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laboratorio
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GEOTECNIA I
INFORME DE LABORATORIO
PRACTICA N°4:
DETERMINACION DE LAS RELACIONES VOLUMETRICAS DE LOS SUELOS
PRESENTADO A:
ING. GENEY BOHORQUEZ
PRESENTADO POR:
LAURA COBO MEZA
HEIDI PEREZ SIERRA
ROBINSON SALCEDO
GRUPO N°2
INGENIERIA CIVIL
V SEMESTRE
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
SINCELEJO, SUCRE
2015
INTRODUCCION
El suelo es un material constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado
por espacios libres (vacíos) , en general ocupados por agua y aire . Para poder
describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario
expresar las distintas composiciones de sólido, líquido y aire , en términos de
algunas propiedades físicas.
En el suelo se distinguen tres fases :
SOLIDA: formada por partículas minerales del suelo, incluyendo la capa sólida
adsorbida.
LÍQUIDA: generalmente agua (específicamente agua libre), aunque pueden existir
otros líquidos de menor significación.
GASEOSA: comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros
gases, por ejemplo: vapores de sulfuro, anhídridos carbónicos, etc.
GENERALIDADES
La determinación de las relaciones volumétricas de los suelos es importantísima,
para el manejo compresible de las propiedades mecánicas de los suelos y un
completo dominio de su significado y sentido físico; es imprescindible para poder
expresar en forma asequible los datos y conclusiones de la Mecánica de Suelos.
Su determinación es, en principio muy sencilla pero se experimenta considerable
dificultad cuando se refiere absoluta exactitud, es necesario un estudio cuidadoso
de todos los aspectos y observaciones.
Se entiende por Relaciones Volumétricas, las relaciones de volúmenes como:
a) Relación de Vacío “e”. Se llama Relación de Vacíos, Oquedad o Índice de poros a
la relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo
e=VvVs
La cual puede variar de cero hasta infinito, en la práctica no suele hallarse valores
menores de 0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en caso de
arcillas comprensibles.
b) b) Porosidad “n”. Es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su
masa.
c)
Se expresa como porcentaje o al tanto por uno
n= VvVm
x100
Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase sólida a 100
(espacio vacío). Los valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%
d) c) Grado de Saturación. Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de
sus vacíos. Se expresa en porcentaje o al tanto por uno
Sw=VwVvx 100
Varía de cero (Suelo Seco) a 100% (Suelo totalmente saturado).
En las fórmulas anteriores:
Vv : Volumen de vacío
Vw : Volumen de agua
Vs : Volumen de los sólidos
Vm : Volumen de la muestra
OBJETIVO GENERAL
Determinar las relaciones volumétricas de una muestra de suelo para poder
representar su diagrama de fases.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Introducir al estudiante al concepto de pesos unitarios seco, parcialmente
saturado y saturado, relación de vacío, estructura del suelo.
Determinar el valor numérico de las relaciones de volúmenes en base a los
datos de las pruebas de humedad y gravedad específica.
Identificar cuáles son las relaciones volumétricas y gravimétricas que son
constantes en las diferentes fases en las que se encuentre el suelo.
EQUIPO E INSTRUMENTOS
Recipiente de volumen conocido
Cantidad de grava arenosa secada al horno
Balanza de sensibilidad 0.1 gr
Probeta graduada de 500 ml
DESCRIPCION DE LA MUESTRA
Tipo de muestra:
1. La muestra de suelo es de tipo granular
grueso, que posee en su mayoría cantos rodados
producto del arrastre de una corriente fluvial.
2. La segunda muestra es un suelo fino tipo
arcilla. Inicialmente se obtuvo la muestra en
“terrones” de tamaño excedente para la práctica,
por lo que se recurrió a desintegrar la muestra
para obtener una más pequeña pero compacta.
Ambos tipos de muestras son alteradas puesto
que no conserva las mismas propiedades
mecánicas que tenía en el terreno de donde
procede.
Procedencia:
Esta muestra de suelo se tomó del arroyo ubicado en la parte posterior de la
Universidad de Sucre, sede Puerta Roja.
PROCEDIMIENTO
1. Cada grupo debe pesar cuidadosamente el recipiente vacío y
llenarlo con suelo, enrasar cuidadosamente la superficie y pesar.
Si el volumen de suelo cambia debido a vibraciones en el proceso de pesaje, se
introducen cambios en el estado (estructura del suelo) del material.
2. Añadir suelo adicional, volver a pesar y/o repetir tantas veces sea necesario
para eliminar las vibraciones que causen cambio en el volumen de
material. Registra el peso final del recipiente con suelo.
3. Llenar el cilindro graduado con agua del grifo a temperatura estabilizada
(dejar correr el agua del grifo suficientemente hasta que salga agua fría, aproximadamente a 20ºC). echar agua cuidadosamente en el recipiente
de suelo
4. Llenar el recipiente hasta la mitad y registrar el volumen de agua utilizado
en cada caso (fase parcialmente saturada).
5. Colocar el recipiente parcialmente lleno sobre la balanza y registrar el
peso de suelo más agua más recipiente
6. Comparar la diferencia en peso con los mililitros de agua añadidos. La
diferencia debe ser del orden de 2 a 5 g; si es más que esto se debe verificar
el cilindro graduado y/o las operaciones de peso realizadas.
7. Llenar el recipiente hasta el nivel superior sin permitir que el agua se
desborde y se pierda, registrar el volumen de agua utilizado (fase
saturada).
8. Colocar cuidadosamente el recipiente lleno sobre la balanza y
registrar el peso de suelo más agua más recipiente
9. Comparar la diferencia en peso con los mililitros de agua añadidos.
10. La diferencia debe ser del orden de 2 a 5 g; si es más que esto se debe
verificar el cilindro graduado y/o las operaciones de peso realizadas.
RESULTADOS
CONVENCIONES DE VARIABLES INTERVINIENTES:
ᵞsat : peso específico saturado
ᵞd: peso específico seco
γh :peso específico húmedo
Ws : peso de los sólidos
V : volumen total de la muestra(volumen de solidos+ volumen de vacíos)
γw : peso específico del agua ( cte= 1g/cm3)
Sr : saturación
e : relación de vacíos
n: porosidad
VV: volumen de vacíos(volumen del agua +volumen del aire)
Vs : volumen de sólidos
Vw : volumen del agua
Va : volumen del aire
Ww : peso del agua
w : contenido de humedad
Gs : gravedad de sólidos
ρ : densidad
CASO 1: FASES DE UNA MUESTRA DE SUELO DETERMINADA CON EL
BEAKER Y AGUA.
En primera instancia se tomaron los siguientes pesos:
PESO VALOR EN g
Peso del beaker 167.42
Peso del beaker más el material seco 948.1
W1(peso semisaturado 1 al agregar
agua + peso del beaker)
1050.2
Peso saturado de la muestra + peso
del beaker
1136.7
Tabla 1. Pesos obtenidos en el Laboratorio de Suelos.
En segunda instancia se calculó el volumen gastado en la probeta para saturar el
suelo:
Volumen gastado= 190 ml
310 ml
398 ml
-El volumen de vacíos es igual al volumen gastado
-El volumen total de la muestra:
-El volumen de sólidos es el total menos el de vacíos:
Ahora:
-El peso de los sólidos es el peso del material seco más el beaker menos el peso
del beaker:
Ws = 948.1gr -167.42gr = 780.68gr
-Con todos los datos conocidos se dibuja el diagrama de fases para terminar de
calcular las demás relaciones volumétricas:
V=400 ml
Vv = 190ml
Vs = V – Vv = 400 ml – 190ml = 210ml
-Cálculo de las demás relaciones volumétricas:
ᵞsat = Wsat/V = (Ws + Ww)/V = 2.73KN/m3
400
190
210
Vol (cm3)m(g)
AGUA
SOLIDO
AIRE
780.68
e = Vv/Vs = 0.904
n = Vv/Vt = 0.475
Gs = ᵞs/ᵞw = (Ws/ᵞ)/ᵞw = Ws/V.ᵞw = 1.95
ᵞs = ᵞw * Gs = 1.95 KN/m3
ᵞd = Ws/V = 1.95 KN/m3
ANÁLISIS DE RESULTADOS
CASO 1: FASES DE UNA MUESTRA DE SUELO DETERMINADA CON EL
BEAKER Y AGUA
Al llenar con agua todos los vacíos de la muestra seca, la saturación del suelo es
del 100% (Sr=100), es decir, el volumen del agua es igual al volumen de vacíos
(Va=Vv). El peso específico de este suelo es saturado (ɣsat) ya que su saturación es
del 100%, este peso es de 27.3N/m3.
La primera ves que se pesó el suelo sin agua, con el volumen de vacíos igual al
volumen de aire, el peso específico que estaba era el seco (ɣd) y era de 19.5
N/m3. Esta muestra solo presenta dos pesos específicos concretos que era el
seco, en su estado inicial y el saturado en su estado fina, por lo que queda decir
que el peso específico húmedo va a variar entre estos dos para cualquier cantidad
de agua presente en los vacíos (ɣd ˂ ɣh ˂ ɣsat).
Sr=100%
ɣsat=27.3 N/m3
CONCLUSION
Las relaciones volumétricas y gravimétricas tales como la relación de vacíos,
porosidad, contenido de humedad y los pesos específico (seco, húmedo y
saturado) son de gran importancia para la ingeniería geotécnica ya que con esta
resulta más fácil resolver problemas que a diario son del campo ingenieril como
por ejemplo las compactaciones que están presentes en la mayoría de las obras
de tipo civil y que se necesita saber todas las variables posibles para el posterior
desarrollo de la obra.
Por último, no sobra decir que la introducción del estudiante dentro del proceso
académico y de aprendizaje se hace muy importante que este sepa de mano la
determinación no solo cuantitativas de las relaciones volumétricas sino las
cualitativas para saber como manipular algunas de estas en pro del desarrollo
ingenieril.
GUÍA SUGERIDA
1. ¿Cuáles son valores típicos de la gravedad específica de los sólidos?
Pues dependen del tipo y de las características de cada suelo, a continuación se
muestran los valores típicos de la gravedad específica.
Algunas clases de arcillas como las tipo halloysita, su gravedad específica puede
variar desde 2.0 a 2.55. A continuación se muestran otros valores:
2.¿Cuáles son valores típicos de pesos unitarios totales, secos y saturados?
Los pesos específicos totales de un suelo pueden estar cercanos a los 14 o 15
kN/m3. Estos son algunos valores típicos:
Los valores de los pesos específicos saturados de cada tipo de suelo dependerán
que tanta agua y volumen tengan. Estos valores pueden estar en el orden de los
19-21 kN/m3. En el caso de los secos se pueden encontrar desde 11 y 12 kN/m3.
3. Defina grado de saturación. ¿Es posible para un suelo tener un grado de
saturación de 120%? Explique
El grado de saturación es la cantidad o porcentaje de agua que hay presente en el
volumen de vacíos. Nunca será posible tener una saturación de 120% ya que
nunca el volumen del agua será mayor al volumen de los vacíos, solo puede llegar
a ser igual y es cuando es de 100%. La variable volumen del agua esta
fuertemente arraigada en los vacíos, ya que la suma del agua más la del aire
resulta el volumen de vacíos.
4. ¿ Mencione que relaciones son independientes del estado de humedad de
un suelo (fases)?.
Las relaciones que son totalmente independientes del estado de humedad de un
suelo son la relación de vacíos, la porosidad y la gravedad específica de los
sólidos.
5. Comente las limitaciones del cálculo de la gravedad específica de los
sólidos por este método.
El cálculo de la gravedad específica por este método son muy indirecto, ya que se
halla del encuentro o la determinación de muchas variables como el volumen y
masa de los sólidos, además el agua a temperatura cambiante en el Laboratorio y
ello afecta su densidad.
BIBLIOGRAFIA
Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics
Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos
Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica