Practica 9 Succión Papel Filtro SANDOVAL M

Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería

Universidad Autónoma de Querétaro Facultad de Ingeniería Lab. Geotecnia I Dr. Omar Chávez Alegría Práctica 9 “Succión, Método del papel filtro.”

Alumno: Miguel A. Sandoval Morfin Brigada Jueves 15:00-18:00 Fecha de realización: 22/11/12

Miguel Ángel Sandoval Morfin

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería Objetivo: Familiarizarse con el método para determinar la succión de un suelo no saturado o parcialmente saturado mediante papel filtro, y así poder determinar la succión de una muestra con la que ya se cuenta en el laboratorio. Material: 

Papel filtro, Schleicher and Shuell no. 589 ó Whatman no. 42.



Contenedor del espécimen con tapa y capacidad de 120 a 240 ml de metal o vidrio.



Dos contenedores metálicos de aluminio con capacidad de 70 ml.



Hielera para 5 flaneras (30 x 30 x 50 cm).



Báscula con precisión de 0.0001 g para pesar papel.



Báscula con precisión de 0.01 g para pesar flanera y muestra.



Horno de secado.



Bloque metálico de al menos 500 g de masa con superficie plana.



Termómetro con precisión de máximos y mínimos.



2 Pinzas de al menos 110 mm de longitud.



Navaja.



Cinta de aislar.



O-rings para sostener el papel filtro (se pueden obtener de botellas de pet).



Tijeras.



Papel parafilm.



Desecador con gel de sílica o sulfato de calcio anhídrido (diorita)



Guantes de látex.

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Procedimiento. Nota: Por cuestiones de tiempo algunos pasos en el procedimiento que se describe a continuación se omitieron lo cual podría modificar los resultados. Etapa 1. Preparación del papel filtro. Antes de comenzar con la manipulación del papel filtro la persona que se encargara de esta tarea debe de colocarse guantes de látex (limpios). 1) Una vez que se tienen colocados los guantes, se deben de recortar con la ayuda de las tijeras círculos de papel filtro con un diámetro de 5.5cm. 2) Se debe considerar que no se puede utilizar lápiz ni plumones como herramientas de apoyo para trazar los círculos y mucho menos compas, ya que los recortes no deben de presentar perforaciones. 3) Los recortes de papel filtro deben de permanecer en el horno a

por

norma durante 16horas. (En esta práctica por falta de tiempo no se cumplió este requerimiento.) Etapa 2. Calibración del papel filtro. En una prueba real, seria muy acertado realizar la calibración del papel filtro que se utilizara mediante ciertos pasos que ayudan a construir su curva de calibración. Por razones de tiempo no se realizo la calibración del papel filtro y se utilizara un papel filtro con calibración ya conocida o determinada por el fabricante. Etapa 3. Determinación de la succión total. 1) Mientras se llenan las flaneras con las muestras de suelo, los papeles filtro deben de permanecer en un desecador después de haber sido secados en horno a

.

2) Una vez que se ha logrado cortar los ocho círculos de papel filtro colocaremos fragmentos de nuestras diferentes muestras de suelo (arcilla, limos, arenas, gravas) en las cuatro flaneras designadas para esta prueba y previamente etiquetadas.

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería 3) Las muestras de arcillas, limos, arenas y gravas deben de llenar lo mejor posible las flaneras con el fin de minimizar el tiempo de equilibrio y minimizar los cambios de succión del suelo. 4) Una vez listas las flaneras con muestras de suelo se coloca un o-ring sobre la superficie de la muestra e inmediatamente se toman dos papeles filtro del desecador mismos que se colocan sobre el o-ring. 5) Inmediatamente se sella la flanera con la ayuda de papel parafilm y se introduce la flanera en una caja aislada térmicamente (hielera) que se encuentra en un cuarto con temperatura controlada de 20°C y variaciones de

.

6) Se debe permitir el equilibrio entre la succión del papel y el espécimen del suelo dentro del contenedor durante un periodo de 7 días. 7) Posterior al periodo de equilibrio de 7 días se acercan las flaneras en el cuarto de temperatura constante a la bascula con una precisión de con el fin de desarrollar el paso 8 los mas rápido posible (3 a 5 segundos). 8) Este paso se realiza para cada una de las flaneras. Retirar el papel parafilm de la flanera y con la ayuda de unas pinzas tomar el papel filtro superior e inmediatamente tomar su peso, se retira el papel filtro inferior y también se toma su peso. 9) Cada papel filtro pesado se coloca en una caja Petri previamente etiquetada para su correcta identificación. 10) Se introducirán al horno todas las cajas Petri mediante la siguiente secuencia. Cada una de los papeles filtro debe permanecer 15 minutos en el horno. Con el fin de agilizar el proceso, se introducirá la primera caja Petri y 2 minutos después se introducirá la segunda y así sucesivamente a cada 2 minutos, de tal manera que se cuente con 2 minutos entre cada caja Petri para ir a realizar la medición de peso del papel filtro. 11) Una vez que se cumplan los 15minutos de secado se toma la caja Petri y se lleva el papel filtro a pesar con la ayuda de las pinzas a la bascula de

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería de precisión (este proceso se debe realizar en no mas de 5segundos).

Fig. 9.3.1 Bascula de precisión 0.0001gr pesando un papel filtro.

12) Se anotan los datos de los pesos húmedos y secos en una bitácora o libreta. Resultados de succión. Los datos que se anotaron en la bitácora se muestran en la tabla 9.3.1 donde de igual forma se muestran ya los cálculos de

y la

succión las cuales para su calculo se utiliza la Ec. 9.3.1 y Ec. 9.3.2 respectivamente, la segunda tomada de la Fig 9.3.2.

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería GRAVA ARENA LIMO ARCILLA SUPERIOR INFERIOR SUPERIOR INFERIOR SUPERIOR INFERIOR SUPERIOR INFERIOR Wfm (gr) 0.3103 0.3041 0.3019 0.309 0.3008 0.301 0.2965 0.2895 Wfs (gr) 0.2929 0.2883 0.2923 0.2943 0.2915 0.29125 0.2936 0.2851 w% 5.94 5.48 3.28 4.99 3.19 3.35 0.99 1.54 Succión kPa 59460.39 64576.82 95753.19 70452.60 97379.66 94671.42 144562.34 130850.54 Succión Prom kPa 62018.60 83102.90 96025.54 137706.44 Verificación CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

Tabla 9.3.1 Succión (kPa) y contenido de agua (%) de cada muestra.

Nótese que en la tabla 9.3.1 la casilla de verificación “CUMPLE” se refiere a la norma ASTM D 5298-94, Estados Unidos de América, la cual pide que para que los datos de cada papel filtro sean validos se debe cumplir la condición 8.3.1.

Fig. 9.3.2 Curvas de calibración de dos tipos de papel filtro. Whatman No. 42 fue el utilizado en esta prueba.

Con los datos que hemos obtenido procedemos a construir la tabla 9.3.2 que contiene los datos de succión con sus respectivas equivalencias en índice de succión, altura capilar, atmosferas y toneladas sobre metro cuadrado.

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería Succión kpa Succión pF Altura cap (cm) Succión Atm Succión ton/m2

GRAVA 62018.60 5.80 632197.79 612.08 6321.98

ARENA 83102.90 5.93 847124.35 820.16 8471.24

LIMO 96025.54 5.99 978853.63 947.70 9788.54

ARCILLA 137706.44 6.15 1403735.38 1359.06 14037.35

Tabla 9.3.2 Datos de equivalencias de succión.

Las unidades de pF o logaritmo de base 10 de la altura negativa de presión de poros se determinan mediante la ecuación 9.3.3. (

)

Análisis de Resultados de Succión. 1. La muestra de grava al momento de ser extraída después de los 7 días de equilibrio presento una fisura en el papel parafilm por lo tanto esta medición debería se descartada ya que tomo la humedad del cuarto a temperatura constante y por lo tanto para conocer la medida exacta debería de repetirse esta prueba. 2. Por otro lado si somos estrictos ninguno de los resultados antes mencionados tiene un fuerte respaldo debido a que por el corto tiempo que se tuvo para realizar la practica se omitieron algunos pasos como los tiempos correctos del papel filtro en el horno a

.

3. La altura capilar para igualar esta presión varía en cada una de las muestras. En Gravas es de 6321m, en arenas de 8471m, en limos de 9788m y en arcillas que es la más grande de 14037m. Se observa que la arcilla es la que cuenta con un potencial más grande de absorción de agua y representa una presión muy grande. 4. Si consideramos que la presión de entrada en una casa es de 10m, la altura capilar de la arcilla representa la demanda de presión de 1403 viviendas.

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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería  Conclusiones:  Con el ensayo de succión utilizando papel filtro se observo el gran potencial de absorción que tienen las arcillas, limos, arenas y gravas, de tal magnitud que si convertimos su valor de presión a metros de altura capilar obtenemos que debería existir una columna de agua de poco mas de 14km para igualar el valor de succión de la arcilla.  Por otro lado se comparo el numero de casas que se requerirían para sumar el valor de altura capilar de 14km que fue de aproximadamente 1403 viviendas considerando una bajada de 10m.  El horno y la bascula de precisión 0.0001gr deberían de estar mas cerca una de la otra porque no se cumplen los 5 segundos máximos que son esenciales para que el papel filtro sea trasladado desde el horno hacia la bascula sin absorber humedad del aire.  Seria interesante analizar el proceso de calibración de papel filtro realizando dicha tarea conjuntamente con otra práctica para poder conocer cual es el proceso de calibración ya que en este caso por el tiempo no se hizo dicha calibración y se tomo como referencia la curva de calibración del Whatman No. 42  Referencias. 

Laboratorio de Geotécnica 1 / Martínez Chávez Saúl / Universidad Autónoma de Querétaro.

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ASTM D5298 - 10 Standard Test Method for Measurement of Soil Potential (Suction) Using Filter Paper / American Society for Testing and Materials.

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