INFORME1-SUELOS

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INFORME DE LABORATORIO. PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
Y GRAVEDAD ESPECÍFICA
ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS
PRESENTADO A:
MSC. NEBARDO ARTURO ABRIL GONZÁLEZ
PRESENTADO POR:
NIRRZA DAYANA SANABRIA REYES
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD SECCIONAL SOGAMOSO
ESCUELA DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
2023
INTRODUCCIÓN
El estudio de los suelos y las propiedades inmanentes a ellos, reclaman gran interés en
diversos ámbitos, en especial el de la geotecnia. Este estudio de las propiedades de los suelos
es la base fundamental de la ciencia geotecnia, ya que de esto depende en gran medida los
pasos a seguir en cualquier proyecto u obra; y, es por esto que las determinaciones de estas
propiedades deben ser muy rigurosas y el entendimiento de las mismas debe ser pleno en pro
de realizar predicciones más precisas respecto al comportamiento geomecánico de los suelos.
Consecuentemente, determinar las medidas preventivas o viabilidad de un proyecto
geotécnico.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto de la importancia de las propiedades
inherentes a los suelos, se advierte que en gran medida estas se deben a la composición,
estado in situ entre otras variables; pero, en esta oportunidad son de primordial interés las
fases de los suelos, las cuales están compuestas por la fase sólida, líquida y gaseosa. Además,
con estas distribuciones se derivan a su vez las denominadas relaciones fundamentales,
dentro de las cuales se encuentran la relación de vacíos, porosidad, saturación, saturación de
aire, gravedad específica, húmedad y peso unitario principalmente, que es el objeto de estudio
de esta práctica llevada a cabo, y los resultados obtenidos se muestran a lo largo de este
documento.
|El presente informe tiene como finalidad exponer brevemente acerca de las
relaciones, a fin de resaltar la importancia de las propiedades físicas como parte del análisis
del potencial de los suelos.
MATERIAL UTILIZADO
En cuanto a la muestra de suelo usada para llevar a cabo esta práctica de laboratorio, hay que
aclarar que para esta no se realiza una granulometría de la misma, por lo cual no se puede dar
una clasificación sistemática o específica por los sistemas ya establecidos y mayormente
usados, que son, el sistema unificado de clasificación o USC o SUCS y el otro que es el
método de la asociación americana de agencias oficiales de carreteras y transportes
AASHTO, por lo cual se hacen aproximaciones o clasificaciones preliminares de las cuales se
cataloga que la muestra corresponde a suelos gravosos con presencia de algunos limos
orgánicos, en cuanto a una clasificación de índole geológica, debido a la presencia de
material orgánico, la clasificación por composición sería orgánica y en cuanto a la
clasificación según su origen, se decide denotar como un suelo de tipo transportado, esto en
base a que se infiere que por el sitio de extracción y las circunstancias geológicas no puede
llegar a ser un suelo de origen residual.
En cuanto a la localización de la extracción de la muestra de suelo, se acota que esta fue
proporcionada por el laboratorista y se sabe que es extraída dentro del campus universitario.
PRÁCTICA 1. FASES DE UN SUELO.
1.1. MARCO TEÓRICO
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólida
está formadas por las partículas minerales del suelo ( incluyendo la capa sólida adsorbida); la
líquida por el agua (libre, específicamente), aunque en los suelos pueden existir otros líquidos de
menor significación; la fase gaseosa comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes
otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc). La capa viscosa del agua absorbida que
presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y líquida, suele incluirse en esta última, pues
es susceptible de desaparecer cuando el suelo es sometido a una fuerte evaporación (secado).
Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos, mientras que
la fase sólida constituye el volumen de los sólidos.
Se dice que el suelo está totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por agua.
Un suelo en tal circunstancia consta como caso particular, de solo dos gases, la sólida y la líquida.
Muchos suelos yacentes sobre el nivel freático están totalmente saturados.
Algunos suelos contienen, además, materia orgánica en diversas formas y cantidades. Aunque el
contenido de materia orgánica y las capas adsorbidas son importantes desde el punto de vista de
las propiedades mecánicas del suelo, no es preciso considerarlos en la medición de pesos y
volúmenes relativos de las tres fases principales; su influencia se toma en cuenta más fácilmente
en etapas posteriores del estudio de cierta propiedades de los suelos.
A continuación en la figura 3 se presentan las fases principales del suelo
Figura 3. Fases de un suelo.
Donde:
Va: Volumen de aire presente en la masa
de suelo.
Vw: Volumen de agua presente en la
masa de suelo.
Vv: Volumen de vacíos presente en la
masa de suelo.
Vs: Volumen de sólidos presente en la
masa de suelo.
Vt: Volumen total de la masa de suelo.
Wa: Peso del aire presente en la masa de
suelo, (Se considera igual a cero).
Ww: Peso de agua presente en la masa de
suelo.
Ws: Peso seco de los sólidos.
Wt: Peso total de la masa de suelo.
La mecánica de suelos maneja las siguientes relaciones fundamentales y en base a las mismas
determina propiedades físicas y mecánicas de los suelos.
Relación de Vacíos (e): Relación que existe entre el volumen de los vacíos (Vv) y el volumen de
los sólidos (Vs).
𝑒 = 𝑉𝑣 𝑉𝑠 
Juarez Badillo- Rico Rodríguez (2005) expone que “no es común encontrar valores menores a
0.25 (arenas muy compactas con finos) y mayores a 15 (arcillas con altos grados de
compresibilidad)”.
Porosidad (n): Relación que existe entre el volumen de vacíos y el volumen de su masa (Vt). La
porosidad presentará valores de cero en suelos de solo fase sólida y valores de cien (100) es espacios
vacíos. Valores entre el 20 y 95 % son los normalmente obtenidos.
𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉𝑡
La relación de vacíos (e) se halla también a partir de la porosidad como sigue a continuación:
𝑒 = 𝑛1 − 𝑛
Grado de Saturación (S): Relación que existe entre el volumen de agua (Vw) y el volumen de
vacíos. Su valor se presenta en porcentaje. -
S= 0 % Suelos Secos
S=100 % Suelos Saturados 𝑆(%) = 𝑉𝑤𝑉𝑣 ∗ 100 
Peso Unitario (γ): Relación que existe entre el peso total de la masa de suelo (Wt) y el volumen
total de la masa de suelo.
 γ = 𝑊𝑡 𝑉𝑡
Volumen de Sólidos (Vs): 𝑉𝑠 = 𝑊𝑠 𝐺𝑠 ∗ γ𝑤
Donde: Gs: Gravedad Específica de los Sólidos del Suelo y γw: Peso Unitario del Agua
Volumen del Agua (Vw): 𝑉𝑤 = 𝑊𝑤𝐺𝑤 ∗ γ𝑤 = 𝑊𝑤
Donde: Gw: Gravedad Especifica del Agua y γw: Peso Unitario del Agua .
Contenido de Humedad (w): Relación que existe entre el peso del agua presente en la muestra de
suelo y el peso seco de los sólidos. Su valor se presenta en porcentaje
. 𝑤(%) = 𝑊𝑤𝑊𝑠 ∗ 100
1.2. PROCEDIMIENTO
1.3. TABLA DE DATOS
PESO DEL NÚCLEO HÚMEDO = 608,12 gr
PESO DEL NÚCLEO SECO = 559,35 gr
DIÁMETROS DEL NÚCLEO
● Diámetro superior: 5,74 cm
● Diámetro medio: 5,68 cm
● Diámetro inferior: 5,66 cm
● Diámetro promedio: 5,693 cm
ALTURAS DEL NÚCLEO
● Altura 1: 11,29 cm
● Altura 2: 11,32 cm
● Altura 3: 11,45 cm
● Altura promedio: 11,353 cm
PESO DE LOS VASOS VACÍOS
● Vaso 1 = 11,85 gr
● Vaso 2 = 7,81 gr
PESO DE LOS VASOS CONMUESTRA
● Vaso 1 = 64,92 gr
● Vaso 2 = 59,65 gr
DIÁMETRO PROM. MUESTRA (cm) 5,693
ALTURA PROM. MUESTRA (cm) 11,353
W. MUESTRA HÚMEDA (gr) 608,12
W. MUESTRA SECA (gr) 559,35
ÁREA DE LA MUESTRA ( )𝑐𝑚2 = (2π × 𝑟(𝑟 + ℎ)) 253,959
VOLUMEN DE LA MUESTRA ( )𝑐𝑚3 = (π × 𝑟 2 × ℎ) 288.99
PESO UNITARIO HÚMEDO ( )𝑔𝑟/𝑐𝑚3 0,354
PESO UNITARIO SECO ( )𝑔𝑟/𝑐𝑚3 0,169
1.4. RESULTADOS
1.4.1 FASES DE UN SUELO
- DIAGRAMA DE FASES
RELACIONES FUNDAMENTALES:
Volumen del matraz Vf=500 ml
● Volumen de agua (Vw): 𝑉𝑤 = 𝑊𝑤γ𝑤
𝑉𝑤 = 48,77 𝑔𝑟
1 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
Vw = 48,77 𝑐𝑚 3
● Volumen de sólidos (Vs): 𝑉𝑠 = 𝑊𝑠𝐺𝑠×γ𝑤
𝑉𝑠 = 559,35 𝑔𝑟2.34 × 1
Vs = 239.03 𝑐𝑚 3
● Relación de vacíos: 𝑒 = 𝑉𝑣𝑉𝑠
𝑒 = 49.96 𝑐𝑚
3
239,03 𝑐𝑚 3
e = 0,209
● Porosidad: 𝑛 = 𝑉𝑣𝑉𝑡 × 100%
𝑛 = 49.96 𝑐𝑚
3
288.99 𝑐𝑚 3
× 100%
n = 17.29%
● Saturación: 𝑠 = 𝑉𝑤𝑉𝑣 × 100%
𝑠 = 48,77 𝑐𝑚
3
49.69 𝑐𝑚 3
× 100%
S = 97.61%
● Saturación de aire: 𝑆𝑎 = 𝑉𝑎𝑉𝑣 × 100%
𝑆𝑎 = 1.19 𝑐𝑚
3
49.96 𝑐𝑚 3
× 100%
Sa = 2.38%
RELACIONES EN PESO
● CÁLCULO PORCENTAJE DE HUMEDAD:
El método gravimétrico es el único método directo de medición de la humedad del suelo.
Dicho método consiste en tomar una muestra de suelo, pesarla antes y después de su desecado
y calcular su contenido de humedad. La muestra de suelo se concederá seca cuando su peso
permanece constante a una temperatura de 105°C.
MUESTRA WMuestra húmeda (gr) W Muestra húmeda-vaso (gr) W Muestra seca-vaso(gr)
1 64,92 64,92 - 11,85 = 53,07 60,28 - 11,85 = 48,43
2 59,65 59,65 - 7,81 = 51,84 55,32-7,81= 47,51
ω = (𝑊𝑤−𝑊𝑠)𝑊𝑠 × 100%
Muestra 1:
9,6%ω = (53,07−48,43)48,43 × 100% =
Muestra 2:
9,1%ω = (51,84−47,51)47,51 × 100% =
● CÁLCULO PESO UNITARIO:
PESO UNITARIO HÚMEDO ( ): = 0,354𝑔𝑟/𝑐𝑚3 γ𝑚 = (𝑊𝑠+𝑊𝑤)𝑉𝑡
PESO UNITARIO SECO ( ): = 0,169𝑔𝑟/𝑐𝑚3 γ𝑑 = 𝑊𝑠𝑉𝑡
PRÁCTICA 2. GRAVEDAD ESPECÍFICA
2.1. MARCO TEÓRICO:
Gravedad específica.
Es la relación entre la masa de un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada y la masa del
mismo volumen de agua destilada y libre de gas, a la misma temperatura. Cuando el suelo está
compuesto solo de partículas mayores que el tamiz de 4.75 mm (No. 4)
La gravedad específica de cualquier sustancia se define como el peso unitario del material en cuestión
dividido por el peso unitario del agua destilada a 4° e. Así, si se consideran solamente los granos del
suelo se obtiene G, como:
𝐺
𝑠
=
𝑊
𝑆
𝑊
𝑏𝑤
+𝑊
𝑠
−𝑊
𝑏𝑤𝑠
2.2. PROCEDIMIENTO
GRAVEDAD ESPECÍFICA Y CALIBRACIÓN DEL MATRAZ:
PROCEDIMIENTO FOTOGRAFÍA
1. Pesamos un matraz de 500 ml,
totalmente limpio y seco
2. Llenamos con agua natural hasta
el aforo
3. Se registra la temperatura y el
peso inicial
4. Vamos calentando el matraz en la
estufa con agua hasta que se
observe un aumento en el
volumen
5. Se retira el exceso de agua, hasta
llegar al aforo y se registra la
temperatura y el peso
6. Repetimos el proceso hasta
obtener 5 datos de temperatura y
peso del matraz para su correcta
calibración.
7. Se agregan 100,03 gr de material
previamente preparado,
mezclamos y registramos datos
de temperatura y peso
8. Retiramos la materia orgánica
del aforo del matraz y
procedemos a tomar los
respectivos datos.
9. Agregamos la mezcla de material
y agua a un recipiente
previamente pesado.
10. Llevamos el recipiente con la
muestra al horno donde se deja 2
días a una temperatura de 110ºC.
y posteriormente se registra el
peso
2.3. TABLA DE DATOS
● PESO DE LA MUESTRA EN EL PLATO (Ws) = 100,03 gr
● Peso matraz seco y vacío (Wb) = 160,41 gr
● Peso matraz + agua (Wbw) = 672,66
● Peso matraz con la muestra con materia orgánica a 30ºC (Wbws) = 729,88 gr
● Peso matraz con la muestra sin materia orgánica a 30ºC (Wbws) = 732,97 gr
● Peso del suelo seco = 206,54 gr
TEMPERATURA (ºC) PESO MATRAZ + AGUA ( gr.)
1 19 672,66
2 26 671,85
3 31 671,17
4 35 670,52
5 39 668,57
2.4. RESULTADOS
2.4.1. GRAVEDAD ESPECÍFICA:
𝐺
𝑠
=
𝑊
𝑆
𝑊
𝑏𝑤
+𝑊
𝑠
−𝑊
𝑏𝑤𝑠
,𝐺
𝑠
= 100,03 𝑔𝑟(672,66 + 100,03 − 729,88) 𝑔𝑟
asumiendo el valor de Wbws con materia orgánica.
𝐺
𝑠
= 2, 34
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Especialmente este apartado toma gran importancia en cualquier práctica de laboratorio
realizada, ya que en él se hace una reflexión analítica respecto a los resultados obtenidos en la
práctica, y en base a esto y junto al criterio del intérprete se pueden realizar recomendaciones,
repetición o aprobación de prácticas, dar viabilidad o no a proyectos entre otras decisiones.
Comenzando por los resultados en cuanto a las propiedades físicas, se puede notar que en
general y a grandes rasgos el procedimiento no es dificultoso, pero en este hay que tener en
cuenta que hay variables o elementos propios del laboratorio los cuales llevan consigo cierto
tipo de incertidumbre, lo cual puede derivar en márgenes de error mayores o menores
dependiendo de dicha incertidumbre de los equipos. Además de esto la manipulación poco
experimentada en las muestras por parte de los estudiantes juega un papel importante en el
grado de error debido al factor humano.
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, se puede decir que el valor de humedad
obtenido está dentro de los parámetros naturales, o esperados, con lo cual se infiere que hasta
este punto del proceso la propagación de error o incertidumbre y el factor humano no han
afectado en gran medida la práctica.
En cuanto a la determinación de la gravedad específica, se puede apreciar que el proceso
llevado a cabo para la obtención de la misma tiene más complejidad, y en este la
incertidumbre y el factor humano podrían llegar a tener más relevancia y afectar de forma
negativa el procedimiento, por esto se lleva a cabo una calibración del matraz, con la cual se
obtiene una curva, la cual nos indica el volumen específico del agua a cierta temperatura para
evitar errores de paralaje cuando se lleva el agua hasta el aforo. Con lo anterior ya
mencionado, y después de una investigación en diferente literatura se dan rangos variables
para la gravedad específica, pero para el tipo de muestra empleada en esta práctica se
evidencia que la gravedad específica debe estar entre valores de 2.5 a 2.7, con lo cual se
evidencia una pequeña discrepancia, ya que el valor obtenido es de aproximadamente 2.4, lo
que genera una diferencia pequeña pero aun así notoria.
Con las medidas directas obtenidas tales como pesos y el volumen total del testigo o muestra
cilíndrica y además los valores de humedad y gravedad específica se pueden realizar cálculos
que van de la mano a las fórmulas ya establecidas de las relaciones fundamentales y llegar a
el diagrama de fases específico para la muestra en cuestión. Así mismo se puede llegar a
otros indicadores tales como relación de vacíos, porosidad, saturación y saturación de aire,
los cuales dependen de la veracidad de los datos obtenidos en el laboratorio.
En general, los resultados obtenidos se hayan lógicos y dentro de los parámetros esperados, y
se puede ver una cierta uniformidad en los mismos, por ejemplo al ver que la saturación es
alta pero la porosidad baja se adapta perfectamente a la primera aproximación visual y
sensorial de la muestra, de igual manera se puede ver que el volumen de aire presente en la
muestra es bajo y así mismo se comporta la saturación de aire, pero además de esto, en el
momento en se realiza el testigo cilíndrico la muestra queda compacta y esto reduce en cierto
modo el espacio que puede llegar a ocupar el aire y concentra el volumen de agua.
Como recomendación respecto a todos los procesos llevados a cabo en esta práctica se
sugiere verificar o buscar apoyo más experimentado para comprobar la fiabilidad del valor de
gravedad específica, se recalca que la discrepancia es pequeña, pero llega a existir.
CONCLUSIONES
● La condición física de los suelos tiene gran importancia en aspectos como la fuerza de
sostenimiento, la facilidad para la penetración de las raíces, la aireación, la capacidad
de almacenamiento de agua y la retención de nutrientes de los mismos.
● Asimismo, se concluye que, al incorporar las evaluaciones de las propiedades físicas,
se obtienen como resultado estudios y diagnósticos mucho más precisos, que
contribuyen a garantizar un mejor manejo del suelo como recurso productivo.
● Mediante la obtención de datos mediante prácticas de laboratorio se llegó al valor de
la gravedad específica de la muestra.
● Se logró llegar al valor de la humedad natural de la muestra mediante las prácticas de
laboratorio.
● Con los valores de gravedad específica y humedad natural previamenteobtenidos,
mediante cálculos se logra llegar a las relaciones fundamentales, tales como relación
de vacíos, porosidad, saturación y saturación de aire.
● Mediante esta práctica se pudo contextualizar y entender a cabalidad todo lo que
respecta a propiedades físicas y relaciones de fases en los suelos.
● Para obtener datos con mayor fiabilidad y exactitud se debe recurrir a equipos que se
encuentren en óptimas condiciones y a personal plenamente calificado y
experimentado en el ámbito de las prácticas de laboratorio.
ANEXOS
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Descriptores geotécnicos (2): densidad, humedad y parámetros de estado - Estudios
Geotécnicos. (n.d.). Retrieved February 7, 2023, from
https://estudiosgeotecnicos.info/index.php/descriptores-geotecnicos-2-densidad-humedad-y
-parametros-de-estado/
Gravedad Especifica de los suelos. (n.d.). Retrieved February 20, 2023, from
https://ensayosdelaboratoriosuelos.wordpress.com/gravedad-especifica-de-los-suelos/
Padilla Velázquez, R. R. (2021). Relaciones De Fase En La Ingeniería Geotécnica Moderna.
1–11.
RelacionesVolumétricas. (2013). Relaciones ganulométricas y de volumen en un suelo.
Biblioteca Digital UNAL, 9. http://www.bdigital.unal.edu.co/1864/