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“CONTENIDO DE HUMEDAD”
1. INTRODUCCIÓN.
El contenido de humedad del suelo es un indicador complementario y necesario en numerosos análisis pedológicos^1. Este contenido ha sido expresado tradicionalmente como la proporción de la masa de humedad con respecto a la masa de la muestra de suelo después de que ha sido secada a un peso constante, o como el volumen de humedad respecto al volumen total de la muestra de suelo. Para realizar cálculos de contenido de humedad con base en el volumen se requiere una medida correcta de la densidad aparente del suelo, dada la variabilidad espacial y temporal de los niveles de humedad en el suelo, se recomienda tomar un gran número de muestras repetidas. Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los suelos en la construcción están regidos por la cantidad de agua que contiene. Por tal motivo, es muy importante realizar este estudio ya que la humedad proveniente del suelo daña de forma importante las construcciones de albañilería y hormigón armado debido a que ambos materiales, dada su contextura, absorben fluidos a través de vacíos de pequeño diámetro que quedan en el interior de los elementos constructivos.
2. OBJETIVOS.
2.1. OBJETIVO GENERAL:
Determinar el contenido de humedad de nuestra muestra de Arcila Inorgánica, utilizando métodos estandarizados y no estandarizados. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Pesar cinco muestras de 50 gramos de arcilla y tres muestras de 40 gramos de arcilla con humedad natural (in situ) en taras.
(^1) La Pedología se considera como una rama de la geografía que estudia el suelo en lo concerniente a la pedogénesis (el origen del suelo, su formación), clasificación, morfología, taxonomía y también su relación e interacción con el resto de los factores geográficos.
Pesar seis muestras de 100 gramos de arcilla en platos enlozados. Eliminar el contenido de agua de las muestras aplicando: El método del horno, método de la hornalla y método del alcohol. Determinar la humedad perdida de cada muestra.
3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
GENERALIDADES
Los suelos pueden tener algún grado de humedad lo cual está directamente relacionado con la porosidad de las partículas. La porosidad depende a su vez del tamaño de los poros, su permeabilidad y la cantidad o volumen total de poros. Las partículas de suelo pueden pasar por cuatro estados, los cuales se describen a continuación:
Totalmente seco: Se logra mediante un secado al horno a 110°C hasta que los suelos tengan un peso constante (generalmente 24 horas).
Parcialmente seco: Se logra mediante exposición al aire libre.
Saturado y Superficialmente seco (SSS): En un estado límite en el que los suelos tienen todos sus poros llenos de agua pero superficialmente se Encuentran secos. Este estado solo se logra en el laboratorio.
Totalmente Húmedo: Todos los suelos están llenos de agua y además existe agua libre superficial. El contenido de humedad en los suelos se puede calcular mediante la utilización de la siguiente fórmula:
𝑊 (%) = 𝑊𝑊𝑤 𝑠𝑠
También existe la llamada Humedad Libre, donde esta se refiere a la película superficial de agua que rodea el suelo; la humedad libre es igual a la diferencia entre la humedad total y la absorción del suelo, donde la humedad total es aquella que se define como la cantidad total que posee un suelo.
DEFINICIÓN
La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas. La determinación de contenido de humedad es un ensayo rutinario de laboratorio para determinar la cantidad de agua presente en una cantidad dada desuelo en términos de su peso en seco. Como una definición:
𝑠𝑠
Dónde:
Ww: Es el peso de agua presente en la masa de suelos. Wss: Es el peso de los sólidos en el suelo.
Podría definirse el contenido de humedad como la relación del peso de agua presente y el total de peso de la muestra; sin embargo, esto daría una cantidad en el denominador dela fracción que podría depender de la cantidad de agua presente:
Y esto no es deseable pues el contenido de humedad estaría de esa forma relacionado a una cantidad variable y no a una cantidad constante.
Esto puede verse fácilmente pues Ww aparece en ambos, numerador y denominador de la fracción: eco (1-2). El contenido de humedad se expresa algunas veces en función del volumen como:
El cual, luego de una manipulación adecuada, puede reescribirse como:
Dónde: Vw: Volumen de agua presente en la masa del suelo Vv: Volumen de los vacíos del suelo Vs: Volumen de los sólidos del suelo W: Contenido de humedad
γd: Densidad seca del suelo (volumétrica)
MUESTRA DE ENSAYO
Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM^2 , se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método si alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente:
(^2) ASTM o ASTM International ( American Society for Testing and Materials ) es una organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos voluntarios de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos, sistemas y servicios. Existen alrededor de 12.575 acuerdos voluntarios de normas de aplicación mundial. Las oficinas principales de la organización ASTM international están ubicadas en West Conshohocken, Pennsylvania, Estados Unidos, al noroeste de la ciudad de Filadelfia.
Método del Speedy. Consiste en mezclar una muestra de suelo previamente pesada con carburo de calcio molido en el interior de una cámara de acero hermética, la cual posee en su base un manómetro que registra la presión originada por el gas acetileno, entregando indirectamente la humedad del suelo referida al peso húmedo de la muestra. La limitante es que este método entrega resultados falsos en suelos plásticos y además la muestra empleada es de tamaño muy reducida.
4. MEMORIA DE LA PRÁCTICA. Preparamos la muestra de arcilla con densidad “in situ” extraída previamente en la práctica Nº 1 y guardándola en un recipiente sellado para evitar la pérdida de humedad. El resto de la muestra fue cernida y almacenada en una bolsa. Lo primero que se hicimos fue pesar las taras y los platos vacíos, enumerándolos e indicando para qué método se utilizaría cada uno. Ver Anexo 1 Pesamos 50 gramos de arcilla en cinco taras y 40 gramos de arcilla con humedad natural en las tres restantes, para posteriormente colocarlas en el horno por 24 horas, hasta eliminar completamente el contenido de humedad. Ver Anexo 2 y 3 Pesamos 100 gramos de arcilla en seis platos enlozados. Ver Anexo 4 Encendimos la hornalla eléctrica, luego procedimos a calentar tres muestras de arcilla (una por una), removiendo constantemente por un lapso de media hora, verificando con el crisol que la arcilla no desprenda vapor. Una vez transcurrido el tiempo ya indicado pesamos inmediatamente cada muestra (colocando un plato como base para evitar descalibrar la balanza con el calor de la muestra). Ver Anexo 5, 6 y 7 Ahora, en los tres platos restantes de muestra agregamos alcohol hasta que sobrepase el nivel de la arcilla para posteriormente encender con un fósforo y dejar que el alcohol se consuma por completo. Repetimos el mismo procedimiento nuevamente. Llevamos las muestras a la balanza para pesarlas, suponiendo que se eliminó por completo el contenido de humedad. Ver Anexo 8 y 9
Pasadas las 24 horas sacamos las muestras del horno y las pesamos. Realizamos los cálculos correspondientes.
5. CÁLCULOS.
DATOS DE LA PRÁCTICA
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
𝑊(%) = 𝑊𝑠𝑠 𝑊𝑤∗ 100 Ww = (𝑃𝐸𝑆𝑂 𝑇𝐴𝑅𝐴 + 𝐴𝑅𝐶𝐼𝐿𝐿𝐴 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 ) − (𝑃𝐸𝑆𝑂 𝐷𝐸 𝑇𝐴𝑅𝐴 + 𝐴𝑅𝐶𝐼𝐿𝐿𝐴 𝑆𝐸𝐶𝐴) Wss = (𝑃𝐸𝑆𝑂 𝑇𝐴𝑅𝐴 + 𝐴𝑅𝐶𝐼𝐿𝐿𝐴 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴) − 𝑃𝐸𝑆𝑂 𝑇𝐴𝑅𝐴 𝐷𝐸𝑆𝑃𝑈𝐸𝑆 𝐷𝐸𝐿 𝑀𝐸𝑇𝑂𝐷𝑂 𝐷𝐸 𝑆𝐸𝐶𝐴𝐷𝑂 W (%) = Contenido de humedad. Ww = Peso del agua presente en el suelo. Wss = Peso del suelo después del secado en el horno.
Nº
PES O TARA (gr)
PES O ARCILLA (gr)
PES O TARA + ARCILLA (gr) (^1) 17,8 50 66, (^2) 17,6 50 66 3 17,9 50 66, (^4 18 50) 66, (^5) 19,9 50 68,
TARA
Nº PES OTARA ARCILLA^ PES O
PES O TARA + ARCILLA (^1) 17,2 40 50, (^2 18 40) 51, (^3) 18,4 40 52,
TARA ARCILLA NATURAL
Nº (^) PLATOPES O ARCILLA^ PES O
PES O PLATO + ARCILLA 1 107,6 100 202, 2 101,5 100 196 3 110,2 100 202,
HORNALLA
Nº (^) PLATOPES O ARCILLA^ PES O
PES O PLATO + ARCILLA 1 96,9 100 193, 2 112,5 100 209 3 106,5 100 202,
ALCOHOL
DETERMINACION DE POSIBLES FACTORES DE CORRECCIÓN
FC1 = WA – WB
FC1 = 3.43 - 6.51 = 3.
FC2 = WA - WC
FC2 = 3.43 – 3.73 = 0.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Al concluir toda la práctica; siguiendo el procedimiento explicado en la práctica N° 2 para la determinación de humedad en suelos, expuesto en el “Texto guía para el laboratorio de la asignatura CIV-342” escrito por la ingeniera Laura Karina Soto Delgado, se puede afirmar que se llegó a alcanzar todos los objetivos planteados.
La muestra de suelo ensayada tiene un contenido de humedad RELATIVAMENTE BAJO igual a 3.43 % (resultado basado en el método estandarizado de secado al horno utilizado en la práctica) e igual a 3,73 % según el método del alcohol metílico.
Se observó datos con una variación relativamente alta en el método del sacado en hornalla (Humedad igual a 6,51%), esto podría deberse a una pérdida de muestra a causa del movimiento mecánico de las partículas para evitar que se quemaran en la base del plato enlozado. Se concluye que este método no suele ser muy efectivo cuando se trata de suelos finos (arcillas y limos).
Utilizando un método estandarizado (secado en horno), se pudo establecer la humedad “in situ” de la muestra de arcilla, con los cálculos correspondientes, el promedio de la misma es de 19,41%.
Las recomendaciones proporcionadas por el grupo son las siguientes:
Para las pruebas de la humedad de la muestra “in situ” el recipiente y su tapa deben ser herméticos a fin de evitar pérdida de humedad de las muestras antes de la pesada inicial.
Para prevenir la absorción de humedad de la atmósfera después del secado y antes de la pesada final se debe realizar el pesado lo más rápido posible.
Para prevenir la mezcla de especímenes y la obtención de resultados incorrectos, todos los contenedores (taras y platos) que se usan deben ser enumerados.
Se recomienda un manejo delicado del material en la prueba del secado en hornalla para evitar la pérdida de muestra.
7. CUESTIONARIO
1.- Realice un breve comentario sobre los métodos utilizados, haciendo notar sus inquietudes y sugerencias a cerca del ensayo realizado. El método de horno es el método tradicional para la determinación de la humedad del suelo en laboratorio. Al ser el único método estandarizado que se utilizó, podemos afirmar que es el más exacto. En nuestro caso nuestro suelo fue arcilla inorgánica por lo que fue necesario dejar la muestra en el horno por 24 horas debido a la gran cantidad de humedad que puede absorber la arcilla. El método de hornalla a diferencia del método de horno nos permite determinar con mayor rapidez el contenido de humedad del suelo, sin embargo, se debe tener en cuenta que este método no es estandarizado por lo que puede presentar errores si no se lo realiza de manera adecuada. El método de alcohol también es un método no estandarizado que nos permite determinar el contenido de humedad de manera rápida. Una de las desventajas de este método es que no es recomendable aplicarlo en suelos orgánicos ni arcillosos. También se debe tener en cuenta que, si el alcohol no es puro, es decir, que presenta una gran cantidad de agua, no se obtendrán buenos resultados debido a que estaremos saturando de agua al suelo. 2.- Explique cuál considera que es el método adecuado y por qué? El método más adecuado es el método de horno porque además de ser un método estandarizado el secado se lo realiza en un horno en donde se puede regular la temperatura y mantenerla a los 110° ± 5°C garantizándonos así un secado uniforme, a diferencia de los otros métodos donde nos es más difícil uniformar la temperatura.
Sacamos la media del peso de la arcilla seca:
Ws=48.5+48.4+48.2+48.3+48.3 5 = 48.34g Determinamos el porcentaje de humedad higroscópica: W(%)=𝑊𝑤𝑊𝑠 ∗ 100 W(%)= (^) 48.341.66 ∗ 100 = 3.43 %
La muestra de arcilla presenta una humedad higroscópica del 3.43 %
8. ANEXOS
ANEXO NÚMERO UNO ANEXO NÚMERO DOS
Pesado de taras y platos vacíos. Pesado de muestras de arcilla en taras.
ANEXO NÚMERO TRES ANEXO NÚMERO CUATRO
Muestras de arcillas dejadas en el Pesado de arcilla en platos, Horno. ANEXO NÚMERO CINCO ANEXO NÚMERO SEIS
Encendido de la hornalla eléctrica Verificación de la eliminación de y posterior calentamiento de la arcilla. la humedad higroscópica de la arcilla por medio de un crisol.
9. BIBLIOGRAFÍA
- Braja M. Das, Sacramento- California, Fundamentos de ingeniería geotécnica.
- Lucio Cruz, universidad del Cauca, Mecánica de Suelos I.
- Luis Bañon Blasquez, Jose Bevia, Manual de Carreteras.
- Ing. Laura Karina Soto Salgado, Texto Guía para el laboratorio de la Asignatura CIV-341 (Mecánica de Suelos I y Laboratorio).
