Contenido de humedad suelos

MECANICA DE SUELOS

1. “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.

2.  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:
?????? (%)=
??????
??????
??????
????????????
∗100
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.

3. EL AGUA DEL SUELO
Se ha calculado que del total de agua dulce que hay en la Tierra la mayor parte (casi
el 80%) se encuentra en forma de hielo, tanto en los polos como en los glaciares. De
la que se encuentra en forma líquida, la inmensa mayoría (un 20 % del total) se
encuentra como agua subterránea en los acuíferos profundos, lejos del alcance de las
raíces de las plantas. Por lo que sólo queda un 1 % de agua dulce que se considera
superficial (en lagos, ríos, atmósfera,…).
De esta cantidad, la mitad se encuentra en los lagos, mientras que de un 20 a 40%,
según diversos cálculos, se encontraría en los suelos (en los primeros metros y al
alcance de las plantas). Del resto del agua superficial un 10% aproximadamente se
encontraría en la atmósfera y sólo un 1 % corriendo por los ríos.
FORMAS DE AGUA EN EL SUELO
Agua de Combinación Química: Forma parte de compuestos químicos, ej.: limonita.
Esta agua no es disponible para las plantas, y es biológicamente inactiva.
Agua Higroscópica: Agua contenida en los suelos secos al aire, aquella que está en
equilibrio con la humedad ambiente. Inactiva biológicamente.
Agua Capilar: Agua contenida en los microporos del suelo. Disponible para las
plantas. Biológicamente activa.
Agua Gravitacional (no capilar): Agua contenida en los microporos del suelo y que
drena por la fuerza de gravedad (agua de drenaje). Si su movimiento es lento, puede
ser utilizada por las plantas.

4. 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:

??????(%)=
??????
??????
??????
????????????
∗100
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:

(1 – 2)
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:

(1-4)
El cual, luego de una manipulación adecuada, puede reescribirse como:

5. 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.

6. IMPORTANTE
 Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados
en la tabla anterior. En el reporte se indicará que se usó la muestra completa.
 Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 g) que contenga
partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la
muestra de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y
anotará el material descartado.
 Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el espécimen
mínimo tendrá un peso de 500 g. Porciones de muestra representativas pueden
partirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, del
contenedor y la balanza utilizada y para facilitar el secado a peso constante.

MÉTODOS UTILIZADOS :

Método de secado al horno
El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por
medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relación expresada en
porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso
de las partículas sólidas, o sea:
??????(%)=
??????
??????
??????
????????????
∗100
Dónde:
W: Contenido de humedad expresado en %
Ww: Peso del agua existente en la masa de suelo
Wss: Peso de las partículas sólidas

Método del alcohol metílico.
Consiste en saturar con alcohol metílico una muestra de suelo previamente pesada y
encenderle fuego, obteniendo el secado de la muestra por combustión. Se repite el
ensayo hasta obtener pesos constantes y luego se determina el
contenido de humedad. La limitante es que este método no entrega buenos resultados
en suelos orgánicos.

7. 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

8.  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

??????(%)=
????????????
??????????????????
∗100
Ww = (���� �??????�??????+??????�����?????? �����??????)−(���� �� �??????�??????+??????�����?????? ���??????)
Wss = (���� �??????�??????+??????�����?????? �����??????)−���� �??????�?????? ������� ��� ������ �� ���??????��
W (%) = Contenido de humedad.
Ww = Peso del agua presente en el suelo.
Wss = Peso del suelo después del secado en el horno.



Nº
PESO
TARA
(gr)
PESO
ARCILLA
(gr)
PESO
TARA +
ARCILLA
(gr)
117,8 50 66,3
217,6 50 66
317,9 50 66,1
4 18 50 66,3
519,9 50 68,2
TARA Nº
PESO
TARA
PESO
ARCILLA
PESO
TARA +
ARCILLA
117,2 40 50,5
2 18 40 51,4
318,4 40 52,2
TARA ARCILLA NATURAL Nº
PESO
PLATO
PESO
ARCILLA
PESO
PLATO +
ARCILLA
1107,6100202,5
2101,5100 196
3110,2100202,5
HORNALLA Nº
PESO
PLATO
PESO
ARCILLA
PESO
PLATO +
ARCILLA
196,9100193,3
2112,5100 209
3106,5100202,8
ALCOHOL

9. TARA
Nº
PESO
TARA
(gr)
PESO
ARCILLA
(gr)
PESO
TARA +
ARCILLA
(gr)
Ww (gr) Wss (gr) W%
1 17,8 50 66,3 1,5 48,5 3,09
2 17,6 50 66 1,6 48,4 3,31
3 17,9 50 66,1 1,8 48,2 3,73
4 18 50 66,3 1,7 48,3 3,52
5 19,9 50 68,2 1,7 48,3 3,52
PROMEDIO 3,43


TARA ARCILLA NATURAL
Nº
PESO
TARA
PESO
ARCILLA
PESO TARA
+ ARCILLA
Ww Wss W%
1 17,2 40 50,5 6,7 33,3 20,12
2 18 40 51,4 6,6 33,4 19,76
3 18,4 40 52,2 6,2 33,8 18,34
PROMEDIO 19,41


HORNALLA
Nº
PESO
PLATO
PESO
ARCILLA
PESO
PLATO +
ARCILLA
Ww Wss W%
1 107,6 100 202,5 5,1 94,9 5,37
2 101,5 100 196 5,5 94,5 5,82
3 110,2 100 202,5 7,7 92,3 8,34
PROMEDIO 6,51


ALCOHOL
Nº
PESO
PLATO
PESO
ARCILLA
PESO PLATO
+ ARCILLA
Ww Wss W%
1 96,9 100 193,3 3,6 96,4 3,73
2 112,5 100 209 3,5 96,5 3,63
3 106,5 100 202,8 3,7 96,3 3,84
PROMEDIO 3,73

10. DETERMINACION DE POSIBLES FACTORES DE CORRECCIÓ N

FC1 = WA – WB
FC1 = 3.43 - 6.51 = 3.08

FC2 = WA - WC
FC2 = 3.43 – 3.73 = 0.3

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.

11.  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.

12. 3.- Explique si los tres métodos son aplicables a todo tipo de suelo y por qué?

No, los tres métodos utilizados no son aplicables a todo tipo de suelo. Por
ejemplo, si nuestro suelo presenta una gran cantidad de materia orgánica o es
arcilloso, no se recomienda utilizar el método de alcohol. Ahora si el suelo es
aluvial en este caso si es recomendable utilizarlo. Esto se debe a que un suelo
arcilloso absorbe una enorme cantidad de humedad ocurriendo todo lo contrario
con un suelo aluvial. El alcohol en la arcilla no logra evaporar por completo el
agua que contiene la arcilla a diferencia del suelo aluvial donde si se logra
obtener un buen resultado.

4.- Porque existe la necesidad de calcular los factores de corrección?

La necesidad de calcular los factores de corrección se debe a la posibilidad de la
existencia de errores de magnitud considerable en algún método y para verificar
que tan preciso es cada uno de los métodos.

5.- Como podría usted determinar la humedad higroscópica que absorbe un
suelo?

En primer lugar, tomo una muestra de suelo natural y la dejo a temperatura
ambiente por unos días, luego para determinar el contenido de humedad del
suelo utilizo algún método estandarizado (método de horno) y de esta manera
obtengo la humedad higroscópica del suelo. Es importante recordar que la
humedad higroscópica es la humedad que absorbe el suelo del aire o el ambiente
en el que se encuentra.

6.- Determinar la humedad higroscópica del suelo que le toco a su grupo.

Para determinar la humedad higroscópica de nuestro suelo (arcilla) utilizamos la
arcilla que ya habíamos molido dos semanas atrás, la cual la dejamos secar al
aire libre.


Nº

Peso de tara
(g)
Peso de la
arcilla
humeda (g)

Peso de tara
+ arcilla (g)
Peso de
arcilla seca
(g)
Peso de agua
de cada
muestra (g)
1 17.8 50 66.3 48.5 1.5
2 17.6 50 66.0 48.4 1.6
3 17.9 50 66.1 48.2 1.8
4 18.0 50 66.3 48.3 1.7
5 19.9 50 68.2 48.3 1.7

Sacamos la media del peso del agua:
Ww =
1.5+1.6+1.8+1.7+1.7
5
= 1.66g

13. 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(%)=
????????????
????????????
∗100
W(%)=
1.66
48.34
∗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.

14. 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.

15. ANEXO NÚMERO SIETE ANEXO NÚMERO OCHO


Pesado tras el secado en Hornalla Secado de la arcilla por el método
Eléctrica. del alcohol metílico.

ANEXO NÚMERO NUEVE



Alcohol consumiéndose en la muestra de arcilla para poder eliminar la humedad
existente en la misma.

16. 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).