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