practica 1

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

UNIDAD ZACATENCO

ASIGNATURA:

LABORATORIO DE GEOTECNIA

PROFESOR:

M. EN C. MARIA GUADALUPE OLIN MONTIEL

PRACTICA No. 1

CALIBRACION DE EQUIPOS DE LABORATORIO

PRESENTA:

OSCAR ARMANDO PELEZ PIMENTEL

MEXICO, DF 28 DE ABRIL DEL 2014

Contenido 1. Normas Aplicables ...................................................................................................................... 1

2. Objetivo ....................................................................................................................................... 1

3. Introduccin ................................................................................................................................ 1

4. Equipo ......................................................................................................................................... 3

5. Balanzas ...................................................................................................................................... 4

Equipo ............................................................................................................................................. 4

Procedimiento ................................................................................................................................. 4

Resultados ....................................................................................................................................... 5

6. Termmetros ............................................................................................................................... 6

Equipo ............................................................................................................................................. 6

Procedimiento ................................................................................................................................. 6

Resultados ....................................................................................................................................... 6

7. Horno de conveccin ................................................................................................................... 7

Equipo ............................................................................................................................................. 7

Procedimiento ................................................................................................................................. 7

Resultados ....................................................................................................................................... 8

8. Copa de Casagrande .................................................................................................................... 8

Equipo ............................................................................................................................................. 8

Procedimiento ................................................................................................................................. 8

Resultados ....................................................................................................................................... 9

9. Tamices ..................................................................................................................................... 10

Equipo ........................................................................................................................................... 10

Procedimiento ............................................................................................................................... 10

Resultados ..................................................................................................................................... 11

10. Consolidometro ..................................................................................................................... 12

Equipo ........................................................................................................................................... 12

Procedimiento ............................................................................................................................... 12

Clculos ......................................................................................................................................... 14

Resultados ..................................................................................................................................... 15

11. Anillo de carga ...................................................................................................................... 16

Equipo ........................................................................................................................................... 16

Procedimiento ............................................................................................................................... 16

Clculos ......................................................................................................................................... 17

Resultados ..................................................................................................................................... 17

12. Matraz ................................................................................................................................... 18

Equipo ........................................................................................................................................... 18

Procedimiento ............................................................................................................................... 18

Calculo .......................................................................................................................................... 20

Resultados ..................................................................................................................................... 20

13. Conclusiones ......................................................................................................................... 21

14. Bibliografa ........................................................................................................................... 21

15. Anexos ................................................................................................................................... 22

Laboratorio de Geotecnia

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1. Normas Aplicables

a) ASTM D-4753 Standard Guide for Evaluating, Selecting, and Specifying Balances and

Standard Masses for Use in Soil, Rock, and Construction Materials Testing

b) ASTM D 2435 Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of

Soils Using Incremental Loading

c) ASTM E77-98 Standard Test Method for Inspection and Verification of Thermometers

d) ASTM D-2216 Laboratory Determination of Water (Moisture) content of Soil and Rock

by Mass

e) ASTM D-4318 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity

Index of Soils

f) ASTM E11-95 Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes

g) ASTM D2435 Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of

Soils Using Incremental Loading

h) ASTM D854 Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water

Pycnometer

2. Objetivo El adecuado funcionamiento de los instrumentos de medicin empleados en el laboratorio, esto para

conocer de forma cuantitativa las propiedades fsicas de los aparatos y se realiza mediante la

comparacin directa con patrones de medida.

3. Introduccin La calibracin se define como: la comparacin de un estndar de medicin, o de un equipo, con un

estndar o equipo de mayor exactitud, para detectar y cuantificar imprecisiones y reportarlas o

eliminarlas mediante un ajuste. En este sentido, la calibracin es la actividad de control de calidad

ms importante dentro de la medicin, ya que establece la relacin del valor medido por un equipo

con un valor convencionalmente real, dando validez y trazabilidad a la medicin.

Una calibracin puede expresarse mediante una declaracin, una funcin de calibracin, un

diagrama de calibracin, una curva de calibracin o una tabla de calibracin. En algunos casos,

puede consistir en una correccin aditiva o multiplicativa de la indicacin con su incertidumbre

correspondiente.


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FIGURA 1. ESQUEMA DE CALIBRACIN

Es necesario que los datos obtenidos tengan una gran precisin. Es habitual que la precisin de una

medida se exprese numricamente mediante medidas de dispersin tales como la desviacin tpica,

la varianza o el coeficiente de variacin bajo las condiciones especificadas.

La precisin est asociada a estadsticas como la varianza y el desvo standard.

En la prctica se suele exigir que los valores de variables importantes para la calidad del producto

se mantengan dentro de un campo dado por tres desvos standard en ms o en menos del valor

especificado, y estos desvos deben ser pequeos para tener buena precisin.

FIGURA 2.PRECISIN

PATRN O

INSTRUMENTO DE

CALIBRACIN

PATRN O

INSTRUMENTO A

CALIBRACIN

PROCEDIMIENTO

DE CALIBRACIN

RESULTADO DE

LA CALIBRACIN


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Las mediciones de peso son ampliamente usadas en el laboratorio de Geotecnia, as que para que

estas sean confiables, es necesario asegurar la calidad de las mismas. De manera general en el

laboratorio se utilizan dos tipos de bsculas: electrnicas y mecnicas. Esta calibracin consiste

bsicamente en realizar pruebas de linealidad que es la capacidad de un instrumento de medicin

para proporcionar una magnitud que tenga una relacin lineal con una magnitud determinada.

El mtodo de calibracin de los termmetros consiste en hacer una comparacin con un sistema de

referencia (termmetro patrn) y el sistema que se desea utilizar, para saber la precisin y exactitud

con la que se dispone a trabajar.

Los hornos de conveccin deben fijarse a una temperatura de 110C 5C y sus termostatos no

deben ser manipulados sin autorizacin del instructor, pues toma un tiempo considerable estabilizar

la temperatura del horno para ajustarlo nuevamente. Las muestras horneadas deben ser removidas

del horno por la persona encargada a ms tardar 24 horas despus de haberlas colocado all.

El anillo de carga es utilizado para medir la deformacin y transmitir la carga en una prueba de

corte hacia el suelo. Cada anillo de carga tiene que ser calibrado ya que todos cuentan con un factor

de carga que se utiliza para conocer, a partir de la deformacin del anillo, la fuerza que est

actuando en el espcimen de suelo.

La calibracin del matraz debe efectuarse cada 18 meses. Al final se obtiene una curva de

calibracin, la cual es una representacin grfica de dos parmetros: la temperatura y el peso del

matraz ms un lquido. La calibracin incluye la seleccin de un modelo para estimar los

parmetros que permitan determinar la linealidad de esa curva y, en consecuencia, la capacidad de

un mtodo analtico para obtener resultados que sean directamente proporcionales a la

concentracin de un compuesto en una muestra, dentro de un determinado intervalo de trabajo.

4. Equipo Se realizara la calibracin de los principales equipos utilizados en el laboratorio los cuales sern los

siguientes.

- Balanzas (Electrnicas/Mecnicas)

- Termmetros

- Hornos de conveccin

- Copa de Casagrande

- Tamices

- Consolidometro

- Anillo de carga

- Matraz

En cada una de estas calibraciones se utilizara equipo y un procedimiento diferente, as que cada

equipo tendr su apartado para dar especificaciones del procedimiento y los resultados de cada uno.


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5. Balanzas

Equipo Balanzas Mecnicas

Balanza digital

Pesas estndar

Procedimiento 1. En primer lugar se realizara la calibracin de las balanzas mecnicas. Se limpian las

balanzas, se ajusta el plato y se busca que sin peso este indique un valor inicial de 0.

Tambin se le coloca aceite a las guas de las pesas para que estas no se atasquen con el

movimiento.

FIGURA 3. EQUIPO

FIGURA 4. AJUSTES INICIALES


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2. En seguida se toman las pesas estndar y se pesan en las basculas, se toma el registro y se

verifica que estos entren en los parmetros establecidos, y se anotan las observaciones

pertinentes.

3. Proseguimos con la balanza electrnica. Primero limpindola, verificando que esta encienda

correctamente y que todos los botones funcionen. Despus se coloca las pesan, se anota el

peso registrado y se verifica que este dentro del rango permitido por la norma.

Resultados Los resultados se logran ver en el Anexo 1 de este trabajo. Al igual que las observaciones

identificadas durante la prueba.

FIGURA 6. COLOCACIN DE ACEITE FIGURA 5. VERIFICACIN DE PESOS

FIGURA 7. BALANZA ELECTRNICA


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6. Termmetros

Equipo Termmetro Patrn

Termmetro a Calibrar

Vaso de precipitados

Parrilla

Procedimiento 1. Dentro del vaso de precipitados se coloca agua destilada. Posteriormente se coloca el vaso

de precipitados sobre una parrilla y se dej durante un cierto intervalo de tiempo y se tom

la temperatura con ambos termmetros.

2. Los termmetros deben de estar lo ms juntos posibles y a una distancia de 5 cm dentro del

lquido, como se muestra en la figura 8.

FIGURA 8. LECTURA DE LAS TEMPERATURAS EN EL TERMMETRO

3. Se realizaron 5 lecturas a diferentes temperaturas que se verificaron con el termmetro

patrn y estas se presentan en el anexo 2.

Resultados Los resultados se presentan en el Anexo 2 de este trabajo. . Al igual que las observaciones



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7. Horno de conveccin

Equipo Horno de conveccin

Termmetro

Base de madera para termmetro

Vaso de precipitados

Procedimiento 1. Se enciende el horno de conveccin. En la parte posterior del horno tiene una perrilla que

regula la temperatura interna, y en una abertura especial en la parte superior se coloca el

termmetro sobre la base de madera para que este tome la temperatura interna del horno.

Como se muestra en la figura 9.

FIGURA 9. EQUIPO UTILIZADO EN LA PRUEBA

2. De igual manera se introducen 3 vasos de precipitados con agua y se colocan como se

indica en la figura 10. Y conforme pasa el tiempo se regula la temperatura con la perilla y

se registra la temperatura del horno y del agua dentro de los vasos hasta que la temperatura

del horno se mantenga en el rango establecido por la norma 110C 5C.

FIGURA 10. VASOS DE PRECIPITADOS CON AGUA


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8. Copa de Casagrande

Equipo Copa de Casagrande

Ranura de calibracin

Desarmador

FIGURA 11. EQUIPO

Procedimiento 1. Verificar que el dispositivo (copa de Casagrande) est limpio y en buen estado.

2. En la copa del aparato se marca con lpiz una cruz en el centro de la huella que se forma al

golpear contra la base.

3. Se da vuelta a la manija hasta que la copa se eleve a su mayor altura, utilizando una solera de un

centmetro de espesor o el calibrador de un centmetro adosado al ranurador, se verifica que la

distancia entre el punto de percusin y la base sea de un centmetro exactamente. De ser necesario,

se aflojan los tornillos de fijacin y se mueve el de ajuste hasta obtener la altura de cada requerida.


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FIGURA 12. VERIFICACIN DE LA ALTURA DE CADA

4. Peridicamente, y al usar un dispositivo por primera vez, se verificaran adems los detalles

siguientes:

- La copa debe pesar 200 gr con una tolerancia de 20 g.

- Los puntos de impacto, tanto en la base como en la copa, no deben estar gastados. Si la marca de

la base tiene ms de 0.1 mm de profundidad, sta debe pulirse nuevamente.

Resultados Esta prueba consista nicamente en comprobar el estado de la copa y que el desgaste no fuera

demasiado, tambin se verifico la altura de cada fuera la indicada por la norma. En base a esto se

dice que la copa se encuentra en condiciones adecuadas para ser utilizada en las pruebas

correspondientes.


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9. Tamices

Equipo Juego de mallas

Vernier

FIGURA 13. EQUIPO

Procedimiento 1. Se realiza una revisin completa y detallada de cada malla, el juego de mallas se presentan

en el Anexo 3. Para las mallas que tienen aberturas mayores a la del No. 4 se realiza una

revisin visual y con ayuda de un vernier se verifica que la apertura de las mallas

corresponda con el No. de malla, figura 14.

FIGURA 14. LECTURA DEL VERNIER

2. Se tomaron 3 medidas de diferentes aberturas, para checar si estas coinciden con la apertura

que debera tener.

3. Para el juego de mallas que estn por debajo de la No.4 se hace solo una revisin visual ya

que sus aberturas son muy pequeas, figura 15, las observaciones se encuentran en el

Anexo 3.


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FIGURA 15. JUEGO DE MALLAS QUE ESTN POR DEBAJO DE LA MALLA NO.4




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10. Consolidometro

Equipo Micrmetro

Pesas

Piedras porosas

Papel Filtro

Consolidometro

Anillo de consolidacin

Placa metlica

Procedimiento

1. Se monta el Consolidometro, se colocan dentro de un molde extrable del Consolidometro,

dentro del molde se colocaran las piedras porosas, el papel filtro y una placa metalica,

despus de montar se cierra y se coloca en el Consolidometro.

2. Se nivela el marco que transmitir la carga al anillo, y sobre la base del marco se ajusta con

un nivel la altura donde se colocara el micrmetro para tomar las lecturas como se muestra

en la Figura 17.

FIGURA 16. EQUIPO


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FIGURA 17. MICRMETRO Y MARCO DE CARGA

3. Posteriormente en el sistema de carga, se coloc una carga inicial de 0.503 kg para que se

garantizara el contacto de las piedras porosas y el filtro.

4. Se comenz a hacer el ensaye colocando de manera ordenada y ascendente diferentes

cargas y se tom una lectura del micrmetro en cada una de ellas, respectivamente, estas se

presentan en el Anexo 4.Se tena especial atencin en el momento de colocar la carga ya

que si esta llegara a oscilar el micrmetro tomara una medida errnea. Figura 18.

FIGURA 18. APLICACIN DE CARGA

5. Se realiza este procedimiento en 3 ciclos de carga y descarga obteniendo las lecturas del

micrmetro en cada incremento de carga.


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Clculos 1. Calcule el rea del espcimen (A), utilizando la siguiente ecuacin:

Donde:

A = rea del espcimen, cm2 o m2

d = Dimetro del espcimen, cm o m

2. Calcule las presiones actuantes sobre el espcimen como sigue

FIGURA 19. ESQUEMA DE APLICACIN DE LA PRESIN ACTUANTE EN EL ESPCIMEN

Ya que el sistema usado es uno de doble palanca la formula se modifica y resulta de la siguiente

manera

Donde:

= Presin actuante sobre el espcimen para cada etapa de carga, kPa

P = Carga actuante sobre el espcimen para cada etapa de carga, N

A = rea del espcimen, cm2 o m2

= Longitudes de los brazos de palanca del odmetro


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3. Calcule el promedio de lecturas del micrmetro

Donde:

Lect 1, 2, 3= Lecturas del micrmetro en los ciclos 1, 2 y 3 respectivamente

4. Calcule la deformacin del equipo de consolidacin

Ejemplo

Dimetro: 7.39cm

Se calcula la presin actuante

P = 11 kg

L= 40.64 cm

5.08 cm

Promedio de lecturas del micrmetro

Lectura ciclo 1 = 2.044



Deformacin del equipo de consolidacin

Lectura 1 = 2.000

Lectura 2 = 2.042

Resultados Los resultados de esta prueba se presentan en el Anexo 4.


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11. Anillo de carga

Equipo Anillo de Carga

Micrmetro

Pesas

Marco de carga

Baln de acero

Nivel de mano

Procedimiento 1. El marco de carga tiene un sistema de poleas para nivelar el anillo de carga este se puede

ajustar a la altura del anillo. Debajo del anillo de carga se coloca una placa metlica que

sirve de soporte para el anillo de carga y este puede ser ajustado para que las poleas del

marco de carga no rosen con el marco metlico y esto genere errores en la lectura del

micrmetro.

2. Una vez ajustada la placa metlica se coloca el anillo de carga y en la parte superior se

coloca un baln de acero que se utiliza para transmitir la carga del marco de carga hacia el

anillo de carga. Despus se nivela correctamente el marco de carga y se garantiza el

contacto con el baln de acero, como se muestra en la figura 20.

FIGURA 20. COLOCACIN DEL ANILLO DE CARGA SOBRE EL MARCO DE CARGA

3. Posteriormente se comienzan a colocar las pesas en el sistema de carga y se toma lectura

del micrmetro por cada incremento en la carga, figura 21. Las cargas aplicadas se

muestran en la tabla 6 al igual que las lecturas del micrmetro. Se realizan 3 ciclos de carga

y descarga.


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FIGURA 21 SISTEMA DE CARGA

Clculos 1. Calcule el promedio de lecturas del micrmetro

Donde:

Lect 1, 2, 3= Lecturas del micrmetro en los ciclos 1, 2 y 3 respectivamente.

2. Calcule la deformacin del equipo de consolidacin

Ejemplo

Promedio de lecturas del micrmetro




Deformacin del equipo de consolidacin

Lectura 1 = 7.000

Lectura 2 = 7.138




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12. Matraz

Equipo 2 matraz

Bao mara

Termmetro

Franela

Agua destilada

Bascula

Pipeta

Embudo

Alcohol

Procedimiento 1. Limpieza del matraz. Con amonaco, o alguna solucin que disuelva las grasas, se limpia el

matraz. Puede ser necesario dejarlo lleno con la solucin durante varias horas. Despus se enjuaga

varias veces con agua destilada y se deja escurrir, colocndolo con la boca hacia abajo.

FIGURA 22. LIMPIEZA DEL MATRAZ

2. Enseguida se lava con alcohol, se deja escurrir, se lava con ter, y se eliminan los vapores

colocndolo con la boca hacia abajo, durante 15 minutos.

3. Se llena el matraz con agua destilada o desmineralizada a la temperatura ambiente hasta

aproximadamente, 5 mm debajo de la marca de aforo. Se dejan transcurrir 30 minutos, por lo

menos, para permitirle alcanzar la misma temperatura que el agua que contiene.


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FIGURA 23. MATRAZ CON AGUA DESTILADA

4. Se llena con cuidado el matraz, usando una pipeta, hasta que la parte superior del menisco

coincida con la marca de aforo.

5. Se seca cuidadosamente el interior del cuello con una toalla de papel doblada. Se seca

tambin el exterior.

6. Se pesa el matraz con agua ( Wmw ), con presin 0.01 gr enseguida, se agita ligeramente y se toma la temperatura del agua, con presin 0.1 C, introduciendo el termmetro hasta el centro

del matraz. Se verifica la uniformidad de la temperatura en otros puntos de la suspensin como en la

base y la parte superior de la suspensin en el matraz.

FIGURA 24. VERIFICACIN DE TEMPERATURAS

7. Se repiten los pasos 4 a 6, utilizando agua a una temperatura de aproximadamente 5 C

superior al ambiente del laboratorio, hasta tener 5 lecturas de diferentes temperaturas.


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FIGURA 25. LECTURAS DE LA TEMPERATURA DEL MATRAZ

8. Las temperaturas, y los pasos del matraz y del agua, se anotan en la tabla 1, se construye la

grfica de calibracin.

Calculo 1. Promedio de temperaturas

Donde

t sup= temperatura en la parte superior del matraz

t med= temperatura en la parte media del matraz

t inf= temperatura en la parte inferior del matraz

Ejemplo

Calcule la temperatura promedio

Resultados Los resultados se presentan en el Anexo 6.1 y 6.2 de este trabajo. . Al igual que las observaciones


Sup.

Med.

Inf.


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13. Conclusiones La calibracin es una prueba esencial en cualquier laboratorio ya que se deben tener los equipos en

excelentes condiciones durante la realizacin de la pruebas. Estos equipos deben ser calibrados

cuando son utilizados por primera vez, y verificados constantemente para asegurar que estn

funcionando de acuerdo a los paramentos de las normas ASTM.

La prueba realizada a los equipos mencionados en este trabajo indica que la mayora est en

condiciones ptimas de acuerdo a la norma aplicable, pero hay otros equipos como los tamices que

se requiere su mantenimiento o cambio para asegurar que estos trabajen de manera correcta durante

la aplicacin de las pruebas correspondientes.

14. Bibliografa Joseph E. Bowles---Manual de laboratorio de suelos en ingeniera civil

T. William Lambe Mecnica de suelos

http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/02/anillo-de-carga-y-deformimetro.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Balanza

http://www.fullquimica.com/2010/10/termometro.html

Braja M. Das--- Fundamentos de Ingeniera Geotcnica

http://es.wikipedia.org/wiki/Matraz_aforado

VOCABULARIO INTERNACIONAL DE METROLOGA (VIM)


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15. Anexos Anexo-1 Calibracin de Balanza

Anexo-2 Calibracin de Termmetro y Calibracin de Horno de Conveccin

Anexo-3 Calibracin de Tamices

Anexo-4 Calibracin de Consolidometro

Anexo-5 Calibracin de Anillo de Carga

Anexo-6.1 Calibracin de Matraz (1)

Anexo-6.2 Calibracin de Matraz (2)

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