UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
IMFORME DE MECANICA DE SUELOS I
TEMA: CONTENIDO DE HUMEDAD, DENSIDAD
APARENTE Y PESO ESPECIFICO DE SOLIDOS APELLIDOS Y NOMBRES: DIAZ VASQUEZ NILDER
DOCENTE: ING. MARCOS MARCOS W. HOJOS SAUCEDO SAUCEDO
GRUPO:
B1
INTRODUCCIÓN El hombre se ha visto en la obligación de estudiar el suelo que hoy en día nos rodea con el fin de saber su comportamiento antes efectos exteriores causados por todo las cargas que se encuentran o se desee construir en la superficie del mismo. Es por ello que en este informe de contenido de humedad, densidad aparente y peso específico de solidos de un suelo. Lo que a continuación se detallara son los procedimientos realizados para calcular estas propiedades físicas mecánicas del suelo según las normas ASTM Standardization, Para el desarrollo de los ensayos se ha tenido como fuente de consulta una Guía de Laboratorio de Mecánica de Suelos I proporcionado por el ING. MARCOS MARCOS W. HOJOS SAUCEDO. SAUCEDO. La importancia del contenido de agua que representa un suelo representa junto con la cantidad de aire una de las características más importantes para explicar cómo el comportamiento comportamiento de este (especialmente aquellos aquellos de textura más fina) como por ejemplo cambio de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. El presente informe tiene como finalidad determinar el contenido de humedad, densidad aparente y eso específico de sólidos, de las muestras de los estratos obtenidos en campo, en general todo el proceso y los datos registrados en la práctica se encuentran plasmado plasmado en las tablas que se presentan hoja Excel, dichos datos son procesados aplicando las fórmulas correspondientes correspondientes aprendidas en clase.
OBJETIVOS 1.1
1.2
Objetivo principal En estudio de Mecánica Mecánica de Suelos es un factor determinante, determinant e, muy importante e indispensable para realizar el diseño y construcción de la estructura de cualquier obra civil por más pequeña que esta sea, es mediante un estudio estudio que cuantifica las propiedades propiedades físico - mecánicas de los suelos.
Lograr determinar el contenido de humedad del suelo.
Calcular la densidad aparente del suelo (densidad natural.)
Determinar el peso específico específic o de los sólidos.
Analizar cómo se comportan los materiales de acuerdo a su peso específico así como la utilidad que puede tener esta propiedad.
Objetivos secundarios
Aprender en manejo de los instrumentos instrumen tos del laboratorio mecánica de suelos.
Tener el criterio personal de que cantidad de de muestra se necesita para cada uno de los ensayos.
Poder clasificar visualmente un suelo, de manera acertada
Identificar a primera vista vista los estratos presentes presentes en la calicata
Saber por qué y el para que se realizan tales ensayos.
UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Localidad
:
Distrito : Provincia
campus universitariouniversitar io- universidad nacional Cajamarca Cajamarca
:
Cajamarca
Departamento :
Cajamarca
CONDICIÓN CLIMÁTICA Y ALTITUD DE LA ZONA CLIMA: en cuanto al clima de la localidad en estudio se tiene épocas de lluvias desde noviembre hasta abril y verano desde mayo hasta octubre la presencia de verano, siendo en esta última cuando se alcanza temperaturas promedio de 16° C, y cuando hay notable escasez del líquido elemento. ALTITUD: con relación relación al mar la localidad localidad de campus campus universitario universitario está a 2720 m.s.n.m. aproximadamente. aproximadamente.
DESCIPCION DE LA CALICATA USADA PARA LOS ENSAYOS 1. EXCAVACIÓN DE LA CALICATA Excavación de Calicatas a Cielo Abierto, método directo de exploración de suelos, Se realizó la excavación de una calicata de 2.5 m, profundidad en la cual se realizó un análisis de la estratigrafía y con estos datos determinamos su composición y clasificación, Luego de ser extraídas la muestras fue trasladada al laboratorio de mecánica de suelos de la universidad nacional de Cajamarca. 2. ESTRATIGRAFIA: La presente calicata realizada en el campus universitario se logró determinar la presencia de 3 estratos, 2.1 materia orgánica: en la exploración de la calicata se observó obse rvó aproximadamente un estrato de 10 cm de suelo productivo, esto se determinó producto del olor putrefacto que presentaba 2.2 Areno limoso-gravoso: limoso-gravos o: se clasificó visualmente en esta categoría porque presentaba un mayor porcentaje de arena que limo, además este estrato tiene una gran cantidad de grava mediana, m ediana, una altura de 1m 2.3 Arcillo limoso. Este estrato tiene un altura de 1.50m, en su escrutara tiene una gran cantidad de arcilla y en menor cantidad la presencia de limos. Además en este estrato se identificó la mínima cantidad de gravas medianas.
Foto N°1: Calicata Se puede observar los tres estratos anteriormente señálalas. Materia orgánica: 1 Areno limoso-gravoso:2 Arcillo limoso: 3
MARCO TEORIOCO Definiciones:
CONTENIDO DE HUMEDAD: Contenido de agua (humedad de un material) – La razón, expresada como porcentaje, de la masa del agua contenida en los poros, o agua libre, en una masa dada de material con respecto a la masa del material sólido. Se usa una temperatura estándar de 110+- 5°C para determinar estas masas. (Terminología D653 para las definiciones estándar de los términos)
PESO VOLUMÉTRICO: es la relación del peso de la masa de suelos entre su volumen de masa. PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELO: La densidad de sólidos se define como la relación que existe entre el peso de los sólidos y el peso del volumen del agua desalojado por los mismos. CALICTA: Exploración de un terreno mediante una barrena o una sonda para saber los minerales que contiene
ENRASAR: igualar dos cosas de manera que tengan la misma altura, o hacer que quede lisa una superficie, empleando algún utensilio.
ENSAYOS REALIZADOS EN LABORATORIO Entre los ensayos realizados tenemos:
Contenido Natural de Humedad:
ASTM D-2216 (Método de prueba estándar para la determinación en Laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelos y rocas Por masa)
Densidad Natural : ASTM D4253-00(2006) D4253-00(2006) Métodos de prueba estándar para par a índice de densidad máxima y peso unitario de los suelos utilizando una mesa vibratoria Estos métodos de ensayo referirse a la determinación del índice de densidad máxima en seco/unidad de peso de cohesión de libre drenaje de los suelos utilizando una mesa de filtración vertical.
Peso específico específi co de solidos de un suelo : ASTM D 854 – AASHTO T100 Alcance: Este método describe el procedimiento para determinar la gravedad especifica de las partículas sólidas de un material que pasa el tamiz de 4.75mm(N°4), por medio de un picnómetro picnómetr o
CONTENIDO DE HUMEDAD. Referencias Norma ASTM D2216 Procedimientos.
Se seleccionamos seleccionam os muestras muestra s adecuadas Se pesa los tres recipientes. ()
Posteriormente Posteriorm ente se pesamos los respectivos recipientes recipient es con la muestra.
Luego las tres taras con la muestra se lleva lleva al horno horno por un tiempo de 24 horas a una temperatura aproximada aproximada de 110 °C.
Posteriormente pesamos las tres taras con con el suelo seco. seco. ( + )
TABLA N°1-CONTENIDO DE HUMEDAD
CONTENIDO NATURAL DE HUMEDAD MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3 70 39 28 Wt(gr) 222 74 74 Wmh+t(gr) 192 66 66 Wms+t(gr) 122 27 38 Wms 30 8 8 Ww(gr) 24.59016393 29.62962963 21.05263158 W(%) Cálculos en la tabla N°1-CONTENIDO DE HUMEDAD-ECXEL
DENSIDAD APARENTE 1. MÉTODO VOLUMÉTRICO VOLUMÉTRICO Materiales:
Muestra inalterada de la calicata.
Equipos:
Balanza con precisión a 0.01 gr 2 muestreadores muestreadores cilíndricos con filo biselado Cuchillo o espátula.
Procedimientos.
Determinamos los volúmenes internos de los los respectivos respectivos muestreadores. Pesamos ambos muestreadores muestreador es
Foto N°...: foto referencial, peso de los muestreadores.
Hacemos penetrar los moldes en el suelo tratando de no alterar la estructura natural Pesamos el el muestreador muestreador con la muestra extraída extraída en campo. campo.
Determinar el peso de la muestra extraída.
Calculo de la densidad del suelo.
TABLA N°2-DENSIDAD APARENTE DENSIDAD APARENTE(PESO VOLUMETRICO) MUESTREADOR MUESTREADOR (GRANDE) (PEQUEÑO) DIAMETRO 6.8 3.8 ALTURA 12.6 7.6 () 457.5928896 86.1929376 Wt(gr) 546 247 Wmh+t(gr) 1452 457 Wmh(gr) 906 210 P.vol(cm^3) 1.97992587 2.43639451 Prom.P.vol(cm^3) 2.20816019
Cálculos en la la tabla N°2-DENSIDAD APARENTE -ECXEL
2. METODO DEL CONO CON ARENA DE REMPLAZO
Referencias Norma: AASHTO 191 ASTM D1556 Materiales:
Arena y muestra de la calicata
Equipos
(frasco, embudo y placa metálica) Balanzas con sensibilidad de 1.0 gr. y 0.01 gr. Herramientas Herramient as para escavar Recipientes de aluminio(taras) aluminio(taras)
Procedimientos: 1. Densidad aparente de la arena de reemplazo 1.1 primer método pesamos una probeta de 1000ml llenamos una probeta con arena, posteriormente posteriorme nte pesamos la probeta más arena. Posteriormente calculamos la densidad densidad aparente aparente de la arena de remplazo.
1.2 Segundo método Pesamos el frasco más embudo vacío, posteriormente pesamos el frasco más embudo y arena Por una diferencia de pesos determinamos el peso de la arena, posteriormente calculamos la densidad aparente, teniendo el volumen del frasco.
1.3 Tercer método
En un recipiente cilíndrico (sombrerito), (sombrerit o), calculamos su volumen y peso del sombrerito vacío, posteriormente posteriormente llenamos y enrasamos, finalmente pesamos el cilindro más la muestra. Con esos datos calculamos la densidad aparente de la arena por este método.
Para determinar la densidad aparente de la arena, sacamos el promedio de las densidades obtenidas en los tres métodos. TABLA N°3- DENSIDAD APARENTE (ARENA DE REMPLAZO) MUESTRA
1
2
3
W arena +molde (gr) Wmolde(gr) W arena (gr) Vol.Molde (cm^3) Dens.Arena (gr/cm^3) Dens.Arena prom.(gr/cm^3)
1690
6314
5486
304
776
2916
1386
5538
2570
1000
3785
1943.865
1.386
1.463143989
1.322108274
1.390417421
Cálculos en la tabla N°3- DENSIDAD DENSIDAD APARENTE APARENTE (ARENA DE REMPLAZO) REMPLAZO) ECXEL
2. Determinación Determinac ión de la cantidad de arena que queda en el embudo Se pesa el frasco, arena y cono, posteriormente, posterior mente, vaciamos sobre una placa metálica la arena hasta que el nivel en el frasco ya no descienda, en seguida cerramos la válvula y pesamos el arena final, frasco y cono. Por diferencia de pesos calculamos la cantidad de arena que queda dentro del cono.
tabla N°4- CANTIDAD C ANTIDAD DE ARENA QUE QUEDA DENTRO DEL CONO PESO ARENA EN EL CONO
MUESTRA
1
Wi(f+ai)(gr) Wf(f+af)(gr) Wa(cono)(gr)
6314 4812.16 1501.84
Cálculos en la tabla N°4- CANTIDAD DE ARENA QUE QUEDA DENTRO DEL embudo –ECXEL
3. determinación determinació n del volumen del hueco escavado del estrato en estudio y cálculo de la densidad aparente.
Preparar el lugar en estudio que quede a un nivel, posteriormente colocar la placa metálica sobre el suelo y escavar una profundidad de 10 cm, dicha muestra extraída la recogemos para pesarlo, después llenamos el hoyo con arena con ayuda del frasco y el cono, una vez que ya no desciende el nivel de la arena en el cono cerramos la válvula y levantábamos, finalmente llevamos llevamos la muestra final de arena, frasco y cono a pesar. Con los datos obtenidos calculamos el volumen del del hoyo. TABLA N°5- VOLUMEN DEL HOYO-DENSIDAD APARENTE DE LA MUETSRA
Wi(f+ai)(gr)
6448
Wf(f+af)(gr)
3136
War.arena (gr)
3312
War.cono(gr)
1501.84
Wah(gr)
1810.16
Dap.ar(gr/cm^3)
1.3906
Vm(cm^3)
1301.711491
Wm(cm^3) Dhm(gr/cm^3)
2778 2.134113449
Cálculos en la tabla N°5- VOLUMEN DEL HOYO DENSIDAD APARENTE DE LA MUETSRA – ECXEL
PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELOS 1. PESO ESPECCIFICO ESPECCIFI CO DE PIEDRA DE QUEBRADA Materiales: Tres muestras de piedra Agua Equipo: Balanza hidrostática hidrostá tica y un recipiente para contener agua Procedimiento:
Sujetaremos Sujetarem os a las piedras con un hilo, y posteriormente posteriorme nte pesaremos las muestras al aire y sumergida en agua.
Con los datos calculados, encontraremos el peso específico específi co del solidos TABLA N°6- PESO ESPECIFICO DE PIEDRA (QUEBRADA)
DATOS
MUESTRA M UESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
Wa(gr)
30.9
30
38.065
17.85
16.095
23.45
2.367816092
2.157497303
2.604515908
Ws(gr)
(/ ) (/ )
2.376609768
Cálculos en la t abla N°6- PESO ESPECIFICO DE PIEDRA (QUEBRADA) (QUEBRADA)
2. PESO ESPECCIFICO DEL HORMIGON Materiales: Hormigón y agua Equipos: Balanza con aproximación 0.01g y una probeta graduada. Procedimiento:
Primero pesamos la muestra muestra de hormigón seco, posteriormente posteriormente le sumergimos ala probeta con agua y determinamos el volumen del hormigón por la variación de volumen en la probeta.
TABLA N°7- PESO ESPECIFICO DE HORMIGON
MUESTRA 2
MUESTRA 3
DATOS W(tara)gr
MUESTRA 1
Ws+W(tara)
576
346
352
Ws
490
260
266
Vi
510
455
Vf
705
555
400 500
(/ )
2.512820513
2.6
2.66
(/ )
2.590940171 Cálculos en la tabla N°7- PESO ESPECIFICO DE HORMIGON
86
3. PESO ESPECCIFICO(LIMO-ARCILLA) ESPECCIFICO(LIMO-ARCILLA) Norma: AASHTO T100-ASTM D854 Materiales: Muestra fina( Limo-arcilla) Limo-arcilla) y agua Equipos: Balanza con aproximación 0.01g, bomba de vacíos, fiala, mortero, y tamiz numero 4 Procedimiento: A la fiola llenamos hasta 500 ml y pesamos
Se pesa la muestra seca que pase por por el tamiz número número 4,
posteriormente posterior mente colocamos la muestra dentro de la fiola vacía, se vierte agua hasta cubrir la muestra y se agita. Posteriormente Posteriorm ente llevamos a bomba de vacíos, hasta que no salgan burbujas
Finalmente llenamos la muestra muestra con agua hasta hasta 500ml y le pesamos
Con los datos obtenidos calculamos el peso específico de LIMO ARCILLA.
TABLA N°8- PESO ESPECÍFICO DE (LIMO-ARCILLA)
W(tara)gr
27
Ws+W(tara)
122
Ws
95
Wfw(gr)
660
Wfws(gr)
715 2.375
Cálculos en la tabla N°8- PESO ESPECÍFICO DE (LIMO-ARCILLA).
USOS Contenido de humedad
Para el proceso de compactación compactació n de los suelos Indicios de la napa freática en el lugar lugar de estudio. estudio. contenido de humedad en un suelo es usado para expresar la relación de vacíos de aire, agua y sólidos presentes en un volumen dado de material. Cuando el suelo se satura los vacíos se llenan con agua y debilitan la capacidad de resistencia a la carga de la estructura. Las partículas también se lubrican y se desplazan con facilidad
Foto referencial: contenido de humedad
Densidad aparente (peso volumétrico)
La densidad aparente del suelo es un buen indicador de importantes características del suelo, tales como porosidad, y capacidad de Drenaje.
densidad aparente es comúnmente utilizada como base de aceptación para suelos compactados una densidad específica específic a o a un porcentaje de densidad máxima
Peso específico de solidos
Transporte de materiales
CONCLUSIONES 1. Hasta la profundidad profundidad que alcanzó la calicata no se ha encontrado la presencia de nivel freático de agua sin embargo la posibilidad de que haya en época de lluvias no queda descartada. 2. De la observación directa en la calicata se ha determinado que tiene 3 estratos que anteriormente se detallan. 3. Determinamos Determinamo s el contenido de humedad de las muestras y observamos que en mayor profundidad presenta un suelo más húmedo. 4. Logramos determinar eficazmente el peso volumétrico volumétric o (densidad natural) del suelo con los diversos métodos usados. 5. En el ensayo de peso específico de solidos observamos en los resultados que el mayor peso específico es del hormigón, seguido de la piedra de quebraba y el suelo arcillo-limosa finalmente 6. En conclusión los suelos con menor contenido de humedad son de gran utilidad para edificar estructuras sobre las mismas. 7. En suelos de grano finos (cohesivos), la consistencia de un tipo de suelo dado depende del contenido de humedad. El agua contenida en un suelo, junto con los límites líquido y plástico determinados por el método de prueba D-4318, es usado para expresar su consistencia relativa o su índice líquido.
RECOMENDACIONES Tener cuidado en el manejo de equipos, muestras extraídas de campo y materiales usados en laboratorio de mecánica de suelos En los suelos con materia orgánica, con contenido de yeso etc., la temperatura de secado debe lenta, porque hay riesgos de que la muestra se queme. La temperatura dependerá del tipo de muestra (no mayor de 40°C) y en consecuencia el tiempo de secado será mayor. En las arenas y gravas limpias, el tiempo de secado puede ser menor. Al no presentar finos, se puede utilizar el secado con mechero para una determinación rápida de la humedad
BIBLIOGRAFIA
Guía laboratorio (mecánica de suelos suelos i)-Ing. marco hoyos Saucedo Mecánica de suelos, EULALIO JUAREZ BADILLO, ALFONSO RICO RODRIGUESZ, tercera edición, EDITORIAL LIMUSA.
