones volumétricas de la muestra de un suelo, con fórmulas y procedimientos sencillos que se presentan en la Guía de Laboratorio.

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 RECOMENDACIONES: 

Tener conocimiento previo de lo que se realizará en el laboratorio (leer la guía con anticipación).

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Realizar la práctica con el debido cuidado al igual con las instrucciones del docente o ayudante que imparta la práctica.



Hacer los cálculos de acuerdo a la guía de laboratorio.



Anotar correctamente los pesos del material para realizar cálculos satisfactorios.

Calentar la Parafina hasta que esta se vuelva completamente liquida para obtener así mayor facilidad y manipulación.

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 Bibliografia  

Guia de practica de Laboratorio de mecanica de suelos 1. Monografias.com

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Anexos

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