Gravedad específica, contenido de humedad y peso unitario
Objetivos:
Aprender a hallar el peso unitario de una muestra de suelo, y saber interpretar este valor.
Aprender a hallar la humedad que tiene determinado suelo, y aprender a interpretar este valor.
Hallar valores de gravedad específica de un suelo determinado, con el cual nos podemos dar una idea del tipo de suelo en cuestión.
Aprender a diferenciar la veracidad de los diferentes ensayos de laboratorio.
Reunir los resultados para dar una respuesta veraz a los problemas que se presentan en la mecánica de suelos. Aprender a relacionar la humedad, el peso específico, etc., para sacar una conclusión sobre el suelo.
Introducción:
En este primer laboratorio de suelos, realizamos tres practicas, las cuales nos sirven para determinar ciertas características específicas del material en cuestión, el suelo. Una de estas características es el peso unitario, el cual nos sirve para hallar la relación entre peso y volumen, para posteriormente saber cuanto puede pesar determinado volumen, o para saber que volumen puede hacer determinado peso del suelo. Este resultado de peso unitario, también nos puede dar una idea del número de vacíos que se hallan en el suelo, si comparamos el valor que nos da en el laboratorio, comparándolo con el valor de peso unitario de un suelo conocido, teniendo en cuenta las características del suelo.
La segunda práctica que realizamos fue hallar el porcentaje de humedad que hay en el suelo. Esto fue posible pesando la muestra de suelo, tal como llega de la zona donde se saco (húmedo), pesándolo y luego secarlo y tomar el peso suelto. Podemos definir que el porcentaje de humedad es el peso del agua, sobre el peso de los sólidos, es decir, peso húmedo menos peso seco, sobre peso seco.
La tercera práctica realizada fue la de gravedad específica, la cual nos permite halla la cantidad de vacíos que hay en un determinado suelo, y es tal vez el más importante de las tres practicas realizadas en el laboratorio, ya que nos permite clasificar un suelo.
Gravedad Especifica:
La gravedad específica esta definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 grados centígrados. Se representa la Gravedad Especifica por Gs, y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y agua.
Gs = (Wₛ/v)/(Ww/v)
Procedimiento:
Pesamos un matraz vacío, el cual debe estar limpio y seco, al cual se le agrega una cantidad de agua hasta la línea de aforo, luego se la agrega una cantidad de suelo, aproximadamente 50 gramos, el cual debe pasar por el tamiz 40, y debe estar seco al aire. Luego se saca todo el aire de la mezcla de agua y suelo, lo cual se hace colocando al baño de Maria el matraz con el suelo, y luego colocándolo en una bomba de vacío, repitiendo este ciclo por varias horas, hasta que se determine que el aire del matraz ha salido completamente. Luego se enrasa la cantidad de agua que hace falta, para llegar a la línea de aforo, y se saca el aire nuevamente, si es necesario. El proceso de sacar el aire debe durar de 6 a 8 horas para suelos plásticos, y de 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad.
Luego de tener el matraz con la cantidad de agua especificada, se procede a pesar el matraz el cual contiene agua y suelo, al mismo tiempo que se le toma la temperatura al agua que esta dentro del matraz.
Luego de haber pesado el matraz, la mezcla de agua suelo, se lleva a una cápsula, en donde se colocara al horno, mínimo por 24 horas, para asegurarnos de que la muestra este totalmente seca, y luego se pesa la cápsula. Hay que tener en cuenta de hallar el peso de la cápsula limpia y seca, para poder hallar luego que peso hay de suelos, restando estos dos pesos.
Cálculos:
Tenemos que Gs = A·Wₛ/Wma + Wₛ - Wmas
Teniendo en cuenta que A es la corrección por temperatura que se debe hacer a la muestra, y depende de la siguiente tabla.
| Temperatura °C | A |
|---|---|
| 16 18 20 22 24 26 | 1,0007 1,0004 1,0000 0,9996 0,9991 0,9989 |
Hallamos el peso del matraz con agua a la temperatura de calibración, según la curva de calibración del matraz, la cual a una temperatura de 26,5 grados centígrados nos dio un valor de 635,3 gramos.
El peso del matraz vacío nos dio un Valor de 136,85 gramos
El peso del matraz con agua, suelo nos dio un peso de 643,93 gramos, y la corrección por temperatura, A = 0,9986, a 26 grados centígrados.
Haciendo los cálculos, de acuerdo a la fórmula enunciada anteriormente, la gravedad específica nos da un valor de:
Gs = 1.041
Si pudiéramos decir que este valor tiene un error pequeño, cosa que no es cierta por la forma en que se realizó en el laboratorio, podríamos clasificar el suelo como un suelo con alto contenido de materia orgánica, según la siguiente tabla:
| Tipo de suelo | Gs |
|---|---|
| Arena Arena Limosa Arcilla Inorgánica Suelos con mica o Hierro Suelos Orgánicos | 2,65-2,67 2,67-2,70 2,70-2,80 2,75-3,00 Puede ser inferior a 2,00 |
La gravedad específica sirve para hacer cálculos de cuanto material se puede extraer de una labor minera, un ejemplo claro vemos que la empresa Graña y Montero usa la gravedad específica para hacer un informe de cuanto se ha extraído de material estéril a lo cual ellos se dedican, ayudándose de instrumentos como la estación total, donde les ayuda a determinar el área de extracción, y con los datos de gravedad específica determinan su volumen.
Contenido de Humedad:
El contenido de humedad de una determinada muestra de suelo, esta definida como el peso del agua, sobre el peso de los sólidos por cien (para dar el valor en porcentaje), y esta definida por la letra W.
Procedimiento:
Primero pesamos dos tarros, los cuales estaban limpios y secos, en los cuales íbamos a echar la muestra, para secar en el horno. Luego le echamos una muestra del suelo en cuestión a cada uno de los recipientes, pesándolo de nuevo, teniendo en cuenta de pesar la tapa de los tarros, junto con ellos. Luego se llevaron los tarros al horno, en donde estuvieron más de tres días (ya que era un fin de semana), lo cual nos garantizo que la mezcLa estaba seca. Luego de sacarla del horno, y taparla, se peso, hallando el peso del suelo seco, y el recipiente. De esta manera tenemos todos los datos que se requieren para poder hallar el contenido de humedad del suelo en cuestión.
Cálculos:
El peso del recipiente número 139, con su tapa fue de 19,49 gramos, el cual peso 90,32 gramos con la muestra del suelo húmeda, y 75,98 con el peso del suelo seco.
El recipiente número 205 peso 26,36 gramos cuando estaba vacío, limpio y seco. El mismo recipiente peso 112,42 gramos teniendo el suelo húmedo, y 94,63 teniendo el suelo seco, después de haber salido del horno.
Por lo tanto para la muestra número uno, la del recipiente 139, tenemos:
Peso del agua = Peso húmedo - Peso Seco
Peso suelo seco = Peso seco - Peso recipiente.
Peso agua = 14,24 gramos
Peso suelo seco = 56,49 gramos
Contenido de humedad W = 14,24/56,49·100 = 25,21 Por ciento
Para la muestra número dos tenemos:
Peso agua = 17,79 gramos
Peso suelo seco = 68,27 gramos
W = 17,79/68,27·100 = 26,06 %.
El promedio de las dos muestras es:
W = 25,21 + 26,06/2 = 25,63 Por ciento.
Por lo tanto podemos decir que la muestra en cuestión tenia el 25,63 % de Líquidos.
Es importante resaltar que cuando se mete un suelo en un horno, se supone que todo el suelo, en su parte sólida se mantendrá así, y que no se evaporara, como suele suceder con algunos asfaltos, que al calor se convierten en gas, mermando el peso de la parte sólida. También se supone que no hay materia orgánica que se afecte con el calor del horno.
Peso Unitario:
El peso unitario de Un suelo, esta definido como el peso de la muestra, sobre su volumen. Si se tiene una figura regular de muestra, se puede hallar su volumen con las medidas de esta figura, y por geometría, sacar el volumen de suelo que hay. Si por el contrario, no se cuenta de un figura geométrica pareja, se debe llevar a otros métodos, por medio de los cuales con el desplazamiento de agua, al meter este suelo en un estanque llena de esta, se puede llegar a calcular el volumen de la muestra. Con este método, se debe tener en cuenta de que al suelo no del debe entrar agua a su interior, porque de lo contrario, estaríamos alterando los resultados.
También hallaremos el peso unitario seco, el cual se define como el peso seco de la muestra sobre el volumen de la muestra, pero como tenemos el porcentaje de humedad de la muestra de suelo, podemos hallar el peso unitario seco por la relación entre el peso unitario húmedo sobre uno más el porcentaje de humedad sobre cien.
Procedimiento:
Primero se hallo el volumen de suelo que teníamos, el cual lo hallamos tomando el promedio de sus medidas, las cuales eran altura, y diámetro, ya que era un cilindro. Luego se procedió a pesar la muestra. Con este procedimiento tenemos todos los datos necesarios para hallar el peso unitario del suelo.
Cálculos:
Se tomaron tres diámetros en diferentes partes del cilindro, dentro de las cuales hubo dos mediciones.
En el punto A tenemos 57,0 mm, 57,2 mm, promedio 57,1 mm
En el punto B tenemos 56,7 mm, 56,7 mm, promedio 56,8 mm
En el punto C tenemos 55,9 mm, 56,6 mm, promedio 56,25 mm
De estos tres datos promedios, hacemos el promedio, dándonos el valor de 56,72 mm, el cual escogimos como el valor más aproximado al promedio del diámetro del cilindro.
Hubo tres mediciones de la altura, las cuales fueron 98,5 mm, 98,4 mm, 98,5 mm, lo cual nos da un promedio de alturas de 98,47 mm
De esta forma ya podemos hallar el volumen del cilindro, siendo 248.809,1019 mm³
El peso de la muestra dio un valor de 491,5 g.
Por lo tanto al dividir el peso sobre el volumen, me da un valor de 0,00197541 g/mm³, lo que es igual a 1,975 kg/cm³
El peso unitario seco, lo podemos hallar de la siguiente fórmula:
S = Peso Unitario Húmedo/(1 + humedad/100)
Siendo:
S = 1,975/1 + 0,2563 = 1,572 kg/cm³
Conclusiones:
Nos pudimos dar cuenta que todos los ensayos se relacionan, así nos sirvió el porcentaje de humedad, para poder hallar el peso unitario seco de la muestra, sin tener que haber secado más suelo, y hacer un procedimiento más largo.
Hay que tener en cuenta al meter al horno un suelo, que el material que este compuesto, no se disgregue con el calor, no se queme, o en fin que no pierda peso el material sólido del que esta compuesto, para que los datos del peso del suelo seco, sean los verdaderos.
Con el porcentaje de humedad, nos podemos hacer una idea de que tan absorbente puede ser un suelo, y además de que tanto espacio vacío tiene.
La gravedad específica de un material, nos permite decir que clase de material puede ser, teniendo en cuenta su peso, ya que es una relación de pesos del material.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet).
Prácticas y ensayos de laboratorio.