FACULTAD DE INGENIERÍA
LABORATORIO N° 01
Introducción, Metrología y Relaciones gravimétricas y volumétricas CURSO: MECÁNICA DE SUELOS BLOQUE: FC-PRECIV05A1T PROFESOR: DIAZ PARDAVE, Miguel Ángel INTEGRANTE: SULCA TAIPE, Jeremías
1421249
Lima, Perú 2017
CONTENIDO CAPÍTULO I ...................................................................................................................3 METROLOGÍA...............................................................................................................3 1.1.
Resumen ..........................................................................................................3
1.2.
Objetivos .........................................................................................................3
1.3. Metodología ........................................................................................................3 1.3.1. Fundamento Teórico ........................................................................................3 1.3.2. Equipos y Materiales ........................................................................................5 1.3.3. Procedimiento de la Prueba..............................................................................7 1.4.
Resultados .......................................................................................................8
1.5 Conclusiones y Discusiones de los resultados ...................................................10 CAPÍTULO II ................................................................................................................11 PESO VOLUMÉTRICO DE LOS SUELOS COHESIVOS (NTP 339.139)...........11 2.1.
Resumen ........................................................................................................11
2.2.
Objetivos .......................................................................................................11
2.3.
Metodología...................................................................................................11
2.3.1.
Fundamento Teórico ..................................................................................11
2.3.2.
Equipos y Materiales .................................................................................12
2.3.3.
Procedimiento de la Prueba .......................................................................12
2.4.
Resultados .....................................................................................................13
2.5.
Conclusiones y Discusiones de los resultados ..............................................15
2.6.
Referencias Bibliográficas ............................................................................16
ANEXOS ........................................................................................................................17
CAPÍTULO I METROLOGÍA 1.1. Resumen En la actualidad existen muchos los instrumentos para realizar mediciones en el laboratorio, cada uno con diferentes características, mecanismos, escalas que aportan mayor exactitud al momento de hacer las mediciones y recopilar los datos, teniendo en cuenta que conocer las dimensiones de un cuerpo representa una necesidad si se planea seguir cierto procedimiento con el mismo. En el presente ensayo realizado de metrología en el laboratorio de la USIL se usó los instrumentos conocidos como el vernier, termómetro de mercurio, termómetro digital y balanzas de precisión, para determinar los diámetros, posibles áreas, alturas y volumen de la muestra de suelo cilíndrica (Limo y arcilla). Y con los termómetros se realizó la medición de temperatura en (°C) de agua caliente que contenía la fiola. Así mismo se hizo la medición correspondiente de los diferentes moldes de proctor estándar, modificado y CBR. Se pudo encontrar al final los datos necesarios para hallar áreas, volúmenes, densidades y temperaturas en gramos y centímetros con dos decimales.
1.2.Objetivos
Aprender a utilizar los distintos tipos de instrumentos de medida, como la balanza, el vernier, termómetro (digital y de mercurio).
Familiarizarnos con los equipos e instrumentos del laboratorio para poder manejarlos de una excelente manera.
Poder ser más precisos con las medidas.
1.3. Metodología 1.3.1. Fundamento Teórico
Metrología
La Metrología es la ciencia que trata de las medidas, de los sistemas de unidades adoptados y de los instrumentos utilizados para efectuarlas e interpretarlas, esto 3
influye directamente en el progreso de la calidad y permití que la fabricación de productos sea más especializada y más perfecta, porque las mediciones correctas aportan al desarrollo de las actividades que el hombre realiza, ya sea en la elaboración de productos o servicios, ayudando a ordenar, a definir estándares y certificar.
Temperatura La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción de frio (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura).
Volumen La palabra volumen posee diversas definiciones según sea el ámbito. Una de ellas es una propiedad física de la materia: es el espacio que ocupa el cuerpo. El Sistema Internacional de Unidades establece como unidad principal del volumen del metro cubico y centímetro cubico, de igual manera se utiliza el litro (L).
Vernier (Pie de rey) Llamado también calibre deslizante o pie de rey es el instrumento de medida lineal que más se utiliza en el taller. Por medio del Vernier se pueden controlar medidas de longitud internas, externas y de profundidad. Pueden venir en apreciaciones de 1/20, 1/50 y 1/100 mm y 1/128 pulg, es decir, las graduaciones al igual que la regla graduada vienen en los dos sistemas de unidades en la parte frontal.
Termómetro Instrumento que sirve para medir la temperatura; el más habitual consiste en un tubo capilar de vidrio cerrado y terminado en un pequeño depósito que contiene una cierta cantidad de mercurio o alcohol, el cual se dilata al aumentar la temperatura o se contrae al disminuir y cuyas variaciones de volumen se leen en una escala graduada.
Balanza de precisión La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos.
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1.3.2. Equipos y Materiales
Vernier
Fig. N° 01: El vernier
Baño de maría
Fig. N° 02: El aparato de Baño de María conteniendo agua caliente.
5
Termómetro de mercurio
Fig. N° 03: El termómetro de mercurio.
Termómetro digital
Fiola
Muestra de suelo inalterado
Balanza de precisión
Fig. N° 04: El termómetro digital, baño de maría y la Fiola con la muestra de suelo. 6
Moldes proctor
Fig. N° 03: El molde del proctor modificado.
1.3.3. Procedimiento de la Prueba
Primero identificar cada parte fundamental del equipo e instrumento.
Se toma temperaturas con el termómetro de mercurio en la parte superior, medio e inferior de la fiola con la muestra de suelo. De la misma manera se realiza con el termómetro digital y se anota los datos, para después hacer una comparación. En este caso se realizó de agua caliente.
Luego de haber terminado con la medida de la temperatura el encargado del laboratorio enseña la manera correcta de leer el vernier para continuar con el siguiente paso de medidas de los suelos.
Se toma la medida de la muestra de suelo que tiene la forma de un cilindro. Se mide los diámetros (superior, medio e inferior) utilizando el vernier para luego hallar el promedio y de esa manera obtener los datos de medida.
La misma muestra de suelo se lleva a balanzas de diferentes precisiones y luego se compara los pesos y se elige la balanza que tenga mayor precisión con la muestra de suelo. Al obtener el peso de la muestra se hace los respectivos cálculos para hallar el área, el volumen y la densidad de la muestra de suelo.
Finalmente se realiza los cálculos respetivos.
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1.4. Resultados
Tabla N° 01: Datos de temperatura de agua caliente Temperatura
Matraz N°
Tipo
Termómetro
Análogo
Digital
Tsup
54
46.9
Tmed
55
49.2
Tinf
52
49.4
Promedio C°
53.67
48.5
Tabla N° 02: Datos de medición de la muestra de suelo Medidas
Muestra
Limo
Arcilla
Dsup
7.12
7
Dmed
7.12
7.01
Dinf
7.12
6.99
Promedio D°
7.12
7.00
Altura (cm)
14.23
14.19
Area (cm2) Volumen (cm3) Peso (g) Densidad (g/cm3)
39.82
38.48
566.57
546.1
1000.5
917.5
1.77
1.68
8
Tabla N° 03: Datos y Resultados de la medida de los moldes de proctor. MOLDE
Proctor estándar
Proctor modificado
CBR
Diámetro (cm)
10.13
15.2
15.21
Altura (cm)
11.8
11.64
11.62
Área (cm2) Volumen (cm3) Peso (g)
80.6
181.46
181.7
2112.18
2111.32
6389
7254
951.02 4152
Para hallar el área se utilizó la formula 𝑟=
𝑑 2
𝐴 = 𝜋𝑟 2
Para hallar el volumen se utilizó la formula 𝑉 = 𝜋𝑟 2 ℎ Para hallar la densidad se utilizó la formula 𝜌=
A = Área W = Peso V = Volumen 𝜌 = Densidad r = Radio d = Diámetro
9
𝑊 𝑉
1.5 Conclusiones y Discusiones de los resultados 1) Se calculó el promedio de la temperatura del agua caliente que contenía la fiola, con termómetro digital T = 48 °C y con termómetro de mercurio T = 53.67 °C, de igual manera se aprendió de manera correcta el uso de ambos termómetros. 2) Se halló el diámetro promedio, área, volumen, peso y la densidad de la muestra de suelos de limo y arcilla usando el instrumento de medida vernier. Teniendo como resultado en la muestra limo D° =7.12cm, A = 39.82 cm2, V = 566.57 cm3, 𝜌 = 1.77g/ cm3 y W = 1000.5g. de igual manera en la muestra de arcilla D° =7.00cm, A = 38.48 cm2, V = 546.1 cm3, 𝜌 = 1.68 g/ cm3 y W = 917.5 g. 3) Se obtuvo las longitudes (diámetro, altura, área, peso y volumen) de los moldes de proctor estándar, modificado y CBR, los valores de las longitudes de los moldes se encuentran en resultados en la Tabla N° 03. 4) Se aprendió de manera correcta el uso y la lectura del vernier, los termómetros y las balanzas de precisión. 5) Se ha llegado a entenderlos procedimientos necesarios para de este ensayo de laboratorio.
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CAPÍTULO II PESO VOLUMÉTRICO DE LOS SUELOS COHESIVOS (NTP 339.139) 2.1. Resumen En mecánica de suelos existen ciertas relaciones tan fundamentales, que llegan a ser definiciones, aun cuando las relaciones estén expresadas como fórmulas matemáticas. Es el presente ensayo se realizó sobre el peso volumétrico de suelos cohesivos, siguiendo la norma NTP 339.139. Para ello se siguió los procedimientos respectivos y utilizamos los siguientes materiales tales como: probeta, piseta, espátula, recipiente metálico y entre otros. Del mismo modo se utilizó materiales como la muestra de un suelo inalterado y la parafina para impermeabilizar la muestra. Se obtiene los datos de los pesos y volúmenes, para luego hacer los cálculos respectivos. Finalmente, se tiene los resultados y las conclusiones del ensayo.
2.2. Objetivos
Determinar el peso volumétrico del suelo cohesivo de las muestras alteradas.
Aprender a determinar el volumen de un cuerpo o masa irregular utilizando el principio de Arquímedes.
2.3. Metodología 2.3.1. Fundamento Teórico
Peso Volumétrico Conocido el concepto de peso volumétrico, es claro que cualquier tipo de materia que ocupe un volumen en el espacio posea esta propiedad. El agua como materia fluida, en su estado natural y dadas sus características físicas tiene un peso volumétrico cuantificado conocido, la presencia natural del agua dentro de las diferentes fases del suelo, obliga a establecer una relación universal entre los pesos volumétricos contenidos dentro de un material y el agua que hace parte de ella, de esta forma se da cabida al concepto de Peso volumétrico de masa (𝜸𝒎). En consecuencia, el peso volumétrico de masa corresponde a la relación del peso de la masa de suelos, entre su volumen de masa. 𝜸𝒎 = 𝑾𝒎/𝑽𝒎 [g/cm] 11
Parafina Sustancia sólida, blanca, translúcida, inodora y que funde fácilmente, que se obtiene de la destilación del petróleo o de materias bituminosas naturales y se emplea para fabricar velas y para otros usos.
Fiola Un vaso de precipitados o vaso de precipitado es un recipiente cilíndrico de vidrio fino de 250 ml que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.
La balanza Es una palanca de primer genero de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas.
2.3.2. Equipos y Materiales
Balanza electrónica de precisión 0.1 g.
Probeta graduada de 1000mL.
Parafina.
Muestra de suelo.
Recipientes.
Pipeta y espátulas.
Guantes de Látex.
Cocina y gas
2.3.3. Procedimiento de la Prueba
Primero se talla la muestra de suelo de tal manera que pueda introducirse a la probeta. Asimismo, se pesa la muestra tallada y se anota.
Mientras tanto se derrite la parafina en un recipiente metálico, para luego poder recubrir las muestras de suelos e impermeabilizar.
La parafina debe recubrir la muestra por completo con una capa fina, no debe penetrar en los poros del suelo. Ya teniendo la muestra parafinada se pesa el peso de la muestra más de la parafina.
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Se llena de agua a la probeta, hasta un volumen de 500mL y es conocido como valor inicial.
Después se introduce la muestra de suelos parafinada en la probeta, luego anotamos el desplazamiento lo cual es el valor final. De igual manera calculamos el volumen desplazado.
Finalmente se procede a calcular el peso volumétrico de la masa de la muestra de suelo con los datos respectivos.
2.4. Resultados 2.5. Tabla N° 04: Datos y resultados del eso de peso volumétrico. M-1
M-2
95.5
66
100
68.5
(g.)
4.5
2.5
(g/cm3.)
0.87
0.87
5.-Volumen inicial
(cm3.)
500
560
6.-Volumen final
(cm3.)
560
600
7.-Volumen desplazado (6-5)
(cm3.)
60
40
8.-Volumen de parafina empleada (3/4) (cm3.)
5.17
2.87
(cm3.)
54.83
37.13
1.74
1.78
Descripción del recipiente 1.-Peso del suelo húmedo
(g.)
2.-Peso del suelo húmedo + parafina 3.-Peso de la parafina
(2-1)
4.-Densidad de la Parafina
9.-Volumen de suelo empleado (7-8) Peso Volumétrico
(1/9)
(g.)
(g/cm3)
PROMEDIO (g/cm3)
1.76
Calculando los valores para M-1
Peso de la parafina
𝑊𝑝 = 100 − 95.5 𝑊𝑝 = 4.5𝑔
Desplazamiento
∆𝑉 = 𝑉𝑓 − 𝑉𝑖 13
∆𝑉 = 560 − 500 ∆𝑉 = 60𝑚𝑙 4.5𝑔
Volumen de la parafina empleada 𝑉𝑝 = 0.87𝑔/𝑚3 𝑉𝑝 = 5.17 𝑚3 Volumen del suelo empleado
𝑉𝑚 = 60 − 5.17 𝑉𝑝 = 54.83 𝑚3
Peso volumétrico
95.5
γm = 54.83 𝛄𝐦 = 𝟏. 𝟕𝟒 𝒈/𝒄𝒎𝟑
Calculando los valores para M-2
Peso de la parafina
𝑊𝑝 = 68.5 − 66 𝑊𝑝 = 2.5𝑔
Desplazamiento
∆𝑉 = 𝑉𝑓 − 𝑉𝑖 ∆𝑉 = 600 − 560 ∆𝑉 = 40𝑚𝑙 2.5𝑔
Volumen de la parafina empleada 𝑉𝑝 = 0.87𝑔/𝑚3 𝑉𝑝 = 2.87 𝑚3 Volumen del suelo empleado
𝑉𝑚 = 40 − 2.87 𝑉𝑝 = 37.13 𝑚3
Peso volumétrico
66
γm = 37.13 𝛄𝐦 = 𝟏. 𝟕𝟔 𝒈/𝒄𝒎𝟑
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Fig. N° 05: Las tres fases de suelo.
2.6. Conclusiones y Discusiones de los resultados 1) Se determinó el peso volumétrico de la masa, y el resultado fue: 2) Se procedió a hacer este laboratorio según la Norma Técnica Peruana (NTP 339.139). 3) Conocer el funcionamiento de algunos materiales del laboratorio que van a ser utilizados en la práctica.
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2.7. Referencias Bibliográficas
M. Das, Braja.(1999). “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”. Tomson Editores S.A, México.
Lambe T. y Whitman R.V. (1984), “Mecánica de Suelos”. Editorial Limusa S.A. México.
Brajas M Das, (2013). “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”. 2009 (4ra. Ed) Cengage Learning,
Bowles, J. M., (1982). “Propiedades Geofísicas de los Suelos, McGraw-Hill, New York.
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ANEXOS
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Foto N° 01: Escogiendo la muestra de suelo para parafinar.
Foto N° 02: Pesando una muestra de suelo en la balanza.
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Foto N° 03: La probeta con las dos muestras de suelo parafinadas.
Foto N° 04: La piseta con agua.
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Foto N° 05: La balanza de precisión.
Foto N° 06: Escuchando las indicaciones sobre el manejo de los diferentes instrumentos de medida de parte del encargado del laboratorio.
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