Ensayo de Densidad en Sitio

7/23/2019 Ensayo de Densidad en Sitio

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LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 ING. LUIS ALBERTO

YURQUINA

ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU

INTRODUCCIN

Mecnica de suelos es el nombre dado a la interpretacincientfica del comportamiento del suelo. puede definirse como

la ciencia que trata con todos los fenmenos que afectan el

comportamiento del suelo en un empleo de alguna manera ligada

con la ingeniera.

Una masa de suelo se considera comnmente como consistente de

un arreglo o red de partculas slidas, las cuales envuelven

vacos o espacios huecos de diferentes tamaos. Los espacios

vacos! pueden estar llenos u ocupados por agua, aire o con

parte de agua " parte de aire.

#l agua suele estar presente en los suelos en forma de una

delgada capa absorbida a la superficie de las partculas o

como liquido libre entre estas, la cual recibe el nombre de

agua de los poros. $i el contenido de agua de un suelo est

principalmente en forma de capa, o humedad absorbida, entonces

no se comporta como liquido. %odos los slidos tienden ha

absorber o condensar en su superficie cualquier liquido &"

gas' que entra en contacto con ellos.

Las capas delgadas de agua son mas fuertes que el agua de los

poros.

#n ()*+, %eraghi estableci que las pelculas de agua de

menos de -.+ / (+0- milmetros de espesor se comporta como

semislidos 1 no hierven ni se congelan a las temperaturasnormales.

Lo fundamental de saber la densidad en el sitio, es para poder

determinar si esta densidad encontrada cumple con las

condiciones de humedad ptima para la compactacin del suelo,

para la e2ecucin de un determinado traba2o.

La prctica es mu" aplicada en la e2ecucin de pro"ectos de

carreteras, "a que se necesita saber la densidad de

compactacin del terreno, o para saber si "a esta listo el

terreno, para aplicar el proceso que le sigue a este.

OBJETIVOSLos ob2etivos principales de la prctica son3

4eterminar la densidad en sitio del suelo al que se aplica.

5tro de los ob2etivos es el de estudiar los m6todos

comnmente utiliados para determinar densidades de sitio,

bsicamente, el m6todo del cono de arena.

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Los ob2etivos secundarios de la prctica son3

7prender el mane2o correcto del equipo utiliado en esta

practica.

4esarrollar la prctica de la forma establecida, para

llegar a un buen resultado.ENFOQUE DE LA PRCTICA

Determinacin de a den!idad en cam"# mediante a #$tencin dem%e!tra! inatera$e!

8ara e9traer una muestra inalterada, deber e9cavarse

cuidadosamente en el terreno teniendo cuidado de hacer un

hueco lo mas uniformemente posible. Los bloques e9trados

pueden ser cubos de (+ cm de lado apro9imadamente.

:nmediatamente despu6s de obtenidos la muestra se pesa todo

el suelo sacado del hueco " se toma una pequea cantidad de

muestra la cual se la pone en una tara " se la pesa para luego

se meter al horno " sacar as sacar su contenido de humedad

del suelo estudiado.

Determinacin de a den!idad en cam"# mediante e Penetrmetr#

La agu2a proctor se utilia tambi6n para determinar el grado

de compactacin del material en el terreno. #l procedimiento

que se emplea es el siguiente3 se mide la distancia a la

penetracin de las muestras compactadas en laboratorio a

humedad optima " densidad m9ima, " se compara estaresistencia, con la que presenta el material compactado en el

terreno. $i el material ha sido bien compactado en el campo,

presentar, apro9imadamente, la misma resistencia que la

registrada en laboratorio.

Determinacin de a den!idad en cam"# mediante a medida de%men de a tierra e'tra(da

La medida de densidad del material en el terreno puede

hacerse, as mismo e9tra"endo una muestra de la capa

compactada " midiendo el volumen del hueco de2ado por elmaterial e9trado. #ste puede medirse mediante el empleo del

agua aceite pesado o arena.

A)#ra &am#! a %na de*inicin m%c)# m+! !inteti,ada

8odemos citar varios m6todos para la determinacin de densidad

entre los cuales podemos citar a algunos3

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M6todo del aceite

M6todo volum6trico

M6todo de saca muestra

M6todo de la arena

M6todo nuclear.

%odos estos m6todos se basan en el concepto anteriormente

sealado.

#mpleamos el m6todo de la arena este por ser el mas

generaliado " adems por ser valido para cualquier tipo de

suelo.

$e puede observar que una ve que se realiado la compactacin

en laboratorio mediante el proctor $tandard %0)) o %0(;+ " se

ha"a determinado la, densidad m9ima " la humedad ptima, se

procede a compactar con equipo elegido convenientemente, de

acuerdo al tipo de suelo que presente la obra.

Para &eri*icar e -rad# de c#m"actacin acan,ad# !e de$enreai,ar a! den!idade! en !iti#

./t#d#! N%ceare!omo

el nmero de electrones presentes por unidad de volumen de

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suelo es proporcional a al densidad de 6ste, es posible

correlacionar el nmero relativo de ra"os gamma, dispersos "

registrarlos en el detector con la densidad, del suelo.

La cantidad de ra"os registrados por unidad de tiempo es

inversamente proporcional a la densidad hmeda del material.

7ctualmente se fabrican medidores nucleares! para

determinaciones superficiales " profundidad de humedad "

densidad. #l control de la humedad " densidad mediante los

medidores nucleares, se efectan en forma sencilla " rpida,

obteni6ndose resultados satisfactorios, tanto en subrasantes

como en capas de base " de rodamiento.

#l nico inconveniente es el costo elevado de estos

registradores en comparacin con el costo del equipo, que se

requiere en los m6todos convencionales.

EL ENSA1O DE DENSIDAD EN SITIOUna ve establecidos, para que el suelo que se va utiliar en

un sitio determinado, los criterios de compactacin,

generalmente con limitaciones de humedad " densidad, es

necesario utiliar algn m6todo para verificar los resultados.

#n todos los pro"ectos pequeos " casi todos los pro"ectos

grandes, esta verificacin se logra bien por el cono de arena

por el m6todo del baln de densidad.

?sicamente, tanto el m6todo del cono de arena como el m6todo

del baln de densidades utilian los mismos principios. 5

sea, se obtienen el peso de suelo hmedo de una pequeae9cavacin de forma algo irregular hecho sobre la superficie

del suelo.

$i es posible determinar el volumen de dicho hueco, la

densidad humedad del suelo se calcula simplemente como3

Vh

Psh=

4onde3

2densidad del suelo.

P!)2 peso suelo hmedo

V)2 volumen del hueco.

#l m6todo del cono de arena representa una forma indirecta de

obtener el volumen del agu2ero. La arena utiliada &a menudo

arena calibrada' es generalmente material que pasa el tami

@A*+ " esta retenido en el @AB+.

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7unque el material menor que el tami @A B+ " ma"or que el

tami @A + o el material menor que el tami @AB+ " ma"or que

el tami @A-+ puede tambi6n utiliarse, generalmente es

deseable tener una arena uniforme o de un solo tamao! para

evitar problemas de segregacin &un volumen de arena fina

puede pesar mas que el mismo volumen de arena gruesa " volumende la mecla puede pesar aun mas', de forma que las mismas

condiciones de vaciado pueda lograrse la misma estructura del

suelo & de la misma densidad " duplicacin requerida'.

#l aparato de cono de arena mas comnmente usado utilia un

recipiente de arena plstico o de vidrio de BC;- cmD &( galn'

con suficiente materia para llenar un hueco " el respectivo

cono' no ma"or de B;++ cmD. dependiendo de cuan cuidadosamente

se ha"a llenado el recipiente antes de ser usados.

8ara el >alculo de la densidad de sitio este se divide en tres

partes las cuales indicaremos a continuacin3

CALIBRACIN DEL FRASCO

#sta calibracin se la realia, para obtener el volumen e9acto

del frasco.

#sta calibracin se hace con agua, "a que tiene una densidad

conocida. >onociendo el peso que se llena al frasco, "

teniendo la densidad del lquido de calibracin, fcilmente se

puede calcular el volumen del frasco, con la siguiente

frmula3

Volumen

Peso=

CALIBRACIN DE LA ARENA

#sta, es una calibracin que se hace para obtener la densidad

de la arena, "a que esta densidad se utilia, para determinar

el volumen del hueco del suelo, de manera que esta calibracin

2uega un papel mu" importante en la determinacin de la

densidad in situ.

PROCEDI.IENTO DE CA.PO2 E.PLEO DE LA ARENA

#s el que ms se ha generaliado en la actualidad. #l equipo

que se utilia consta, adems del martillo cincel para hacer

los ho"os, de un frasco de cristal, o de plstico, de unos *,-

litros de capacidad, donde se colocara la arena, " de un

aparato con una vlvula entre ambos embudos. #l aparato est

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construido de tal modo que el embudo pequeo enrosca

fcilmente el cuello del frasco mencionado.

La arena s6 que se utilia deber ser limpia " seca &secada al

aire libre' prefiri6ndose aquella de granulometra redondeada

" comprendida entre los tamices (+0 B+ apro9imadamente.

#l procedimiento que se emplea para determinar la densidad del

material compactado, comprende las siguientes operaciones

mencionadas mas aba2o.

a3$e determina el peso de la arena por unidad de volumen alhacer esta determinacin deben evitarse, las vibraciones "

procurar que la operacin de vaciado de la arena dentro del

deposito del cristal sea similar a la que va a realiarse en

el terreno. >abe sealar que el depsito es de plstico.

$3 8esamos el frasco de plstico solo " con la arena variasveces para obtener un valor ms real del frasco " la muestra.

7dems se determina el peso para llenar el embudo ma"or.

c3se limpia el sitio escogido " luego se e9cava un ho"o deunos (+ cm de dimetro apro9imadamente hasta una profundidad

igual al espesor de la capa " apro9imadamente igual a la capa

compactada cu"a densidad se desea determinar.

#sta e9cavacin se puede hacer mediante el empleo de un

taladro de cuchara de unas B de dimetro o bien con un cincel" martillo lo cual utiliamos.

d' >uidadosamente se e9trae el material, colocndole, en un

frasco o deposito &el cual se debe tapar con el fin de no

perder mucha humedad' luego se la pesa la muestra de tierra

obtenida de la ona compactada.

e3$e sierra la vlvula " se enrosca el embudo pequeo.

*3#l aparato se coloca encima del ho"o es decir la boca del

embudo lo ponemos al ras del suelo para que as cuando , seabre la vlvula de2a caer la arena hasta que llene el ho"o de

arena.

-3una ve que el arena de2o de caer, la que se tendr quecalcular con tiempo puesto que el frasco no es de vidrio " no

se puede ver se sierra la vlvula " se levanta el aparato. $i

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por algn motivo se sobrepaso el llenado del ho"o se deber

repetir la practica.


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PROCEDI.IENTO

#n esta prctica consta de tres procesos fundamentales " son3

7ntes de realiar la practica procedimos al tamiado de la

arena en el tami @A(+ retenido en el tami @AB+, lo necesario" se tubo que hacer secar esta arena.

67 Cai$racin de *ra!c#

$e peso el frasco ms el cono seco " limpio.

Llenar el frasco con agua, hasta la vlvula " determinar elpeso, siempre ha" que tener cuidado de que no se escurra el

agua por la parte de la rosca del frasco, por lo que se debe

sellar con plastilina o algn tipo de material impermeable.

#l peso del agua se determina por la diferencia del segundocon el primero. Luego el volumen del agua equivalente alvolumen del frasco mas el cono es el coeficiente del peso del

agua entre la densidad del agua.

>on estos datos fcilmente se calcula el volumen del frasco.

87 Cai$racin de a arena

$e peso el frasco ms cono vaco, seco " limpio

Llenamos el frasco con arena calibrada.

#l peso de la arena se saco de la diferencia entre peso dearena mas frasco menos el peso del frasco.

#l volumen "a esta determinado, luego la densidad de laarena ser el coeficiente del peso de la arena entre el

volumen del frasco.

>on estos datos de peso arena " volumen, se puede calcular la

densidad de la arena.

97 .et#d##-(a de cam"#

#n el campo lo que se hio es3

>on el cincel, martillo s6 cabo un hueco el cual teniaapro9imadamente unos (-0*+ cm de profundidad, este hueco

quedo mu" uniforme por la cantidad de piedras que encontramos.

#l suelo que sacamos de la e9cavacin se lo recogi en unabolsa " as evitamos que se pierda la humedad que contena,

luego los llevamos al laboratorio lo pesamos.

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$e peso el suelo recogido en bolsa luego se tomo una tara "sacamos una muestra de la bolsa " lo pesamos " lo pusimos al

horno para determinar el contenido de humedad del suelo.

Luego s6 coloc invertido el frasco con arena colocando enla plancha, posteriormente s6 abri la vlvula de2ando caer la

arena hasta que lleno el ho"o " el embudo ma"or. Luego cerramos la vlvula una ve lleno el ho"o se lolevanto " llevamos el frasco al laboratorio para su respectivo

pesa2e.

$e fue a pesar la arena que sobraba en el frasco " medianteuna diferencia del frasco inicial lleno " este ltimo se

obtendr el peso de la arena.

$e determinara el peso de la arena que cabe en el cono, "aque en el hueco se vaci el peso de arena en el hueco " el

peso de arena en el cono " ha" que corregir esto, restndole

al peso de la arena total, el peso de arena que cabe en le

cono.

8asadas las * hrs. $e procedi a pesar el suelo que sede2 en el horno, para as con este dato calcular el contenido

de humedad del suelo en estudio.

:RFICAS DE LA PRCTICA

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DATOS 1 CLCULOS DE LA PRCTICA

Muestra: Suelo aluvial Fecha:16/16/03

Calibracin del aparato

a) Peso aparato + agua (gr) 4687

) Peso aparato (gr) 64!"#

c) Peso agua c$a% (gr) 4044"#

&)'olue &el *rasco &$c/&esi&a& agua (c3) 4044"#

e) Peso aparato + area seca&a al aire (gr) 64!,

*) Peso aparato (gr) 64!"#

g) Peso area seca&a al aire g$e%* (gr) #786"#

h) -esi&a& &e la area seca&a&a al aire h$g/& (gr/c3 1"43070836,

i)Peso aparato + area (&espues &e llear el eu&o) (gr) 60#!"#

.) Peso &e are seca e el eu&o .$i%e (gr) 376"#

Determinacin del suelo seco y humedad

1) peso tara + suelo he&o (gr) !#!"# 3) peso tara + suelo seco (gr) !48"3

!) peso tara + suelo seco (gr) !48"3 4) peso tara ! (gr) 44"#

2$1%! $4"! 2s$3%4$!03"8

) 5otei&o &e hue&a& $1002/s () !"06

) Peso suelo he&o retira&o &el ho9o + tara (gr) !!!#"#

) Peso &e la tara 1 (gr) 1"#

o) Peso suelo retira&o &el ho9o o$% (gr) !!!4

p) Peso suelo seco retira&o &el ho9o P$o/(100+)100 (gr) !180"#8

Determinacin del volumen del hoyo

) Peso area calira&a + aparato $e (gr) 64!,

r) Peso area ue ue&a &espues &el esa9o (gr) 47,!

s) Peso area ecesaria para llear el ho9o 9 el eu&o 1637

t) Peso area seca e el eu&o t$. (gr) 376"#

u) Peso area para llear el ho9o u$s%t (gr) 1!60"#

v) 'olue &el ho9o u$u/h (c3) 881"03!1

) -esi&a& &e su suelo $p/v (gr/c3 !"47#0!,

;) -esi&a& &e la curva &e copactaciio ue se reuiera seg especi*icacioes () %

OBSERVACIONES Se traa.o co la &esi&a& &e la area calcula&a" si o co la &esi&a& otei&a &e losc?lculos reali=a&os@

CONCLUSIONES

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4espu6s de realiada la practica, llegamos a las siguientes

conclusiones, acompaadas de algunas recomendaciones.

>oncluimos primeramente que cada suelo tendr un valor

propio de densidad en sitio directamente relacionado conel grado de compactacin en el que se encuentre.

#sta practica es mu" importante porque mediante este

m6todo de densidad :@ $:%U &en sitio ' podemos comparar

la densidad calculando en el campo o en la obra de

terreno "a compactado con la densidad "a hallada en el

laboratorio.

La arena a utiliar debe ser limpia " poseer una

granulometra uniforme para lograr de esta manera el

menor espacio de vacos " evitar la segregacin del

material.

#l llenado de la arena en el ho"o debe realiarse sin que

ocurran vibraciones en el baln pues de esta manera se

reducen los espacios vacos obteniendo resultados

imprecisos.

8ara determinar la densidad en sitio, se debe buscar un

lugar que mas o menos no presente mucha segregacin del

material.

#l pesa2e " la medicin de volmenes debe realiarse con

la ma"or e9actitud, pues este m6todo emplea estas

magnitudes para la determinacin de la densidad.

4estacamos la facilidad en la e2ecucin del ensa"o, as

tambi6n hacemos notar la economa del m6todo frente a su

variante con aceite " bomba de vaco.

#s aconse2able una preparacin del material a utiliar

con antelacin suficiente para lograr de esta manera una

optimiacin del tiempo de uso del laboratorio.

5bservar previamente el sentido de giro de la vlvula de

cierre, para tener seguridad de su cerrado en el momento

de volcamiento del baln.

La e9cavacin del ho"o debe realiarse teniendo en cuenta

el no e9ceder el dimetro del molde.

La e9istencia de arcillas o limos en la arena utiliada

puede introducir imprecisiones en el resultado.

La segregacin de material grueso, genera una ma"or

imprecisin en le clculo de la densidad in situ.

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>omo recomendaciones de la prctica se puede decir3

67$e debe e9traer una e9celente arena en el sentido que laarena no contenga ninguna impurea

877l llenar el galn se debe tener cuidado de echar a unavelocidad constante la arena para de ese modo la arena no se

compacte " afecte al volumen que deseamos obtener.

97 Gue el hueco que se cabe para realiar la practica s6efecte con lo mas cilndrico que se puede es decir de

dimensiones (+ cm de " (+ cm de alto, para disminuir losposibles errores que se presentan por la deformidad del hueco.

;7$e recomienda llenar la arena al frasco, siempre girando el

molde alrededor de su e2e " no golpendolo, paran de estamanera tener una calibracin buena de la arena.

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