Mecnica de Suelos II

Mecnica de Suelos IIEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYORDE SAN MARCOS

1. Introduccin

Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, est formado porla suma de sus aguas libre, capilar e higroscpica.La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las caractersticas ms importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura ms fina), como porejemplo cambios de volumen, cohesin, estabilidad mecnica.El mtodo instantneo o Speedy, permite mediante la utilizacin de un aparato denominado humedmetro, obtener la cantidad de humedad de la muestra de un suelo en el mismo sitio donde se realiza el estudio, estos resultados rpidos dan una buena aproximacin a la realidad cuando se desea conocer este indicador de manera breve. El mtodo de secado al horno es el ms exacto. Usando un horno a gas o elctrico, manteniendo una temperatura constante (110C 5C), durante un lapso de 18 horas aproximadamente, se dejan secar las muestras de suelo hmedo. Considerando el peso de las cpsulas a utilizarse se establece la relacin entre peso del agua y peso del suelo seco. Existe una variante del mtodo de secado al horno, usando el horno microondas convencional, se debe tener especial cuidado de que la muestra no contenga metales, adems la temperatura del horno microondas depender de su potencia elctrica, por lo que no se puede asegurar que se mantendr constanteEl mtodo del Speedy tiene la ventaja de determinar el contenido de humedad de un suelo en pocos minutos, aunque los resultados deben ser relacionados con el mtodo del horno.Generalmente es usado para controlar la humedad de los suelos antes y despus de ser compactados, tanto en la construccin de terraplenes como en presas de tierra, entre otros.

2. Objetivos

Conocer la utilizacin adecuada del humedmetro (speedy).

Determinar el porcentaje de humedad de una muestra con el Humedmetro

De ser posible, determinar el porcentaje de humedad de una muestra en el horno y realizar una comparacin entre la humedad de estos dos ensayos. *

3. Marco Terico3.1. Contenido de HumedadEsta propiedad fsica del suelo es de gran utilidad en la construccin civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los sueles en la construccin estn regidos, por la cantidad de agua que contienen. El contenido de humedad de un suelo es la relacin del cociente del peso de las partculas slidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en trminos de porcentaje, y est dada por la siguiente expresin: El mtodo tradicional de determinacin de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relacin expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partculas slidas, es decir:

Dnde: w = contenido de humedad expresado en % Ww = peso del agua existente en la masa de suelo Ws = peso de las partculas slidas

3.1.1. Mtodo del Horno

Equipo necesario Horno de secadocon circulacin de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 1 1 0 5 C. Balanza. Su precisin variar de acuerdo a la cantidad de muestra a pesar, segn lo indicado en la tabla Herramientas y accesorios. Recipientes de porcelana, guantes, esptula y brocha.

ProcedimientoSe toma una muestra representativa de suelo, de acuerdo al tamao mximo de las partculas. A continuacin, se coloca la muestra hmeda en un recipiente previamente tarado (Mr), para proceder a pesar la muestra hmeda ms el recipiente, obteniendo Mh.Luego se coloca el conjunto dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura de 1 1 0 5 C. Transcurrido dicho tiempo, se determina el peso del recipiente con la muestra seca (Ms ) .ClculosCalcular el contenido de humedad(w) de la muestra:w = (M h - Ms) / (M s - M r) * 1 0 0 (%), donde: Mh = peso recipiente ms la muestra de suelo hmedo (g r s.) Ms = peso recipiente ms la muestra de suelo seca (g r s.) M r = peso recipiente (g r s.)

Observaciones.- Se recomienda usar el horno a 6 0 C, para no falsear la humedad en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgnica, yeso o ciertos tipos de arcillas - En la mayora de los casos, el tiempo de secado vara dependiendo del tipo desuelo. Porejemplo una muestra de arena puede secarse en slo algunas horas, ciertas arcillas podrn tardar ms de 24 horas. En caso de que el tiempo establecido sea insuficiente,lamuestra continuar en el horno hasta obtener pesadas consecutivasconstantestranscurridas4 horas entre ellas- Para evitarprdidas de humedad, como tambin absorcin de humedad atmosfrica luego de extraerla muestra del horno, se recomienda el empleo de recipientes hermticos con tapa.- Las muestras ensayadas para determinar la humedad, debern ser descartadas y no se utilizarn en ningn otro ensayo.

3.1.2. Otros mtodos para determinar el contenido de humedad

Mtodo del alcohol metlico.Consiste en saturarcon alcohol metlico una muestra de suelo previamente pesada y encenderle fuego, obteniendo el secado de la muestra por combustin. Se repite el ensayo hasta obtener pesos constantes y luego se determina el contenido de humedad. La limitante es que este mtodo no entregabuenos resultados en suelos orgnicos.

Mtodo del Speedy.Consiste en mezclaruna muestra de suelo previamente pesada con carburo de calcio molido en el interior de una cmara de acero hermtica, la cual posee en su base un manmetro que registra la presin originada por el gas acetileno, entregando indirectamente la humedad del suelo referidaal peso hmedo dela muestra. La limitantees que este mtodo entrega resultados falsos en suelos plsticos y adems la muestra empleada es de tamao muy reducida.

Mtodo del picnmetro de aire diferencial. Consiste en introducir en un cilindro calibrado una muestra de suelo previamente pesada y colocarlo en una prensa del aparato para ejercer sobre l una presin por medio de una bomba de mercurio, produciendo una expansin de aire por los vacos del suelo. De esta forma se obtiene el volumen de aire de la muestra mediante una tabla de aforo. Con los datos obtenidos se calcula la humedad del suelo mediante una frmula que est en funcin de la gravedad especfica del suelo y del agua, el volumen de air e y el peso total de la muestra de suelo.

Mtodo nuclear. Se realiza en instrumentos que se basan en las leyes fsicas de dispersin de los neutrones en el suelo. De esta forma indican el valor de la humedad del suelo en base a la velocidad de dispersin. Una fuente emite neutrones de altaenerga, la que se va perdiendo a medida que estos chocan con los ncleos pesados del suelo o con los ncleos de tomos de hidrgeno, los que hacen perder mucha ms energa a los neutrones que cuando chocan con tomos ms pesados. Luego, un receptor registra los tomos lentos que dependen del nmero de tomos de hidrgeno interceptados, los que se correlacionan con el contenido de agua.

Mtodo de la aguja Proctor.Consiste en determinar la fuerza necesaria de aplicarpara introducir una aguja estandarizada en probetas Proctor compactadas en laboratorio con diferentes humedades, obteniendo un curva de calibrado de humedad v/s esfuerzo. Para obtener la humedad en terreno, se determina la resistencia a la penetracin de una muestra de suelo antes de su apisonamiento en el mismo molde Proctor, leyendo el contenido de humedad en la curva de calibracin.

3.2. Mtodo Instantneo, del SPEEDY, o Humedmetro

3.2.1. NormaAASHTO T 217: Determination of Moisture in Soils by Means of a Calcium Carbide Gas Pressure Moisture Tester

3.2.2. Descripcin Consiste en mezclar una muestra de suelo previamente pesada con carburo de calcio molido en el interior de una cmara de acero hermtica, la cual posee en su base un manmetro que registra la presin originada por el gas acetileno, entregando indirectamente la humedad del suelo referida al peso hmedo de la muestra.

La limitante es que el mtodo entrega resultados falsos en suelos plsticos y la muestra utilizada es muy reducida.

3.2.3. Equipo

Speedy o Humedmetro: Consta de un envase de aluminio, en forma de campana, que en su base tiene integrado un manmetro de presin y en la parte superior posee una horquilla en forma de estribo que sirve para cerrarlo hermticamente. Tambin tiene una tapa en forma de copa para colocar la muestra.Diseado para condiciones ms exigentes siendo utilizada para pruebas antes de colocarlas al comprador. Una pequea muestra el material a ensayar se pesa en la balanza y despus se coloca en el recipiente que se sujeta en la mano.El reactivo reacciona con la humedad libre en la muestra para producir gas acetileno, que provoca un aumento de presin en el recipiente. A continuacin se lee directamente el contenido en tanto por ciento de humedad en el manmetro de presin calibrado.

Balanza con sensibilidad de 0.1 g.

Instrumento para medir el carburante (Cuchara para medir el reactivo de carburo de calcio).

.Dos esferas de acero de 31.75 mm (1"), de dimetro.

Cepillo y trapo para limpieza.

3.2.4. Procedimiento

La muestra de suelo a ensayar se coloca en un contenedor donde pueda ser mezclada apropiadamente y se cubre con un pao hmedo.Dentro del Speedy se colocan dos cucharadas de carburo. Se toma una muestra representativa del material y se pesa en la balanza propia del Speedy Se coloca la muestra en la tapa del Speedy El Speedy debe ser sostenido horizontalmente para evitar que la muestra y el carburante se mezclen antes de ser sellado hermticamente.

Para suelos cohesivos:

Una vez colocado el carburo, se introducen las esferas metlicas, para que pulvericen la muestra de suelo cohesivo y permitir una mejor reaccin con el carburo. Se cierra hermticamente la tapa con el tornillo y se coloca el Speedy en posicin vertical, en forma tal que el material caiga dentro del recipiente. Manteniendo el cuerpo del instrumento en posicin horizontal, se rota por 10 segundos, de tal forma que las esferas estn en rbita, describiendo la circunferencia interior. Se deja reposar el Speedy por 20 segundos y luego se repite el ciclo rotacin reposo, hasta que la lectura del manmetro sea constante, el procedimiento debe durar 3 minutos.

Para suelos no cohesivos:

Una vez cerrado hermticamente el Speedy, se sostiene este con el manmetro hacia abajo y se agita violentamente en posicin vertical durante 3 segundos. Se gira rpidamente el instrumento, de modo que el manmetro quede hacia arriba, dndole un golpe suave, para asegurarse de que todo su contenido caiga en la tapa, manteniendo el Speedy en esta posicin durante 1 minuto. Se repite la operacin hasta que la lectura del manmetro sea constante.

3.2.5. Normas de SeguridadPara este procedimiento se debe colocarse barbijos ya que el carburo de calcio al estar en contacto con el agua produce un gas toxico para las personas. Por eso hay que tener cuidado en el momento de la limpieza.

4. Procedimiento en Campo

Fecha del ensayo: 11 de abril del 2014. Hora de inicio: 8 a.m. Lugar del ensayo: E.A.P. Ingeniera de Minas Ciudad Universitaria Lima

4.1. Descripcin Se alistaron todos los materiales a usar en la excavacin de la calicata (pico y lampa). Posteriormente se inici la excavacin a la hora mencionada, haciendo una calicata de aproximadamente 1m x 1m. El trabajo de excavacin se llev a cabo de manera ordena, excavando cada uno de los integrantes una cierta parte de toda la excavacin.

Excavacin de la calicata realizada por cada integrante del grupo

Durante el proceso de excavacin se encontr una cantidad considerable de material de relleno (aproximadamente de 50cm, encontrndose basura y races de vegetacin aledaa al lugar).

Extraccin de races con el pico en la calicata

Cabe acotar que el da del ensayo fue un da bastante caluroso, lo que dificult de cierto modo la excavacin.

Excavacin de la calicata casi terminada

Superados todos estos percances se logr terminar la excavacin de la calicata, llegndose a una profundidad de aproximadamente 1m.

Trmino y medicin de la excavacin de la calicata

Terminada la excavacin de la calicata se dio inicio al ensayo de humedad, haciendo uso del HUMEDOMETRO o SPEEDY cuyo procedimiento se detalla a continuacin:1. Se extrae una muestra representativa del suelo a la profundidad mencionada (de la cual una parte ser usada para el ensayo de humedad haciendo uso del SPEEDY, y el resto para calcular la humedad en laboratorio haciendo uso del horno).

Extraccin de la muestra del suelo en la calicata

1. La muestra extrada se hace pasar por la malla n4.

Colocacin de la muestra por la malla N4

1. De la muestra que paso por la malla n4 se pesan 20gr, en la balanza que contiene el equipo SPEEDY, las cuales ingresaran al humedmetro.

Pesaje de la muestra (20g)

1. Esta muestra es introducida al aparato con dos esferas de acero.

1. Se adicionan cuidadosamente dos cucharadas de carburo de calcio, cuidando que este no entre contacto con la muestra de suelo antes de cerrar hermticamente el instrumento, ya que este componente es el que reacciona con la humedad de la muestra formando el gas acetileno que incrementar la presin dentro del SPEEDY.

Adicin de dos cucharadas de carburo de calcio

1. Una vez cerrado bien el instrumento se procede a agitar vigorosamente el instrumento de forma circular durante aproximadamente 1 minuto.

Movimiento del Speedy o humedmetro

1. Finalmente se registra la medida que nos proporciona el manmetro del instrumento ubicada en la base del mismo.

5. Resultados

En nuestro ensayo, luego de hacer uso del Speedy, el manmetro nos mostr un porcentaje de humedad de la muestra del suelo de 5.2%.

6. Conclusiones y Recomendaciones

1. El resultado obtenido con este procedimiento no es exacto pero muy cercano, este ensayo se realiza bsicamente por su rapidez ya que se puede realizar in situ y cuyo resultado ser comparado posteriormente con el resultado obtenido en el laboratorio haciendo uso del horno.

1. Antes de pesar los 20 g de muestra hacerla pasar por la malla N4 para que as sea mejor el ensayo con una muestra ms fina.

1. Al momento de abrir el recipiente y extraer el carburo de Calcio hacerlo con mucho cuidado sin que se derrame y cerrar luego el recipiente; al momento de colocar en el Speedy el carburo de Calcio evitar que haga contacto con la muestra de suelo sin antes haber cerrado hermticamente el instrumento.

1. Al momento de sacudir el Speedy hacerlo de forma circular y no realizar movimientos que en direccin del eje del Speedy donde se encuentra el manmetro.

7. Bibliografa

http://indhygo-ingenieracivil.blogspot.com/2010/09/mecanica-de-suelos.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Metodos-Para-Determinar-El-Contenido-De/5655468.html

http://www.uned.es/dpto-icf/mecanica_del_suelo_y_cimentaciones/images/mecansueloycimentacionescap_3.pdf

Jurez Badillo. MECANICA DE SUELOS. Tomo I

Joseph Bowles. MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERIA CIVIL

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

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