PESO ESPECÍFICO RELATIVO

OBJETIVOS.-

El principal objetivo es familiarizarnos con el método general de obtención del peso específico del suelo o gravedad especifica de la masa de cualquier material compuesto por partículas pequeñas.

Realizar los pasos necesarios para poder llevar a cabo la practica.

Obtener los datos necesarios para que la realización de los cálculos sea lo mas sencilla posible.

FUNDAMENTO TEORICO.-

El Término suelo, tal como es usado por los ingenieros y como se adopta en mecánica de suelos, cubre una mayor extensión y variedad de materiales que el mismo termino cuando es usado por los legos o bien en la forma definida por los agrónomos.

Pero de acuerdo con el concepto de ingeniería que es más amplio, se considera que los suelos incluyen todos los materiales terrosos, orgánicos e inorgánicos que se encuentra en la capa directamente encima de la corteza terrestre.

El peso especifico relativo de la mayoría de las partículas minerales constituyen de un suelo & varia entre limites estrechos (2,60 a 2,90). Como ejemplo, el peso específico relativo del cuarzo es 2,67 y el del feldespato es 2,6. En suelos con abundante hierro puede llegar a 3.

Los minerales de arcilla que constituyen la fracción coloidal de un suelo, puede tener un peso específico promedio comprendido entre 2,80 y 2,90. Así pues, es normal que en un suelo real los minerales de las fracciones muy fina y coloidal tengan su peso específico mayor de los minerales de fracción gruesa. Ello no obstante determinar el promedio del peso especifico de la materia sólida.

El peso específico de los sólidos de un suelo se determina en el laboratorio haciendo uso de un matraz con marca de enrase.

La gravedad específica Gs de un suelo sin ninguna calificación se toma como el valor promedio para los granos del suelo. Si en desarrollo de una discusión no se aclara adecuadamente a que gravedad específica se refieren algunos valores numéricos dados,

la magnitud de dichos valores indicar el uso correcto, pues la gravedad específica de los granos del suelo es siempre bastante mayor que la gravedad específica volumétrica determinada incluyendo los vacíos de los suelos en el cálculo |bien llenos de aire (secos) o llenos de agua parcial o totalmente.

El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis de hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario del suelo. Ocasionalmente el valor de la gravedad específica puede utilizarse en la clasificación de los minerales del suelo; y en algunos minerales de hierro tiene un valor específico mayor que los provenientes de sílica.

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°C. Así, si se consideran solamente los granos del duelo se obtiene Gs como:

Caguaa

materialsG

4

(1-1)

La misma forma de la ecuación se utiliza para definir la gravedad específica del conjunto, la única diferencia en esta definición es el del material. La gravedad específica del material puede también calcularse utilizando cualquier relación de peso de la sustancia al peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y sustancia:

VWV

W

Gw

s

s

(1-2)

El problema consiste en obtener el volumen de un peso conocido de gramos de suelo y dividido por el peso del mismo volumen de agua, es decir, aplicar la ecuación (1-2), pues esta forma es más fácil de captar como también de evaluar en laboratorio. El volumen de un peso conocido de partículas de suelo puede obtenerse utilizando un recipiente de volumen conocido y el principio de Arquímedes, según el cual un cuerpo sumergido dentro de una masa de agua desplaza un volumen de masa igual al del cuerpo sumergido.

El recipiente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón de agua destilada a 20°C. A temperaturas mayores, el volumen será ligeramente mayor; a temperaturas menores de 20°C el volumen será ligeramente menor. Como el cambio sufrido en el volumen es pequeño para desviaciones de temperaturas pequeñas en el fluido, y además es relativamente fácil mantener la temperatura de ensayo cercana a los 20°C, es posible aplicar una

corrección aproximada de temperatura para desviaciones pequeñas de temperatura en los cálculos del ensayo, que permita una aproximación satisfactoria sin necesidad de recurrir a determinar experimentalmente el cambio del contenido del volumétrico del frasco con la temperatura.

Alternativamente, se puede desarrollar una curva de calibración para cualquier frasco volumétrico dado de la siguiente forma:

Limpiar cuidadosamente el frasco. Llenar con agua destilada desmineralizada o común el frasco a

temperaturas conocidas.

Hacer una gráfica del peso (Wbw) contra T°C (usar mínimo 4 puntos a, por ejemplo, 16, 20, 24 y 28 °C) Que fue lo que realizamos en la anterior práctica.

A menudo para este experimento se utiliza agua común en lugar de agua destilada, el error, también en este caso, es bastante pequeño. Es posible poder detectar el error introducido al usar agua común, de la siguiente manera: se llena el frasco volumétrico con hasta la marca, y se obtiene la temperatura y el peso; si se resta de este dado el peso del frasco volumétrico vacío, es posible determinar la densidad del agua común y compararla con la densidad del agua destilada a la temperatura adecuada en tablas como la tabla.

Nótese que si la temperatura no es exactamente 20°C es necesario para determinar el volumen del frasco y recurrir a una calibración como la que se ha sugerido. Generalmente, si el error de densidad es mayor menor que 0.001, puede ser despreciado.

Como el método de trabajo del laboratorio para determinar la gravedad específica del suelo utilizado un frasco volumétrico es en realidad un método indirecto, se derivara a continuación una expresión para el cálculo para calcular la gravedad específica:

Sea Wb = peso del frasco volumétrico.Sea Wbw = peso de la botella más agua destilada o agua común hasta la marca del frasco.

Colocar el peso del sólido seco Ws en el frasco y nuevamente llenar el frasco con agua hasta la marca. Sea este valor Wbws.Si el agua no fuera desplazada dentro de la botella por el sólido del suelo, cuando se le añade Ws, el peso total debería ser:

WT = Wbw + Ws

Como el agua es reemplazada, al completar el volumen del frasco, el peso del agua que ha sido desplazado por l as partículas de suelo y no cabe ahora en la botella será:

Ww = WT - Wbws = Wbw + Ws - Wbws

De la definición de Gs en la ecuación (1-2), si no se considera un cambio en la densidad con la temperatura, la gravedad específica es:

w

ss W

WG

Pues se involucran volúmenes iguales.Es posible escribir lo anterior de la siguiente forma:

bwssbw

ss WWW

WG

puede obtenerse un incremento muy pequeño en precisión si se tiene en cuenta el efecto de la temperatura sobre la densidad del agua expresando la ecuación (1-3) de la siguiente forma:

bwssbw

ss WWW

WG

(1-3)

donde , la corrección de la temperatura, se calcula como:

C

T

20

(1-4)

Y es la relación entre los pesos unitarios del agua a la temperatura T del ensayo y a 20°C de tal forma que el valor de Gs obtenido a la temperatura T se reduce adecuadamente. Nótese que es también Gw del agua a temperatura del ensayo T.

Los siguientes son valores típicos para el factor de corrección de :

t°C ws (g/cm2)16 1.0007 0.99897

18 1.0001 0.99862

20 1.0000 0.99823

22 0.9996 0.99780

21 0.9991 0.99732

26 0.9986 0.99681

La fuente más seria de error en la determinación experimental de la gravedad no es ni la temperatura ni la utilización del agua común. La mayor fuente de error proviene de la inadecuada

deaireación de la mezcla suelo-agua. El agua contiene, en condiciones normales, aire disuelto.

Las partículas de suelo también contienen aire, y si este aire no se remueve de ambos materiales, el volumen de aire produce una disminución en el peso Wbws bastante grande.

Lo cual da un menor valor de Gs ya que Wbw + Ws - Wbws resulta mayor otra fuente de error, que puede ser importante, es la utilización de balanzas desajustadas o la práctica de pesar en diferentes balanzas durante el ensayo.

El intervalo de tiempo de aplicación del vacío puede variar unos pocos minutos y 6 a 8 horas para suelos plásticos y de 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad.

La eficiencia de la remoción de aire puede mejorarse para cualquier suelo haciéndolo hervir durante 10 minutos y teniendo suficiente cuidado de que la muestra no se quede completamente o que el material salpique fuera del frasco.

El desaireamiento puede verificarse de la siguiente forma:

Aplicando vacío al frasco entre la mitad y los 1/4 con la mezcla suelo agua, por un tiempo.

Llenando el frasco hasta unos 20 mm por debajo de la marca del frasco con agua deaireada y con temperatura estabilizada.

Volviendo a aplicar el vacío por varios minutos y marcando con un lápiz el color adecuado el nivel del agua en el cuello del agua.

Retirando cuidadosamente la tapa para romper el vacío y, si el nivel de agua sube más de 3 mm, el deaireamiento será suficiente.

Tipo de suelo &

Arena Arena limosaArcilla inorgánicaSuelos con micas o hierroSuelos orgánicos

2,65 - 2,672,67 - 2,702,70 - 2,802,75 - 3,00Variable, puede ser inferior a 2,00

Peso especifico.- es la relación del peso al aire, de un determinado volumen de material, a una cierta temperatura y el peso al aire, de un volumen igual de agua destilada, a la misma temperatura.MATERIALES UTILIZADOS.-

1. Un picnómetro de 300 ml.

2. Termómetro.3. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr4. Agua5. Pipeta.6. Una hornilla eléctrica.7. Jabón.8. Suelo orgánico.

MEMORIA DE LA PRÁCTICA.-

La práctica fue realizada en el laboratorio de suelos de la universidad el pasado lunes a horas 7:30 a.m. puesto que nos atrasamos en la realización de las practicas, por esta razón tuvimos que realizar la practica de determinación de Peso especifico en este horario del grupo 7.

Los pasos que se siguieron fueron los siguientes:

1. Primeramente lavamos el frasco.

2. Seguidamente pesamos un recipiente metálico vacío.

3. Luego tomamos el suelo y lo hicimos pasar por el tamiz N° 10.

4. Pesamos alrededor de 80 gramos de suelo húmedo.

5. Luego lo llevamos a calentar a la hornilla eléctrica hasta que este completamente seco.

6. Posteriormente volvimos a pesar el suelo pero esta vez ya estaba seco, y tomamos nota.

7. Después introdujimos la muestra de suelo seco a un picnómetro previamente calibrado y con agua hasta 300 ml.

8. Sometimos esta muestra a baño Maria hasta que alcanzo los 60 °C aproximadamente.

9. Lo llenamos con agua a temperatura ambiente y lo volvimos a pesar.

DATOS CALCULOS Y RESULTADOS.-

Aquí la tabla con los datos tomados:

TEMPERATURA ENSAYADA PESO DE SUELO HÚMEDO MAS TARAPESO DE SUELO SECO MAS TARAPESO DE TARAPESO DE SUELO SECOPESO DEL FRASCO MAS AGUAPESO DE FRASCO+AGUA+SUELO SECO

GRAFICAS.-

BALANZA MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA

FRASCO

TOMA SATURA DE LA MUESTRA

HORNO

CONCLUSIONES.-

Después de terminar la práctica se pueden citar lo siguiente:

Se cumplió con los objetivos planteados al inicio de la práctica.

Se contó con la ayuda de un buen equipo de trabajo y una buena explicación por parte del docente, lo que facilito la realización de la práctica.

No se obtuvieron resultados muy precisos ya que no se utilizaron los materiales adecuadamente.

Cuando se usen termómetros graduados en grados centígrados enteros, la estimación requerida de los décimos, pues introducir un error ligero.

Conocer que tipo de relación matemática (formula) se van a utilizar para el cálculo de datos y así evitar errores en demasía.

Con mucho, la causa de error importante más importante en la determinación en estudio es la deficiente desaireación de la muestra, cuando ésta se encuentra en el matraz.

RECOMENDACIONES.-

Tener muy en cuenta al momento de realizar los pesajes ya que puede haber algún error de visión.

La mayoría de las balanzas de laboratorio con capacidad mayor de 500gr. No tienen sensibilidad al centésimo de gramo; además es frecuente sobre todo en equipo ya muy usado, que existan fallas de calibración permanentes.

Una de las principales recomendaciones es que se debe preparar las muestras un día antes de realizar la práctica, para no retrasar demasiado dicha práctica.

También es necesario usar una buena cantidad de suelo para que así no tener ningún tipo de problemas.

Evitar el sacudimiento del matraz, para evitar el escurrimiento de partículas de suelo al exterior.

El cuidado con la instrumentación ya que son instrumentos muy frágiles.