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Informe de laboratorio: Humedad, gravedad y densidad del suelo. Proceso, teorías y resultados. ...

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Humedad, gravedad específica y densidad

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1. Introducción. Conocer, valorar y saber interpretar las diferentes propiedades del suelo, otorga al investigador la posibilidad de adquirir la experiencia necesaria para determinar las cualidades óptimas o benéficas que el suelo proporciona desde su composición más simple. Por ello, con la intención de conocer la cantidad de agua que poseé un volumen determinado de suelo, además del análisis minucioso de la forma en la que está relacionado el peso unitario de las partículas de suelo por medio de la gravedad específica y la determinación de la densidad de dicho material se llevó a cabo en el laboratorio de Materiales y Geotecnia de la Universidad del Norte los ensayos anteriormente mencionados con fines prácticos de aprendizaje. Primeramente se realizó el ensayo de contenido de humedad, el cual se llevó a cabo para calcular e interpretar la relación entre el peso de agua contenida en el suelo y el peso de su fase sólida, en la práctica se ha registrado una variación amplia en la humedad de los suelos, aunque dicha relación varía teóricamente de 0 a ∞. Todo esto con una muestra significativa de arena y con la ayuda de la norma INVE-122. Seguidamente, se procedió con el segundo experimento que corresponde al de gravedad específica, el cual se define como la relación del peso específico de las partículas de la muestra del suelo y el peso específico del agua a 4° Celsius. Se ha establecido mediante la práctica de manera estándar que los suelos poseen una gravedad específica de 2.6 a 2.9. De esta manera se utilizó una muestra de material pasante por el tamiz de 4.75 mm (N°4), y el procedimiento establecido en la norma INVE-128. Por último, se ejecutó el laboratorio de densidad, en donde se midió la relación de la masa y el volumen que ocupa una muestra, en este caso se utilizaron dos métodos para calcular la densidad de un tipo de suelo, una con cambio de volumen en el agua y el otro con una cantidad razonable de arcilla con forma y figura conocida.

2. Equipos experimentales. Todos los equipos que fueron necesarios para realizar los experimentos de humedad, gravedad específica y densidad son listados a continuación:

● Horno que pudiera mantener una temperatura constante de 110° Celsius para secar las muestras. ● Balanzas de precisión 0.01 g debido a que el peso de la muestras es relativamente pequeño. ● Recipientes para la muestra que no cambiaran de masa al ser sometidos a cambios bruscos de temperatura. ● Picnómetro con una capacidad mínima de 250 ml. ● Embudo liso y anticorrosivo que permitiera el deslizamiento de la muestra hacia el picnómetro. ● Tamiz N°4 para clasificar el material que se introdujo al picnómetro. ● Botella plástica con atomizador para limpiar las partículas de suelo adheridas al embudo y al cuello del picnómetro. ● Estufa para calentar la parafina, volviéndola un fluido de protección al agua para nuestra muestra. ● Probeta para calcular el volumen desplazado por la muestra de arcilla sin forma definida.

3. Procedimiento.

● Humedad: se colocó la muestra de arena húmeda en un recipiente tomado del laboratorio, se procedió a pesar dicha muestra en una balanza de precisión 0.01 g, luego se introdujo al horno y se dejó allí por 24 horas a una temperatura de 110° C, esto con el objetivo de secar el material y obtener una masa constante, después se retiró la muestra seca y se tomó su peso (ver figura 1). ● Gravedad específica: La muestra de suelo se secó en el horno para obtener una masa constante y se registró el peso de dicha muestra. Luego se llenó el picnómetro de agua hasta la marca que indica un volumen conocido y se pesó (ver figura 2); después se retiró cierta cantidad de agua, se añadió la muestra con un embudo(ver figura 3), se volvió a llenar hasta la marca y se volvió a pesar. Después se vertió esta mezcla en un recipiente y se introdujo en el horno, a las 24 horas se extrajo la muestra del horno y tomó el valor de su peso. ● Densidad: se tomó la muestra de arcilla y se cortó de manera que se tuviera un cilindro perfecto (ver figura 4), luego se pesó en la balanza y se midió su diámetro y su altura con una regla. Para el segundo método tomamos el mismo material pero esta muestra no tenía una forma definida, por lo cual se pesó y se revirtió de parafina (ver figura 5). Luego de tener la muestra de arcilla cubierta de parafina, tomamos una probeta y la llenamos hasta un volumen específico exacto, se introdujo la muestra y se anotó el nuevo volumen de la probeta.

4. Datos, cálculos y resultados. ❖ Contenido de humedad (W)

W = ww s

w

x 100%

wm = 300 g ws = 294.1g ww = wm − ws = 5.9 ❖ Gravedad especifica ( Gs)

GS =

k *ws [wpw,t−(wpws,t−ws )]

ws = 98.5 g wpw,t = 701.89 g wpws, = 764.62 g t

k(20.4°c) = 0.99812 Gs = 2.75

❖ Densidad ( ρ)

ρ=

w v

● Muestra cilindro perfecto

w= 130.99 g D= 5,6 cm h= 2.5 cm 3

2

v= π*(D4 ) * h = 61.57 cm ρ = 2.127 g/cm3

● Muestra sin forma definida

w= 83.4 g wm,p = 84.8 g vm,p = 47 ml vm = 47 cm3 - 1.75 cm3 = 45.25 cm3 vp =

ρ=

wp

=

ρp

84.8 g−83.4 g

83.4 45.25 cm3

1.8

= 1.75 cm3

gr cm 3

= 1.84

gr cm3

5. Discusión e interpretación: ● El contenido de humedad de suelo, indica qué cantidad de agua está presente en éste mismo. Dependiendo de este valor, se puede decidir si el suelo es apto para la obra civil que en él se quiere realizar. En el anterior experimento, se pudo concluir que con este método podemos tener clara idea del porcentaje de agua que tiene el suelo y de esta manera caracterizarlo. Sin embargo, se debe tener en cuenta que para este procedimiento se traslada la muestra de recipientes en dos ocasiones lo cual permite que exista una pérdida de la muestra y se presenten errores en los cálculos. Para la muestra en cuestión, con un peso de 300 gramos, se obtuvo un valor del contenido de humedad aproximadamente del 2%, con lo cual es posible afirmar que este suelo tiene un contenido de humedad bajo y definir la utilidades y beneficios que podría tener al conocerse este valor.

● Al determinar el valor de la gravedad específica, podría hacerse una idea sobre qué tipo de suelo se está evaluando, ya que en este ensayo se realiza una evaluación de los pesos del material. En este experimento, se presentaron posibles errores en el transporte de la muestra del horno al recipiente en que se pesó, al igual que en el picnómetro al momento de verter la muestra quedaron partículas en la superficie y al momento de ingresar la muestra nuevamente al horno, se pudo tener pérdida de ésta. Se obtuvo un valor para la gravedad específica de 2.7, que permite afirmar, con la ayuda de la tabla de valores típicos de gravedad específica de varios suelos (Djoenaidi (1985) apud Bardet, 1997) (Figura 6), que el suelo es una arcilla limosa. ● En el experimento de densidad se puede evidenciar que tanto volumen ocupa por unidad de masa un suelo, que en éste caso es arcilloso; para determinar esta relación se usaron dos métodos convenientes para cada caso. El primero se trataba de un suelo con forma aproximadamente definida al cual se le hicieron las respectivas mediciones y se calculó su densidad por medio de fórmulas y presentó densidad de 2.127 g/cm3. En el segundo caso se tuvo que proceder con un método distinto por medio del agua desalojada por el suelo, ya que éste presentaba una forma indefinida; por otro lado en las mediciones estuvieron presentes materiales como la parafina para que al introducir el suelo en el agua no se afectara su humedad y por consecuencia su densidad, la cual dio como resultado 1.84 cmgr3 . En ambos experimentos se debe tener en cuenta que hay una

pequeña incertidumbre, ya que en el primer caso la forma del suelo no era perfectamente definida y en el segundo caso la cubierta de parafina en el suelo provocó un ligero cambio de volumen que se buscó mitigar en los cálculos.

6. Bibliografía. A.N. Author, Book Title, Publisher Name, Publisher Location, 1995. ● Badillo, J & Rodríguez, R, Mecánica de suelos, LIMUSA, S.A., México, D.F., 2014. ● Das, B. Principles of geotechnical engineering, Cengage learning, Estados Unidos, 2010. ● (INVIAS), I. N. (2012). D eterminación de la gravedad específica de las partículas solidas de los suelos y del llenante mineral, empleando un picnómetro con agua. Colombia. ● (INVIAS), I. N. (2012). Determinaciòn en el laboratorio del contenido de agua (Humedad) del suelo, roca y mezcla de suelo y agragdo. Colombia. ● Felipe J. Q. (2010). Tabla para valores típicos de gravedad específica para varios suelos. 2017, de Constructor civil Sitio web: https://constructorcivil.org/tablaspara-valores-tipicos-de-gravedad/

7. Apéndices.

Figura 1, material secado al horno

Figura 2, peso picnómetro con agua

Figura 3, sólidos más agua.

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Figura 4, cilindro de arcilla como muestra.

Figura 5, Arcilla revestida de parafina.

Figura 4. Valores típicos de gravedad especifica de varios suelos....