Práctica 2: “Obtención del peso específico de la masa de suelo y el contenido de agua”

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M. en C. Silva García Elizabeth  

Lab. Geotecnia I

Práctica 2:

“Obtención del peso específico de la masa de suelo y el contenido de agua”

Morales Olvera David Gerardo

Exp.: 273179

Equipo F

17 de Febrero del 2020

Objetivo

Conocer y desarrollar los tres diferentes métodos  para determinar el peso específico de la muestra inalterada (γm), es decir las relaciones masa-volumen en estado natural, de igual manera determinar el contenido de agua (ω).

Introducción

Se entiende por suelo a la acumulación de un conjunto de partículas sólidas que forman una estructura en cuyo seno existen huecos ocupados por agua y aire en proporciones variables. En un suelo se distinguen tres fases: la sólida, la líquida y la gaseosa. La parte sólida de un suelo lo conforman partículas minerales y el agua absorbida, la parte líquida la conforma específicamente el agua libre y finalmente la parte gaseosa que está constituida por aire o algún otro gas. (Figura 1). [pic 2]

Figura 1. Diagrama trifásico y su nomenclatura.

Algunos suelos contienen, además, materia orgánica en diversas formas y cantidades, pero aunque el contenido de materia orgánica es muy importante en las propiedades mecánicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y volúmenes de las tres fases principales.

Es muy necesario calcular la humedad y el peso específico de la muestra, ya que permiten calcular otras relaciones de importancia que nos ayudarán a caracterizar el suelo de forma preliminar e identificar las dificultades más probables con las que se pueda enfrentar. El peso específico de un suelo, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad y de los huecos de aire. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan por un lado calcular el peso específico seco y por otro la humedad. Este término es diferente al de la densidad del suelo, que establece una relación entre la masa y el volumen. 

Por lo tanto a continuación se describen cada uno de los tres distintos métodos y procedimientos utilizados en laboratorio para calcular el peso específico de nuestro suelo inalterado y obtener un dato teórico del peso volumétrico de la masa de suelo.

Antecedentes

PESO ESPECÍFICO.

El peso volumétrico en estado natural del suelo o peso específico de la masa de suelo, es la relación entre el peso del mismo y el volumen que ocupa.  

• Fórmula:

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Donde:

PORCENTAJE DE HUMEDAD.

Contenido de humedad, es la relación del peso del agua entre el peso de los sólidos de un suelo, se expresa en forma de porcentaje.

• Fórmula:

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ERROR RELATIVO.

El error relativo lo utilizamos para determinar la precisión de la medición. Nos dice la proporción del error con respecto al valor exacto de la medición. Una medida es buena cuando no supera el 5%. 

• Fórmula:

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Material y Equipo

• Báscula con precisión de 0.01 gr.
• Cuchillos de labrado
• Vernier
• Recipientes de vidrio o taras
• Horno de secado
• Parafina
• Mercurio (Hg)
• Cajas Petri
• Charolas
• Varios: espátula, franela, guantes de látex, embudo.

Desarrollo

• Método 1: Por dimensiones.

1. Principalmente se procede a labrar cuidadosamente con ayuda de los cuchillos la muestra inalterada de suelo, previamente obtenida en campo, dándole forma de cubo con dimensiones lo más aproximadas a los 3.5 cm. (Figura 2).

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                Figura 2. Labrado de muestras.

Nota:

Se labraron tres cubos de las mismas dimensiones de nuestra muestra inalterada para obtener el error relativo de los tres especímenes y en general comparar la diferencia de error en los tres cubos de suelo.

1. Con ayuda del vernier se procede a tomar las medidas de las tres longitudes de cada uno de los cubos y posteriormente se registran estos datos para calcular el volumen de cada muestra.
2. Después de conocer y registrar las mediciones, se pesa el espécimen en la báscula para conocer el peso de la masa de la muestra (Wm). (Figura 3).

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                  Figura 3. Pesaje de muestra labrada.

1. Finalmente con los datos obtenidos se calcula el peso específico de las muestras y su respectivo error relativo

• Método 2: Por inmersión en agua (método de la parafina)

1. Se procede a labrar un pequeño terrón de la muestra inalterada de suelo, sin importar sus dimensiones y la forma del mismo.
2. Posteriormente se pesa la muestra para conocer el peso de su masa (Wm). (Figura 4).

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                  Figura 4. Pesaje de muestra.

1. Se coloca la parafina en una olla o recipiente de aluminio y esta es calentada en la estufa hasta llegar a una temperatura aproximadamente de 60°C o hasta que la parafina se encuentre totalmente liquida.
2. Una vez que la parafina está completamente caliente y liquida se amarra un hilo o cordón al espécimen de suelo y este se sumerge en la parafina caliente y posteriormente se retira.  (Figura 5).

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                      Figura 5. Sumergir muestra en parafina caliente.

Nota:

Se debe procurar que la parafina una vez seca cubra por completo el terrón o este debe ser sumergido nuevamente.  

1. Después de que el espécimen ha sido retirado de la parafina, se pesa al aire, es decir, se suspende del hilo en un gancho especial con el que cuenta la báscula y se determina su peso.
2. Finalmente se sumerge en agua el espécimen cubierto de parafina, se suspende en la báscula, sin que toque el fondo ni las paredes del recipiente que contiene el agua, se registra su peso y se determina su peso específico. (Figura 6).

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                     Figura 6. Pesaje de muestra con parafina.

• Método 3: Por inmersión en mercurio (Hg).

1. Se procede a labrar un pequeño terrón de la muestra inalterada de suelo, sin importar sus dimensiones y la forma del mismo.
2. Posteriormente se pesa la muestra para conocer el peso de su masa (Wm). (Figura 7).

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                   Figura 7. Pesaje de muestra.

1. Se pesa una caja Petri que es donde quedara el mercurio desalojado al momento de realizar la inmersión de la muestra en el mercurio. (Figura 8).

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                  Figura 8. Pesaje de caja Petri.

1. Enseguida se coloca una charola redonda de aluminio y sobre ella la caja Petri previamente pesada, esto con el fin de una mayor protección en caso de un derrame del mercurio.  
2. Se coloca una flanera sobre la caja Petri y esta es llenada a tope con el mercurio, con ayuda de un embudo.
3. El terrón de suelo es colocado en la flanera con mercurio y con ayuda de una placa de vidrio este es sumergido completamente, provocando un desplazamiento de volumen del mercurio, el cual es recolectado en la caja Petri. (Figura 9).

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                   Figura 9. Inmersión de la muestra en Hg.

1. Se registra el peso de la caja Petri con el mercurio desplazado y posteriormente se regresa el mercurio a su recipiente inicial. (Figura 10).

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                   Figura 10. Pesaje de Hg desplazado.

1. Con los datos obtenidos se procede a realizar los cálculos pertinentes para obtener el peso específico de la muestra.

• Determinación del contenido de agua (ω)

1. Principalmente se pesa una flanera donde será colocada la muestra.  
2. Se colocan 20g de la muestra inalterada en la flanera y se registra el peso de la flanera ya con la muestra.
3. Se introduce la flanera con la muestra en el horno a una temperatura de 110 ± 5 ºC, durante 24 horas. (Figura 11).

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                   Figura 11. Secado de muestra.

1. Pasadas las 24 horas se retirara la flanera del horno y se registra el nuevo peso de estas.
2. Con los datos obtenidos y la fórmula del porcentaje de humedad se determina la humedad de nuestra muestra inalterada de suelo.

Resultados

• Método 1: Por dimensiones

A continuación se muestran las medidas de longitudes de los cubos labrados en el método 1, así como su peso específico y % de error. (Tabla 1).

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