P5 Densidades Relativas y Absorción - ( Silva Barragan) PDF

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Densidades Relativas y Absorción en práctica de laboratorio de mecánica de suelos en el periodo del año 2021-B Universidad de Guadalajara-Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías....

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CUCEI INGENIERÍA CÍVIL

LABORATORIO DE SUELOS I CLAVE: IC592 SECCIÓN: D HORARIO: MARTES 15:00 - 17: FECHA DE ENTREGA: 21/09/20

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Práctica No. 5 Densidades Relativas y Absorción

Objetivo de la práctica El objetivo de la práctica es calcular, en base a la relación masa-volumen del agua, la relación masa-volumen de los diferentes materiales, además, se busca obtener los volúmenes específicos de cada mezcla, a partir de su estado seco. En esta práctica se analizaran materiales que pasen la malla No. 4 (4.75 mm). Material y Equipo: ●

MALLA N°4: Con abertura de 4,75 mm, de alambre de bronce o de acero inoxidable, tejido en forma de cuadrícula. El tejido estará sostenido mediante un bastidor circular metálico, de lámina de bronce o latón, de 206 ± 2 mm de diámetro interior y 68 ± 2 mm de altura, sujetando la malla rígida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50 mm del borde superior del bastidor.

●

BALANZAS: Una con capacidad de 1 kg y aproximación de 0,1 g.

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RECIPIENTE: Adecuado para colocar muestras

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HORNO: Con capacidad suficiente para contener la porción de la muestra que será probada, ventilado, provisto de termostato capaz de mantener una temperatura de 105°C y aproximación de ± 5°C.

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DESECADOR: De cristal, de tamaño adecuado para contener los recipientes con la porción de muestra que será probada y con cloruro de calcio anhidro como elemento desecador..

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LIENZO: De material absorbente, de 60 x 60 cm.

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MATRAZ: Tipo Pyrex, aforado, de cuello largo y fondo plano, de 500 cm3 de capacidad.

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PROBETA GRADUADA: De 1 000 cm3 de capacidad y aproximación de 10 cm3 .

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TERMÓMETRO: Calibrado, con un rango de 0 a 50°C y aproximación de 0,1°C.

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FUENTE DE CALOR: Parrilla eléctrica u otra fuente de calor.

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TRAMPA DE VACÍO O DISPOSITIVO NEUMÁTICO DE SUCCIÓN: Capaz de producir un vacío máximo correspondiente a 100 mm de Hg, (0,136 kg/cm²). E.15. BATIDORA Como la mostrada en la Figura 4 de este Manual.

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CUENTAGOTAS O PIPETA: De vidrio o metal.

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MOLDE DE LATÓN O ACERO INOXIDABLE: En forma de cono truncado de 38 mm de diámetro en la base superior, 89 mm de diámetro en la inferior y 74 mm de altura. El espesor de la lámina será de 0,9 mm como mínimo. Equipo Angel Aguilar Sánchez Jorge Eduardo Alvarez Sandoval Marlene Montserrat Martínez Hernández Alejandro Silva Barragán

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PISÓN METÁLICO: Con masa de 340 ± 15 g, con los extremos planos y de un diámetro de 25 ± 3 mm.

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ESPÁTULA: Con las dimensiones adecuadas para mezclar la muestra en la cápsula.

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CÁPSULA DE PORCELANA: De 1 L de capacidad.

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EMBUDO: De vidrio o de plástico.

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AGUA: Destilada.

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HIELO

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ALCOHOL: De uso comercial.

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ÉTER SULFÚRICO: Para lavar el matraz.

Desarrollo de la práctica: ❖ Preparación de la Muestra. De la muestra anterior, tomaremos aproximadamente 5 kg, para empezar con el secado, disgregado y cribado, según lo indica la norma, cuando esta esta muestra ya este seca, disgregada y cuarteada, la separamos por medio del cribado en dos fracciones: el material que se retiene en la malla N°4 (4,75 mm) y el que pasa por dicha malla, colocando las fracciones en charolas distintas. En esta prueba, el material que nos interesa es el que pasa dicha malla (No.4) .En este caso serán suelos arcillosos o cohesivos Lo siguiente será la obtención de las proporciones de la muestra que serán probadas: De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una porción de entre 100 y 500 g. Para después depositar el material en una cápsula, se le agrega agua destilada, para de esta manera mezclar con la espátula hasta obtener una pasta suave. En seguida se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se adiciona agua destilada hasta completar aproximadamente 250 cm3 y se hace funcionar el aparato durante un lapso de 15 min, aproximadamente, para lograr la formación de una suspensión uniforme. Para finalizar se toma una porción no menor de 100 g, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en g.

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❖ Calibración del Matraz Al inicio de la prueba se verifica que el equipo que se va emplea para el material que pasa por la malla No. 4 este calibrado, para esto consideramos lo siguiente: Lavamos el matraz con con mezcla crómica para eliminar la grasa en su interior, esta se obtiene disolviendo en caliente 60 g de dicromato de potasio en 300 cm3 de agua destilada, a la cual en frío se le agrega 450 cm3 de ácido sulfúrico comercial. Se enjuaga el matraz con agua destilada, y se escurre, para a continuación bañar en su interior con alcohol eliminando los residuos de agua.Para finalizar, se enjuaga en éter sulfúrico, para facilitar la eliminación se coloca el matraz en un soporte con la boca libre hacia abajo durante 10 min. Se determina la masa del matraz seco y limpio, se registra como Wf en g. Con agua destilada en temperatura ambiente, se llena el matraz aproximadamente 0.5 cm abajo del aforo, dejándolo reposar por unos minutos. Se verifica que el agua dentro del matraz tenga una temperatura uniforme, tomando la temperatura en diferentes profundidades. Si la temperatura no es uniforme y la diferencia es menor 0.2 °C, se agita nuevamente, pero si es mayor de 0.2 °C se tapa el matraz con la palma de la mano, se voltea lentamente evitando la formación de burbujas, finalmente se mide la temperatura del agua, colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz y se registra como T0 en °C. Con la pipeta, se agrega el agua destilada hasta que la parte inferior del menisco del líquido coincida con la marca del aforo. Sin alterar el menisco se seca cuidadosamente el interior del cuello del matraz con el lienzo absorbente enrollado, de esta manera se determina la masa del matraz lleno de agua, se registra como P0 en g. Se efectúan otras cuatro determinaciones de la masa P del matraz lleno de agua a las temperaturas 5°C y 10 °C por abajo y por arriba, aproximadamente de la temperatura inicial del agua T0 registrando las masas como P5, P10, P5, P10 y las temperaturas como T-5, T10, T5, T10. Para finalizar sobre un sistema de ejes coordenados se dibuja la curva de calibración para el matraz de prueba, marcando las temperaturas de abscisas y las masa en las ordenadas, trazando una curva suave.

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_______________________________________________________________ ❖ Material que pasa la malla N°4 ● Utilizando el embudo, se introduce el material en el matraz previamente calibrado. ● Posteriormente se llena el matraz con agua destilada hasta aproximadamente la mitad de su capacidad. ● Empleando la bomba de vació se aplica vacío al matraz durante 15 min, con objeto de extraer el aire atrapado en la muestra. ● Para facilitar este proceso se agita cuidadosamente la suspensión con un movimiento giratorio del matraz alrededor de su eje. ● Se quitará o agregará agua destilada utilizando el cuentagotas, de tal forma que el nivel inferior del menisco coincida con la marca de aforo. secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz ● Se obtiene la masa del matraz con el material y el agua, registrándose como, Wfsw, en g. ● Se uniformiza la temperatura dentro del matraz y se obtiene ● temperatura de la prueba tp. ● Vaciamos el material en una cápsula de porcelana o en una tara con todo y el agua y se pone a secar en el horno, utilizando más agua obtener todas las partículas del matraz y se anota la masa seca de la muestra, Ws, en g. ● Utilizando la curva de calibración del matraz obtenemos temperatura de prueba tp y se registra como Wfw. ❖ Precauciones Para evitar errores durante la ejecución de las pruebas, se observan las siguientes precauciones: ● ● ● ● ● ● ● ●

Que las pruebas se realicen en un lugar cerrado, bien ventilado, limpio y libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que provoquen la contaminación de las muestras de material. Que todo el equipo esté perfectamente limpio, para que al hacer la prueba los materiales no se mezclen con agentes extraños que alteren el resultado. Que las balanzas se encuentren debidamente calibradas. Que no quede aire atrapado en el material, debido a una deficiente succión o a una ebullición escasa. Que, en su caso, durante la etapa de ebullición sólo se aplique el suficiente calor para mantener la suspensión hirviendo y que el matraz sea agitado tanto como sea necesario para prevenir que el suelo se pegue o seque sobre el vidrio arriba de la superficie de la suspensión. Que al comenzar la prueba, el material se encuentre en la condición de saturado y superficialmente seco. Que el picnómetro se encuentre debidamente nivelado y lleno hasta el nivel de derrame, y que al depositar el material en su interior no se salpique agua fuera del recipiente.

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_______________________________________________________________ ❖ Cálculos Sd. La densidad relativa del material seco se determina mediante la siguiente expresión: 𝑊𝑠

𝑆 =

𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑓𝑠𝑤

𝑑

𝑆 = Densidad relativa del material seco,(adimensional) 𝑑

𝑊 = Masa del material secado al horno, (g) 𝑠

𝑊

𝑓𝑤

= Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la

curva de calibración del matraz, (g) 𝑊 = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) 𝑠𝑎𝑡

𝑊𝑓𝑠𝑤 = Masa del matraz conteniendo al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (g)

Ssat. La densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, se determina con la siguiente expresión:

𝑆 𝑆

𝑠𝑎𝑡

𝑊 𝑊

𝑠𝑎𝑡

𝑓𝑤

𝑠𝑎𝑡

=

𝑊𝑠𝑎𝑡 𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑓𝑠𝑤

= Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, (adimensional) = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la

curva de calibración del matraz, (g) 𝑊 = Masa del matraz conteniendo al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de 𝑓𝑠𝑤

prueba tp, (g) Ss. La densidad relativa de sólidos del material

𝑆𝑠 =

𝑊𝑠 𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠−𝑊𝑓𝑠𝑤

𝑆 = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) 𝑠

𝑊 = Masa del material secado al horno, (g) 𝑠

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_______________________________________________________________ 𝑊

𝑓𝑤

= Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la

curva de calibración del matraz, (g) 𝑊

𝑓𝑠𝑤

= Masa del matraz conteniendo al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de

prueba tp, (g) Wab. La absorción del material se determina con la siguiente expresión:

𝑊

𝑎𝑏

=

𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑠 𝑊𝑠

× 100

𝑊 = Absorción del material, (%) 𝑎𝑏

𝑊

𝑠𝑎𝑡

= Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g)

𝑊 = Masa del material secado al horno, (g) 𝑠

Datos para los cálculos de material que pasa la malla #4 (Ejercicio de tarea) Datos para dibujar la curva de calibración t1=24°. P1=680.1g t2=30°. P2=679.3g t3=35°. P3=678.7g t4=40°. P4=677.9g t5=45°. P5=676.5g tp=31° Wfw=679.18g Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (g)

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Datos para calcular la densidad relativa y grado de absorción. Wfw=679.18g

Wsat= 119.6g Wfsw= 745.7g Ws= 110.4g

Ws = Masa del material secado al horno, (g) Wsat = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) Wfsw = Masa del matraz conteniendo al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp,(g) ❖ Cálculos(Tarea)

𝑆𝑑 =

𝑊𝑠 𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑓𝑠𝑤

𝑆𝑠𝑎𝑡 =

=

𝑊𝑠𝑎𝑡 𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑓𝑠𝑤

=

110.4𝑔 679.18𝑔+119.6𝑔−745.7𝑔

= 2. 079879427

119.6𝑔 679.18𝑔+119.6𝑔−745.7𝑔

= 2. 253202713

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𝑆𝑠 =

𝑊𝑠 𝑊𝑓𝑤+𝑊𝑠−𝑊𝑓𝑠𝑤

𝑊𝑎𝑏 =

𝑊𝑠𝑎𝑡−𝑊𝑠 𝑊𝑠

=

110.4𝑔 679.18𝑔+110.4𝑔−745.7𝑔

× 100 =

119.6𝑔−110.4𝑔 110.4𝑔

= 2. 515952598

× 100 = 8. 33%

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_______________________________________________________________ Conclusiones Aguilar Sánchez Angel: Esta práctica fue muy interesante, ya que se analizan partículas de tamaños pequeños, lo cual me llama mucho la atención, ya que pensar que un conjunto de partículas de pequeños volúmenes pueden tener impactos muy relevantes en cualquier tipo de obra es asombroso y de gran importancia. La verdad me siento muy emocionado y asombrado por todo el tipo de prácticas que se vienen más adelante, y más por el hecho de que ya las realizaremos en el laboratorio de manera presencial.w Alvarez sandoval Jorge Eduardo: Yo considero que la aplicación de la densidad en el sentido de esta práctica, tiene de un poco a complicarse de cierta manera, pero viéndolo desde el lado correcto o correspondiente, este proceso puede ser mucho más sencillo,ver como el peso específico de los relativos es una propiedad índice, por lo cual va muy intervenida de manera proporcional a los cálculos que se relacionan para la mecánica de de suelos, como bien vimos en clase, las partículas tratas de suelo varían en su composición y claro en su densidad, que esta está definida como la masa total de los sólidos dividida por el volumen total de ellos, por lo cual nos brinda una muy buena ayuda a la hora de realizar cálculos sobre las propiedades de resistencia del suelo, analizar su composición en la variación de tamaños de partículas y porosidad de este mismo. Martinez Hernandez Marlene Montserrat: En esta práctica lo que pudimos observar es el cálculo de las densidades y la absorción, lo cual conforme hicimos la práctica podemos entender que es de extremada importancia saber como calcular dichas propiedades, el procedimiento de todos los utensilios que necesitamos para lograr los cálculos, ya que si alguno no se utiliza o se limpia de la forma adecuada puede alterar todo el procedimiento. En general esta práctica me hizo darme cuenta las ganas que tengo de regresar a las clases presenciales, por él cómo experimentar de forma adecuada con el material del laboratorio, hacer prácticas y manejar de forma adecuada con las pruebas. Silva Barragan Alejandro: Es de suma relevancia la densidad de los suelos a trabajar durante una práctica, ya que con un previo estudio del suelo, esto prevendrá o nos dará una noción de cómo influyen sus propiedades mecánicas y asi saber que se puede hacer y afrontar para evitar que afecte nuestro espacio de trabajo, los suelos tienen diferentes composiciones y densidades, es por ello que son clasificadas dependiendo de estas características y así llevar un manejo adecuado en laboratorio, procesos constructivos u obras en el futuro.

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_______________________________________________________________ Bibliografía Ávila, B. P. (14 de septiembre de 2021). Classroomgoogle.com. Recuperado el 20 de septiembre de 2021, de https://drive.google.com/file/d/1lPXk-ztIRQAo6Y5b-8cg4xneMtNM3wH2/view

Ávila, B. P. (14 de septiembre de 2021). Classroomgoogle.com. Recuperado el 20 de septiembre de 2021, de https://drive.google.com/file/d/1fp9uHW29ymYKUvkLG0DWrrOz5zpBtzmY/view

Ávila, B. P. (14 de septiembre de 2021). Classroomgoogle.com. Recuperado el 20 de septiembre de 2021, de https://drive.google.com/file/d/1vUQ7DqhVwXjxPSx65pl3VwzBaCQRMFw9/view

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