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LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

PRÁCTICA Nº8

PESO UNITARIO DEL SUELO EN SITIO

Practica Nº8

PESO UNITARIO DEL SUELO EN SITIO 5.1.- INTRODUCCION.5.1.1.- GENERALIDADES.Una vez concluidos los trabajos de compactación de suelos, por ejemplo en una carretera, es necesario determinar empleando algún método el grado de compactación alcanzado con la maquinaria, para esto debemos determinar la densidad seca del suelo en el terreno y el contenido de agua del relleno compactado o de los materiales colocados como base y sub-base de una carretera, con la finalidad de comparar los resultados obtenidos en el laboratorio (ensayos de compactación). Esto se realiza en obras grandes y pequeñas, para de esta manera verificar que se están cumpliendo con las especificaciones. Para determinar la densidad seca podemos partir de la siguiente expresión:

Teniendo la densidad húmeda del suelo, podemos hallar la densidad seca del suelo con la siguiente formula:

Observe que necesitamos hallar tres valores de laboratorio, el peso húmedo, el contenido de humedad y el volumen. Hallar el peso húmedo trae problemas, lo mismo sucede con el contenido de humedad. El problema radica en hallar el volumen del suelo compactado. Existen varios métodos para determinar este valor:     

Método del aceite. Método volumétrico, o del balón de caucho. Método del extractor de muestras. Método de la arena. Método nuclear.

Se deja como tarea para el estudiante el desarrollo de los cuatro primeros métodos, el costo y su aplicabilidad en los diferentes tipos de suelos. Nuestro laboratorio no cuenta con un densímetro nuclear, es por eso que solo lo mencionaremos teóricamente. Solo desarrollaremos el método de la arena.

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Todos los métodos, excepto el método nuclear requieren la excavación de un hoyo de forma regular, se recomienda que esta sea de forma cilíndrica. 5.1.1.- METODO DE LA ARENA.El método del cono y la arena es un método indirecto para medir el volumen del hoyo excavado. En este medo se recomienda el uso de la arena Ottawa para mayor Precisión (Se deja como tarea para el estudiante investigar las propiedades principales de la arena Ottawa), pero en muchos casos es difícil conseguir este tipo de arena, es por esto que se recomienda el uso de un tipo de arena que no tenga mica y que sea cuarzosa, esta debe encontrarse entre los tamices Nº30 y Nº20, podemos utilizar también material que este entre los tamices Nº30 y Nº40, o también entre los tamices Nº30 y Nº50. En general, debe buscarse un tipo de arena que tenga un tamaño uniforme, para evitar problemas de segregación (un volumen de arena gruesa puede pesar menos que el mismo volumen en arena fina), de forma que en las mismas condiciones de vaciarlo pueda lograrse la misma estructura de suelo (de la misma densidad) y duplicación requerida.

Arena Ottawa. Observe que esta arena esta libre de impurezas.

Si tenemos un material de densidad constante, por ejemplo de 1.6g/cc (peso específico promedio de la arena Ottawa), y tenemos el dato que para llenar el hoyo necesitamos 5000g, fácilmente podemos calcular el volumen del hoyo:

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A continuación daremos algunas recomendaciones para realizar el ensayo:   

El tamaño del hoyo a excavar no debe ser muy grande esto para mayor precisión. Se debe impedir la perdida de suelo durante la excavación. Para e tamaño de la muestra el manual de la ASTM, recomienda lo siguiente (en función del tamaño máximo).

Tamaño máximo del suelo. Tamiz Nº4 12.7 mm 25.0 mm 50.0 mm

  

 

Volumen del hueco para el ensayo (cc). 700 1400 2100 2800

Tamaño de la muestra para el contenido de humedad. 100 250 500 1000

La excavación del hoyo debe ser lo mas regular posible. Si existe el suficiente espacio en el laboratorio, debe secarse la muestra en su totalidad para mayor confiabilidad en el peso seco. La excavación debe realizarse lo más rápido posible, para evitar la perdida del contenido de humedad del suelo. Para evitar esta perdida del contenido de humedad, debe mantenerse la muestra en bolsas de plástico, y luego sellarlas. Al utilizar este método, de evitarse cualquier vibración alrededor, ya que esto puede introducir exceso de arena en el agujero, por consiguiente sobrestimar el volumen del agujero. Para e tamaño de la muestra el manual de la ASTM, recomienda lo siguiente (en función del tamaño máximo).

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Equipo utilizado para el método del cono y la arena

5.1.1.- METODO DE NUCLEAR.Este método de prueba se realiza con un instrumento diseñado para medir el volumen y el contenido de agua del suelo. Utiliza una fuente radioactiva de sondeo en combinación con los tubos Geiger para medir el peso unitario y el contenido de agua del suelo.

Una sonda externa de detección se coloca en el suelo a la profundidad deseada. Fundamentalmente, los rayos gama que emite este detector se absorben por los átomos del suelo y del agua. Se absorbe una mayor cantidad de rayos cuando el suelo tiene un peso unitario alto y un contenido alto de agua. Por consiguiente, llegan un número menor de rayos al instrumento. Así, cuanto más denso sea el suelo más bajo será el ritmo del conteo del instrumento.

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Las ventajas del método de prueba nuclear son:    

Rapidez para la determinación del peso unitario del suelo en el sitio. No es destructiva; no molesta la estructura del suelo. Reduce el personal que interviene en los procedimientos convencionales de prueba. Proporciona un método de efectuar pruebas de peso unitario en suelos colocados en sub— bases de gran extensión.

Al lector interesado en el estudio detallado del método, se recomienda consultar la norma ASTM D—2922.

Medidor nuclear para peso unitario.

5.2.- OBJETIVO GENERAL.

Determinar el peso unitario de un suelo en el terreno

5.3.- PROCEDIMIENTO Y MATERIAL UTILIZADO.5.3.1.- MATERIAL (LIMITE LIQUIDO). Equipo del cono y arena.  Arena estándar que pase por el tamiz Nº20 y retenga el tamiz Nº30.  Balanza  Herramientas para excavar agujeros en el suelo compactado: martillo, cincel metalico, cuchara, brocha y espátula.  Equipo para determinar el contenido de humedad. AUXILIAR: UNIV. SAMUEL ADAM SOSSA LAYME

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Bolsas de plástico para guardar e suelo recuperado del agujero.

Aparato que consta del frasco, cono y placa base.

5.3.2.- PROCEDIMIENTO.5.3.2.1.- Calibración de la arena.-

     

VOLUMEN DEL FRASCO.Determinar el peso del frasco vacío (Wf) con aproximación de 0.1 g. Llenar el frasco con agua hasta el borde. Colocar el conjunto en la balanza con aproximación de 0.1g, enrasar usando una placa de vidrio colocando el agua faltante con una pipeta y secar la parte exterior del frasco en caso necesario. Determinar el peso del frasco de vidrio con agua (Wfw). Repetir el procedimiento por lo menos tres veces. Con los valores promedios de Wf y Wfw calcular: Peso del agua (Ww):

 Calcular el volumen del frasco.

PESO UNITARIO DE LA ARENA  Determinar el peso del frasco de vidrio vacío (Wf), con aproximación de 0.1g.  Atornillar el cono al frasco.  Llenar el cono con arena y abrir la válvula para llenar el frasco. Durante el llenado adicionar arena al cono de tal forma que el nivel en el mismo se mantenga por lo menos hasta la mitad. Evitar cualquier vibración durante el llenado. AUXILIAR: UNIV. SAMUEL ADAM SOSSA LAYME

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 Cuando se llene el frasco, cerrar la válvula.  Evitando cualquier vibración determinar el peso del frasco y cono con arena (Wfs), con aproximación de 0.1g.  Repetir el procedimiento por lo menos tres veces.  Con lo valores promedios de Wf y Wfs a calcular:  Peso de la arena seca (Ws)

 Peso unitario de la arena seca (γd arena)

5.3.2.2.- Calibración del volumen del cono sobre la placa base.Determinación del peso de la arena necesaria para llenar el cono y el orificio de la placa—base.  Llenar el frasco de vidrio con la arena seca; determinar y registrar el peso del conjunto (W4), con aproximación de 0.1g. atornillar el cono al frasco.  Colocar la placa-base sobre la superficie plana y limpia de la mesa de trabajo.  Colocar el cono en coincidencia sobre la escotadura de la placa-base.  Abrir la válvula del cono y esperar que la arena llene el orificio de la placa—base y el cono.  Cerrar la válvula y retirar el frasco y cono.  Destornillar el cono, determinar el peso del frasco y el resto de la arena contenida (W5).  Repetir el procedimiento por lo menos 3 veces. 111  Con los valores promedios de W4 y W5 calcular:  Peso de la arena utilizada para llenar el cono y el orificio de la placa—base.

5.3.2.3.- Determinación del peso unitario del suelo en sitio. Llenar el frasco con arena seca, determinar y registrar el peso del conjunto (W6), con aproximación de 0.1g. Tapar el frasco para evitar pérdidas de arena durante su transporte.  Dentro de la zona donde se trabaja, escoger un lugar para excavar un agujero, y trazar un cuadrado de 60cm de lado, limpiar la parte superior del terreno, nivelar lo mejor posible la superficie descubierta.  Colocar la placa-base sobre la superficie del suelo nivelada y enrasada. Clavar en el suelo un clavo de 3” junto a cada lado de la placa para mantenerla fija.  Excavar el suelo a través del orificio de la placa-base. La profundidad del agujero será aproximadamente 15cm.  Todo el suelo que se va extrayendo del agujero depositar con cuidado en una funda de plástico que se debe cerrar para evitar pérdidas de humedad.  Limpiar el agujero con la brocha, eliminando las aristas vivas de la superficie y recuperar el suelo en la misma funda de plástico.

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 Destornillar la tapa del frasco con la arena calibrada, y atornillar en su lugar el cono. Invertir el frasco y colocar el cono sobre la escotadura de la placa-base.  Abrir la válvula del cono y dejar que la arena llene el agujero en el suelo, el orificio de la placa— base y el cono.  Cuando ya no se observe descenso del nivel de arena en el frasco, cerrar la válvula y retirar el frasco. Remplazar el cono por la tapa roscada del frasco.  Extraer la arena del agujero y rellenarla con suelo del terraplén.  Destornillar la tapa del frasco, determinar y registrar el peso del conjunto (W7), con aproximación de 0.1g. Por diferencia de pesos determinar y registrar el peso de la arena que lleno el agujero, el orificio de la placa—base y el cono. Con los datos de calibración calcular el volumen del agujero.  Determinar y registrar el peso del suelo extraído del agujero (W), contenido en la funda de plástico.  De la muestra de suelo extraído del agujero, tomar dos porciones representativas, para determinar su contenido de agua.

Pesado del frasco más cono

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Vaciado de la arena a la botella, note que el nivel de arena debe mantenerse constante y casi a la mitad del cono.

Pesado del cono más botella más arena

Determinación del peso de la arena en el cono

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Arena necesaria para llenar el cono

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Excavación del hoyo del suelo en sito

Vaciado de la arena al hoyo

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5.4.- CALCULOS.5.4.1.- Contenido de humedad.El contenido de agua se calculara con al siguiente formula: ( ) Ww = Peso del agua. Ws = Peso de la muestra de suelo. 5.4.2- Volumen del suelo.(

)

(

)

Ww = Peso del agua. Ws = Peso de la muestra de suelo. 5.4.4- Peso unitario del suelo.-

5.4.4- Peso unitario del suelo.Se define como grado de compactación (Gc) al cociente entre el peso unitario del suelo seco in situ y el peso unitario máximo del suelo seco determinado en el laboratorio por un ensayo normalizado de compactación.

(

)

El grado de compactación admisible, para efectos de comparación y control se especifica por normas dependiendo de la obra a construirse y del tipo de suelo. Es requisito común para suelos que han de ser empleados en terraplenes exigir que el grado de compactación no sea inferior al 95% y para materiales usados en subrasantes una compactación del 100% del peso unitario máximo del suelo seco. Para suelos que requieren compactación sin grandes exigencias de resistencia e incompresibilidad se reduce a veces el requisito a un mínimo de 90%.

 Instrucciones.

El suelo para construir el edificio de la carrera de Ingeniería Civil ya fue compactado, según loas densidades secas máximas halladas en laboratorio (proctor estándar y proctor modificado), El edificio será de 10 pisos (clase 2), hallar el grado de compactación para ambos casos y dar un criterio se acepta o se rechaza la obra. Sugerencia utilice la siguiente tabla.

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5.5.- CUESTIONARIO. Explique muy brevemente los otros ensayos para hallar la densidad en sitio.  Realice una tabla con todos los métodos para hallar la densidad en sitio, indicando su aplicabilidad, costo, exactitud y tiempo de realizado.  Averigüe las propiedades de la arena Ottawa.

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