Laboratorio N° 1 Suelos.docx

RELACIONES DE FASES Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS

SHARA JULIANA CERON VELANDIA KAREN TATIANA SAENZ SOTO LIZETH NATALIA HERNÁNDEZ GÓMEZ CAMILO CANARÍA ANDRES RIVERA ADRIAN JIMENEZ

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE SUELOS TUNJA 2019

LABORATORIO N°1 RELACIONES DE FASES Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS

SHARA JULIANA CERON VELANDIA CÓD: 2203391 KAREN TATIANA SAENZ SOTO CÓD: 2212876 LIZETH NATALIA HERNÁNDEZ GÓMEZ CÓD: 2215337 CAMILO ANDRES CANARÍA RIVERA CÓD:2177109 JHEFERSON ADRIÁN JIMÉNEZ CUERVO CÓD: 2151890

REALIZADO: 14 DE FEBRERO DE 2019 ENTREGA: 21 DE FEBRERO DE 2019

ING. JOSE RODRIGO MENDEZ ZULUAGA

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE SUELOS TUNJA 2019

1. INTRODUCCIÓN Para realizar una construcción, es fundamental el análisis de suelos para identificar la capacidad y las características del lugar sobre el que se planea la edificación, es por esto que es de vital importancia los cálculos respectivos para identificar estos factores en un suelo. En el suelo se distinguen tres fases que pueden ser representadas mediante el diagrama de fases y determinar fácilmente las características del suelo, es por eso que en los laboratorios de mecánica de suelos se determinan variables como el peso de muestra húmeda, el peso de la muestra seca, el volumen de la muestra y la gravedad específica del mismo, estos datos obtenidos en los ensayos de laboratorio no solo ayudan a clasificar el tipo de suelo, sino también a estimar el comportamiento que tendrá antes ciertas acciones. La finalidad de este informe es determinar mediante el diagrama de fases cada una de las propiedades que tiene una muestra de suelo proporcionada por el Docente.

2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General: Determinar mediante el diagrama de fases las propiedades físicas de una muestra de suelo 2.2 Objetivo Específicos: 1.2.1. Identificar las características visuales presentes en la muestra 1.2.2. Determinar las relaciones Volumétricas y gravimétricas de la muestra de suelo dada en el laboratorio 1.2.3. Determinar el diagrama de fases de la muestra dada a partir de las relaciones volumétricas y gravimétricas

3. MARCO DE REFERENCIA 

Diagrama de fases: Estos diagramas están seccionados en tres fases correspondientes al suelo, estas son: Solidos, Aire y Agua, a su vez este modelo se separa en Volúmenes y Pesos como lo muestra la Figura 1

Figura 1. Diagrama de fases



Porosidad: la porosidad del suelo está representada por el porcentaje de huecos existentes en él; esta depende de la textura, estructura y actividad química, entre más grandes o gruesos los elementos es mucho mayor la porosidad y entre menor sean estos no habrá tanta porosidad visible. La fórmula de la porosidad es: 𝑉𝑣 𝑛= ∗ 100% Vt



Relación de vacíos: es el grado o proporción de espacios que contienen fluido en el suelo; su fórmula es la siguiente: 𝑒=



Densidad relativa: es la compactación de un cuelo médiate cálculos de la diferencia de relación de vacíos de un suelo no cohesivo y la relación de vacíos de un suelo compactado. Su fórmula es la siguiente: 𝑆=



𝑉𝑣 Vs

𝑉𝑤 ∗ 100% Vv

Grado de saturación: es la proporción de los espacios que contiene un suelo o roca, esos espacios están habitados por algún tipo de fluido con el tiempo; su fórmula es la siguiente:

𝑆=

𝑉𝑎 ∗ 100% Vv



Humedad: cantidad de agua que habita en un terreno o suelo; este respecto a la masa de los sólidos o volumen del suelo analizado; con ello, su expresión es porcentual y su fórmula es la siguiente: 𝑊𝑤 W= ∗ 100% Ws



Peso unitario del suelo: la densidad por la gravedad es el producto del peso unitario del suelo, este valor puede cambiar desde el estado seco hasta el saturado; su fórmula es la siguiente: 𝛾𝑑 =



𝑊𝑠 𝑉𝑟

𝛾𝑠𝑎𝑡 =

𝑊𝑠𝑎𝑡 𝑉𝑇

𝛾𝑊 =

𝑊𝑤 𝑉𝑊

𝛾𝑇 =

𝑊𝑇 𝑉𝑇

Peso unitario sumergido: considera el suelo saturado y sumergido; según Arquímedes el suelo experimenta un empuje hacia arriba, igual al peso del agua desalojada. Su fórmula es la siguiente: 𝑊𝑠𝑎𝑡 − 𝑊𝑤 𝑊𝑠𝑎𝑡 − 𝑉𝑇 ∗ 𝛾𝑤 𝛾´ = = = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤 𝑉𝑇 𝑉𝑇 Entonces: 𝛾´ = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤



Gravedad específica: es la relación del peso unitario de un cuerpo a la densidad del agua. Los valores de la gravedad especifica dependen de la fase solida del suelo: Grava: 2.65 a 2,68; Arenas: 2.65 a 2.68; Limos 2.66 a 2.70 y arcillas .68 a 2.80. Las formulas son las siguientes: 𝐺𝑟 =

 

𝛾𝑟 ; 𝛾𝑤

𝐺𝑠 =

𝛾𝑑 ; 𝛾𝑤

𝐺𝑤 =

𝛾𝑤 𝛾𝑜

Fase liquida del suelo: Más conocida como agua del suelo; proceden de las lluvias, cuando están en contacto con la fase solida se incorporan sustancias en solución y suspensión. Fase solida del suelo: Está constituida por los productos de la roca madre la cual contiene minerales como óxidos de silicio, aluminio y fierro, materia orgánica, organismos muertos, en diferente etapa de descomposición.



Fase gaseosa del suelo: La constituye un gas similar al aire; este gas permite la respiración a los organismos del suelo y de las raíces de las plantas superficiales.

4. DESCRIPCIÓN DE MUESTRA Respecto a la porosidad se puede denotar que la muestra es 48.62% porosa, por otro lado con respecto a su color y olor se puede denotar que tiene alto contenido orgánico, sabiendo el grado de saturación de esta muestra es muy húmeda por lo tanto de pude llegar a la conclusión que esta es una muestra con un grado de saturación de entre el 50% y 80% además se asimila como una muestra de un suelo arcilloso.

        

5. EQUIPOS Y MATERIALES Balanzas de precisión Capsula Estufa Calibrador Horno Parafina Balde con agua Lastre Muestra de suelo

6. PROCEDIMIENTO Como primera etapa del laboratorio se alineo de manera que quedara recto en la parte superior e inferior de la muestra como se observa en la Figura 2.

Figura 2. Alineamiento de la parte inferior y superior de la muestra Posteriormente se tomaron las respectivas dimensiones a la muestra dada por el Docente, para evitar errores fueron tomados tres veces en la parte inferior, media y superior de muestra; y así mismo su altura; posteriormente se caracterizó de manera visual la muestra, luego se tomó el peso de la muestra húmeda sin cera, a continuación se envolvió en una capa delgada de parafina para así darle impermeabilidad a la muestra y de esa manera que no quedara porosa como se observa en la Figura 3.

Figura 3. Muestra recubierta con una capa fina de parafina. Luego de este procedimiento se tomó el peso de la muestra con parafina como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Peso de la muestra con parafina Se tomó también el peso del Lastre sumergido, el siguiente paso fue pesar la muestra con parafina sumergida como se muestra en la figura 5.

Figura 5. Peso de la muestra más lastre más parafina. Una vez sacada la muestra del agua se quitó la capa de parafina, también se tomó el peso de la capsula, la muestra fue dividida en dos partes y una de esas partes se pesó en la balanza, esta parte de la muestra es la muestra húmeda más la cápsula, la otra parte de la muestra se llevó al horno, a las 24 horas se retiró del horno y se registró en los datos como la muestra seca más capsula. 7. DATOS OBTENIDOS Datos propuestos: Peso específico del agua: 1gr/cm3 Peso específico de la parafina: 0.92 gr/cm3 Gravedad especifica:2.7

Datos obtenidos en el laboratorio Promedio altura de la muestra Promedio diámetro de la muestra Peso de la muestra húmeda Peso de la muestra con parafina Peso de la capsula Peso del lastre aire Peso del lastre sumergida Peso del lastre + peso de la muestra + peso parafina sumergido Peso de la muestra sin parafina, después de ser sumergida Peso de la muestra seca

8,18 cm 5,26 cm 334,7 gr 342,8 gr 39,7 gr 939,2 gr 863,9 gr 1020,6 gr 346,1 gr 285.6gr

8. CALCULOS Diagrama de fases para la muestra de suelo

Volumen de la muestra Método 1 :

𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 =

𝜙=

𝜋 2 𝑑 ⋅ℎ 4

𝜙𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 + 2 ∗ 𝜙𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 + 𝜙𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 4

𝜙=

5,28𝑐𝑚 + 2(5,270𝑐𝑚) + 5,230𝑐𝑚 4

𝜙 = 5.262𝑐𝑚

𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 =

𝜋 (5.262)2 ⋅ 8.2 4

𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 = 178.32𝑐𝑚3

Método 2 𝑉(𝑚 + 𝑝) =

𝑤(𝑚 + 𝑝) − (𝑤(𝑚 + 𝑝 + 𝑙) − 𝑤𝑙) 1𝑔/𝑐𝑚3

𝑉(𝑚 + 𝑝) =

(342.2𝑔) − (1020.69𝑔 − 863′9𝑔) 1𝑔/𝑐𝑚3

𝑉(𝑚 + 𝑝) = 185.41𝑐𝑚3

 Determinar humedad natural:

𝑊𝑛 = 𝑊𝑛 =

𝑊𝑤 𝑊𝑠

x100%

𝑊(𝑐+𝑚ℎ)−𝑊(𝑐+𝑚𝑠) 𝑊(𝑐+𝑚𝑠)−𝑊𝑐

𝑊𝑛 =

346.1𝑔−285.6𝑔 285.6𝑔−39.7𝑔

x100%

𝑊𝑛 = 24.6%  Peso de la muestra:

x100%

𝑊𝑚 = 𝑊𝑠(1 + 𝑊𝑛) 𝑊𝑚 = 295.9(1 + 0.246) = 306.39𝑔  Peso del agua :

𝑊𝑤 = (𝑊𝑛 ∗ 𝑊𝑠) Ww=( 0.646g*245.9g) Ww=60.49g  Peso de parafina :

𝑊𝑝 = 𝑊 (𝑚 + 𝑝) − 𝑊𝑛 𝑊𝑝 = 342.2𝑔 − 334.7𝑔 𝑊𝑝 = 7.5𝑔

 Volumen de la parafina :

𝑉𝑝 = 𝑉𝑝 =

 Volumen de los sólidos:

𝑊𝑝 𝛾𝑝

7.5𝑔 0.981 𝑔⁄𝑐𝑚3

𝑉𝑠 = 𝑉𝑠 =

𝑊𝑠 𝐺𝑠 ∗ 𝛾𝑤

245.9𝑔 2.7.19 𝑔⁄𝑐𝑚3

𝑉𝑠 = 91.07𝑐𝑚3  Volumen del agua :

𝑉𝑠 =

𝑊𝑤 𝛾𝑤

𝑊𝑤 = 𝑊𝑚 − 𝑊𝑠 𝑊𝑤 = 306.4𝑔 − 245.9𝑔 𝑊𝑤 = 60.5g

 Volumen del agua:

𝑉𝑤 =

60.5𝑔 = 60.5𝑐𝑚3 1 𝑔⁄𝑐𝑚3

 Volumen del aire : 𝑉𝑎 = 𝑉(𝑚 + 𝑝) − 𝑉𝑠 − 𝑉𝑤 − 𝑉𝑎

𝑉𝑎 = (185.91𝑐𝑚3 ) − 91.07𝑐𝑚3 − 60.05𝑐𝑚3 − 8.15𝑐𝑚3

𝑉𝑎 = 25.69𝑐𝑚3

Propiedad de los suelos:

 Relación de vacíos:

𝑒=

𝑉𝑣 𝑉𝑠

=

86.19𝑐𝑚3 91.07𝑐𝑚3

=0.94

 Porosidad :

86.19𝑐𝑚3

𝑉𝑣

𝑛 = 𝑉𝑚 ∗ 100 = 177.26𝑐𝑚3=48.62  Saturación: :

𝑆=

𝑉𝑤 𝑉𝑣

6.5𝑐𝑚3

∗ 100 = 86.19𝑐𝑚3 =70.19

 Humedad:

𝑊𝑛 =

𝑊𝑤 𝑊𝑠

60.49𝑔

∗ 100 = 245.9𝑔*100=24.59

 Peso especifico

𝛾=

𝑊𝑚 𝑉𝑚

306.39𝑔

= 177.26𝑐𝑚3=1.72𝑔⁄𝑐𝑚3

 Peso unitario seco: 𝑊𝑠

245.9𝑔

𝛾𝑑 = 𝑉𝑚 = 177.26𝑐𝑚3=1.38𝑔⁄𝑐𝑚3  Peso unitario de los solidos :

𝛾𝑠 =

𝑊𝑠 𝑉𝑠

=

245.9𝑔 91.07𝑐𝑚3

=2.70𝑔⁄𝑐𝑚3

 Peso saturado:

𝛾𝑠𝑎𝑡 =

𝑊𝑠+(𝑉𝑣∗𝛾𝑤) 𝑉𝑚

=

245.9𝑔+(86.19𝑐𝑚3 ∗1𝑔⁄𝑐𝑚3 ) 177.26𝑐𝑚3

=1.87𝑔⁄𝑐𝑚3

9. ANÁLISIS DE RESULTADOS Analizando los resultados obtenidos de las relaciones gravimétricas y volumétricas encontramos que cuenta con un bajo grado de compacidad, es decir, la muestra respecto a la relación de vacíos presenta un valor alto, el grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo es bajo o estado del suelo más suelto, sus capacidades de deformación bajo cargas serán considerables. El suelo presenta un 48.62% de probabilidad de encontrar vacíos sobre el volumen total del suelo y según el grado de saturación obtenido, de 70%, dicha relación de vacíos y porosidad contienen alto contenido de fluidos, por lo cual se clasifica la muestra como muy húmeda. Al comparar los resultados con algunas especificaciones, se determina que dichos resultados se encuentran dentro de rangos aceptables y lógicos lo que nos lleva a

deducir que se cumple con los parámetros, descartando errores en los resultados obtenidos, sin embargo, es posible pasar por alto algunos errores que sean difíciles de percibir ya sea por una mala toma de datos y equipos mal calibrados, que aunque no conllevan a un error significativo podrían generar imprecisión o valores errados, pero que no superan los rangos de aceptación y de las especificaciones dadas.

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Con el uso de los conceptos propuestos en clase se pudo determinar a través de procesos matemáticos y físicos, las faces que presento el suelo estudiado y así llevar a cabo una caracterización del mismo.



se logra determinar dentro de los parámetros aceptables y coherentes la relaciones gravimétricas y volumétricas de la muestra de suelo propuesta con las cuales se concluye que se logra determina y se deducen algunos comportamientos mecánicos y físicos que podría presentar el terreno, si es sometido algún tipo de esfuerzo externo.



11. BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA

 Bdigital.unal.edu.co. (2019). [online] Available at: http://bdigital.unal.edu.co/53252/11/relacionesgravimetricasyvolumetricasdel suelo.pdf [Accessed 21 Feb. 2019].  cecilia, c., cecilia, c. and perfil, V. (2019). FASE SOLIDA DEL SUELO. [online] Equipo2-1.blogspot.com. Available at: http://equipo21.blogspot.com/2009/02/fase-solida-del-suelo.html [Accessed 22 Feb. 2019].

 Anon, (2019). [online] Available https://www.eweb.unex.es/eweb/edafo/ECAP/ECAL4FaseLiq.htm [Accessed 22 Feb. 2019].

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