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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
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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
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Clculos ......................................................................................................................................... 17
Resultados ..................................................................................................................................... 17
12. Matraz ................................................................................................................................... 18
Equipo ........................................................................................................................................... 18
Procedimiento ............................................................................................................................... 18
Calculo .......................................................................................................................................... 20
Resultados ..................................................................................................................................... 20
13. Conclusiones ......................................................................................................................... 21
14. Bibliografa ........................................................................................................................... 21
15. Anexos ................................................................................................................................... 22
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PRACTICA 1 Pgina 1
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
identificadas durante la prueba.
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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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Resultados Los resultados se presentan en el Anexo 2 de este trabajo. . Al igual que las observaciones
identificadas durante la prueba.
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
Resultados Los resultados se presentan en el Anexo 3 de este trabajo. . Al igual que las observaciones
identificadas durante la prueba.
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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
Lectura ciclo 2 = 2.04
Lectura ciclo 3 = 2.042
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
Lectura ciclo 1 = 7.135
Lectura ciclo 2 = 7.135
Lectura ciclo 3 = 7.145
Deformacin del equipo de consolidacin
Lectura 1 = 7.000
Lectura 2 = 7.138
Resultados Los resultados se presentan en el Anexo 5 de este trabajo. . Al igual que las observaciones
identificadas durante la prueba.
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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
identificadas durante la prueba.
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)