Gravedad Especifica y Relaciones Volumétricas

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Laboratorio de Mecánica de Suelos I

“Gravedad Especifica y Relaciones Volumétricas”

Ing. Michael Pineda

Nombre:

Efrain Junior Umaña Reyes

Número de Cuenta:

21411203

Fecha:

Lunes 15 de mayo del 2017

San Pedro Sula, Cortés, Honduras

INTRODUCCIÓN

En este informe de laboratorio se realizó el ensayo de gravedad específica y peso volumétrico del suelo. La gravedad especifica es la relación entre el peso de una masa representativa de suelo a una temperatura determinada y el peso de igual masa de agua destilada a la misma temperatura. Este dato es un parámetro importante para clasificar los suelos y de esta manera saber a qué tipo pertenece y realizar estudios posteriores a dichos suelos. También están las relaciones volumétricas de los suelos, las cuales se obtienen partiendo de la gravedad específica y el contenido de humedad. Estas sirven para conocer las propiedades físicas generales de los suelos como lo son la relación de vacíos, porosidad y grado de absorción.

ÍNDICE

OBJETIVOS        1

MARCO TEÓRICO        2

EQUIPO Y MATERIALES        4

Equipo        4

Materiales        5

PROCEDIMIENTO        6

Procedimiento para determinar la Gravedad Específica        6

Procedimiento para determinar Relaciones Volumétricas        7

MEMORIA DE CÁLCULO        8

Gravedad Específica        8

Relaciones volumétricas        9

Relación de vacíos        10

Porosidad        11

Grado de Saturación        12

CONCLUSIONES        13

BIBLIOGRAFÍA        14

ANEXOS        15

OBJETIVOS

1. Calcular el valor de Gravedad Específica y clasificar el suelo de acuerdo a este.
2. Determinar las diferentes relaciones volumétricas de una muestra de suelo alterada.
3. Realizar un análisis de los valores obtenidos en el ensayo y conocer el tipo de suelo que se está estudiando.

MARCO TEÓRICO

En general, el suelo es un material trifásico constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacios llenos de agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar la mezcla de sólidos, agua y aire en términos de algunas propiedades físicas estándar. (Berry y Reid, 1987, p.20).

La gravedad específica de un suelo (Gs) se define como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4°C. La Gs se calcula mediante la siguiente expresión:

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La forma de calcular Gs, difiere según el tipo de suelo analizado y el tamaño de sus partículas. Los procedimientos para suelos que pasen bajo la malla No. 4 se diferencian sólo si se trata de suelos cohesivos o no. El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, es utilizada en el análisis hidrométrico y sirve para graficar la recta de saturación máxima en el ensayo de compactación proctor. La densidad de los sólidos se obtiene en la práctica como la relación entre 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 sus poros, el cual debe ser eliminado para tener un resultado correcto. El valor de la gravedad específica interviene en la mayor parte de los cálculos en la Mecánica de Suelos y también sirve para clasificarlos.

Si la muestra está saturada, representa que los espacios vacíos se han llenado completamente con agua. Estos suelos suelen encontrarse bajo el nivel freático y

constan solo de dos fases, la sólida y la líquida. La turba puede tener saturaciones de arriba del 100%.

Relaciones de vacíos o huecos es la medida del volumen de los vacíos con respecto al volumen de las partículas sólidas invariablemente expresado con números. 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.

La porosidad, representada por n, es la relación entre el volumen de vacíos de la muestra y el volumen total de la muestra, correspondiente a sus tres fases.  

La porosidad se define como el espacio de suelo que no está ocupado por sólidos y se expresa en porcentajes. Se define también como la porción de suelo que está ocupada por aire y/o por agua. En suelos secos los poros estarán ocupados por aire y en suelos inundados, por agua. Los factores que la determinan son principalmente la textura, estructura y la cantidad de materia orgánica (Donoso, 1992).

Los rangos de valores de relación de vacíos y porosidad que se encuentran comúnmente en los suelos granulares dependen de la organización de las partículas en el esqueleto del suelo. Las condiciones extremas pueden ilustrarse considerando un suelo ideal con partículas esféricas de tamaño uniforme. (…) [Los suelos cohesivos] generalmente poseen una proporción de vacíos mucho más alta que la que es posible en suelos granulares. Esto se debe a la actividad electroquímica asociada con las partículas de mineral de arcilla (Berry y Reid, 1987, pp. 22,23,24).

El grado de saturación es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos de la muestra. Comúnmente se expresa en porcentaje. Este parámetro puede alcanzar valores arriba del 100%.

EQUIPO Y MATERIALES

Equipo

1. Frasco volumétrico (matraz): recipiente de vidrio de forma esférica y de cuello recto y largo que tiene una capacidad de volumen definida. Es utilizada para medir un volumen preciso y poder hacer comparaciones. Tiene como limitante que se pueden cometer errores a la hora de llegar a la marca de aforo con el líquido y el suelo.
2. Estufa: equipo utilizado para calentar la muestra en el matraz, para liberar el aire atrapado en ella.
3. Rejilla de asbesto: rejilla utilizada para distribuir el calor de la estufa uniformemente y lograr que se propague mejor el calor.
4. Balanza digital: instrumento que permite tomar la masa de la muestra para su posterior comparación. Tiene una capacidad máxima limitada, pero tiene una buena precisión, de 0.01 gramos.
5. Charola: para colocar el material y pulverizarlo. No hubo limitantes
6. Martillo de goma: para pulverizar la muestra de suelo y solo extraer el material más fino. No hubo limitantes.
7. Tamiz No. 10: para pasar la muestra y asegurarnos de que solo se haga el ensayo con el tipo de suelos adecuado para que ésta sea válida. No hubo limitantes.
8. Termómetro: instrumento utilizado para medir las temperaturas del agua destilada y del agua con la muestra para así al realizar los cálculos, se hagan las correcciones por temperatura correspondientes. Tiene una baja precisión.
9. Embudo: instrumento empleado para canalizar líquidos y materiales gaseosos en recipientes de bocas angostas.
10.  Cápsula de porcelana: utilizada para pasar la muestra de la tara a ella, pesar una muestra pequeña de 60 gramos de suelo y pasarla al matraz con mayor facilidad que si se hubiese hecho con la tara.

1. Piseta: instrumento utilizado para lavar las paredes interiores del matraz para que no quede muestra de suelo por arriba de la línea de aforo. También utilizada para introducir cantidades de agua medidas y no sobrepasarse de la línea de aforo del matraz.
2. Horno: equipo utilizado para secar muestras de suelo, a 110 +-5 °C, durante 24 horas. No hubo limitantes.
3.  Pie de rey: instrumento usado para tomar medidas de los lados de la muestra de suelo moldeada. Se necesita repasar y dominar el uso correcto de este instrumento para obtener las medidas con la precisión que éste permite.

Materiales

1. Agua destilada: agua pura desmineralizada para no afectar los cálculos con posible contenido mineral que tiene el agua común.

PROCEDIMIENTO

Procedimiento para determinar la Gravedad Específica

1. Se toma una muestra representativa y se pulveriza con un martillo de goma para que deshacer grumos y que quede lo más uniforme posible.
2. Se pasa la muestra pulverizada a través del tamiz No. 10 hacia una tara, para eliminar las partículas más grandes e innecesarias y hacer válido el ensayo para suelos arenosos (v. Figura 6).
3. Se coloca la muestra en un crisol o cápsula de porcelana y se le pone una cantidad de muestra adecuada según el volumen del matraz a usar en el ensayo (v. Figura 2). Para este ensayo se tiene un matraz de 250 cc, por lo que se usa una muestra de 60 gramos.
4. Se toma el peso del matraz vacío. Luego se llena con agua destilada hasta la marca de aforo y se vuelve a tomar su peso y su temperatura inicial (v. Figura 5).
5. Se vacía el agua destilada hasta dejarla a un nivel de la mitad del globo, esto por seguridad al momento de calentarlo. Con ayuda de un embudo, se introducen los 60 gramos de suelo en el matraz.
6. Colocar la rejilla de asbesto sobre el quemador de la estufa, colocar el matraz con agua y muestra y calentarla por 15 minutos a partir de los primeros burbujeos, esto para liberar el aire y vacíos atrapados. Dejar que repose por otros 15 minutos más.
7. Con la ayuda de una piseta, lavar el interior del matraz para que toda la muestra de suelo esté junta en el fondo. Con ayuda de un papel, limpiar el tubo largo del matraz hasta la marca de aforo. Tomar una vez más la temperatura del agua con la muestra. Tomar y registrar su peso.
8. Verter el contenido en una tara y colocarla en el horno para que seque, a una temperatura de 110 +-5 °C por 24 horas.

Procedimiento para determinar Relaciones Volumétricas

1. Se toma una muestra húmeda del suelo y con ayuda de un molde se le da una forma con dimensiones conocidas, en este caso, un prisma rectangular.
2. Se toma el peso de la muestra.
3. Se miden sus dimensiones con un pie de rey. Se toman las dimensiones de cada lado y se calcula una medida promedio. Con estas medidas se saca el volumen de la muestra.
4. Se toma una pequeña porción de la muestra y se pesa. Antes de ello se debe haber tomado el peso de la tara.
5. Se coloca la porción al horno durante 110+-5°C durante 24 horas.
6. Se saca el recipiente del horno, se deja enfriar y se toma el peso de la muestra seca. Con la información de esta porción, se determina el contenido de humedad.
7. Se aplican las fórmulas para determinar la relación de vacíos, la porosidad y el grado de saturación de ésta.

MEMORIA DE CÁLCULO

Gravedad Específica

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Por tanto  [pic 6]

En donde   [pic 7]

Datos:

• Peso del matraz vacío ()= 89.87 g[pic 8]
• Peso del matraz con agua destilada ( )= 338.46 g[pic 9]
• Temperatura inicial(Ti)= 22 °C
• Peso de la muestra inicial (Wss)= 60 g (cantidad de muestra para un matraz de 250 ml)
• Peso del matraz con agua y suelo ()= 374.05 g[pic 10]
• Temperatura final= 32°C
• Peso de la tara vacía= 165.6 g
• Peso del suelo seco ( : 225.43 g – el peso de la tara vacía (165.6 g) = 59.83g  (Peso obtenido luego de 24 horas de secado de la muestra en el horno).[pic 11]

Se obtienen los siguientes pesos específicos corregidos para el agua destilada (v. Figura 3):

   Peso específico del agua destilada a Ti= 22°C[pic 12]

  Peso específico del agua destilada a Tf= 32°C[pic 13]

 Peso específico del agua destilada a T= 20°C[pic 14]

Con esta información se hace la corrección del peso del matraz con agua destilada utilizando la siguiente fórmula:

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