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• Nataly Flores Artajo

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DENSIDAD IN SITU 1. INTRODUCCION La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante. En la práctica, de compactación se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos en la construcción de terraplenes, pero también puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno. El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la misma. Las relaciones típicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energía de compactación se obtiene a partir de ensayos de compactación en el laboratorio. La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso especifico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Esta método es para conocer el grado de compactación, es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso especifico seco de campo a partir del material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado. El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos del área en general. La densidad seca que se logra en el campo después de la compactación debe compararse con el valor máximo obtenido en laboratorio. Se puede especificar la norma necesaria de calidad en términos del porcentaje de comparación relativa:

% Compactación =

Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten obtener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada. Densidad relativa y Densidad en sitio El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente. Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten obtener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada.

La densidad relativa es una propiedad índice de los suelos y se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi exclusivamente partículas mayores a 0.074 mm (malla #200). La densidad relativa es una manera de indicar el grado de compacidad (compactación) de un suelo y se puede emplear tanto para suelos en estado natural como para rellenos compactados artificialmente. El uso de la densidad relativa es importante en mecánica de suelos debido a la correlación directa que ella tiene con otros parámetros como por ejemplo: el ensayo Proctor, el ensayo C.B.R. y oros relacionados con la capacidad de soporte de un suelo. Conceptualmente la densidad relativa indica el estado de compacidad de cualquier tipo de suelo. La densidad relativa se obtiene de la determinación de otros parámetros como lo son: Densidad Mínima, Densidad Máxima y la Densidad en Sitio, de estos, los dos primeros se realizan en laboratorio y el último se debe realizar en terreno.

El ensaye es aplicable a suelos que contengan hasta un 12% de partículas finas y un tamaño máximo nominal de 80 mm.

MÉTODOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD EN SITIO Una vez que se han definido los criterios de compactación - en la forma de especificaciones técnicas - para las obras en terreno, es necesario utilizar un método para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la compactación. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno que son los más importantes: Métodos con muestras disturbadas a)

Método del cono de arena

b)

Método Volumenómetro (Globo)

c)

Método del aceite

Métodos con muestras inalteradas d) Método molde cilíndrico e) Método nuclear f) Método Speedy Moisture tester

A) MÉTODO DEL CONO DE ARENA.- El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca. El método del cono de arena utiliza una arena cuarzosa uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída

que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metálico. El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación cuando este en posición completamente abierta o completamente cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas. Placa base para su uso esto puede hacer mas difícil la nivelación pero permite en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base mas constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo. Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como mínimo, cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al aire”, en la zona en que va a ser usada. -Ventajas, este método se utiliza en cualquier tipo de suelo, según la ventaja es el método más exacto. -Desventajas, es un método lento porque se tiene que hacer una previa calibración en laboratorio.

B) MÉTODO VOLUMENÓMETRO (GLOBO).- para empezar el equipo ya está calibrado y no necesita calibración, el cual consta de un globo especial un frasco con su medidor y la misma plancha del método del cono de arena. Este método consiste en medir un volumen inicial y un volumen final medido con el globo, en una excavación de suelo, y la diferencia de esos dos volúmenes será el volumen del hoyo escavado, pesando la cantidad de suelo del hoyo tendremos el peso húmedo y así tendremos la densidad húmeda en sitio, y teniendo el porcentaje de humedad del suelo tendremos la densidad seca en sitio del suelo. -Ventajas, no necesita ninguna calibración en laboratorio, es un método rápido y el cáculo es mínimo -Desventajas, se recomienda solo para arenas medianas y suelos finos, no llena totalmente el hoyo, el globo puede romperse.

C) MÉTODO DEL ACEITE.- para este método se requiere comprar un aceite especial ( SAE # 30) de viscosidad Ceibo, se debe determinar su densidad en laboratorio. Primero se excava un hoyo en el suelo y pesar la muestra del suelo del hoyo, después pesar el aceite y echarlo al hoyo y después volver a pesar el aceite, la diferencia de pesos dividido entre la densidad del aceite nos dará el volumen del hoyo excavado.

-Ventajas, es un método rápido que no necesita mayores cálculos. -Desventajas, no sirve para suelos granulares, los resultados varian en función de la temperatura del sitio D) MÉTODO MOLDE CILÍNDRICO.- el molde tiene que tener un espesor delgado, colocar una sufridera, por el impacto iremos introduciendo el molde al suelo totalmente. Las dimensiones del molde son: diámetro = 6 pulg. Y altura = 7 pulg. Una ves obtenido el volumen del molde y realizando la prueba varias veces tambien tendremos el peso del suelo y así podemos obtener la densidad del suelo en sitio. La muestra no es totalmente inalterable, el porcentaje de alteración depende de los diámetro del espesor del molde.

Donde: De= diámetro exterior, Di= diámetro interior

E) MÉTODO DENSÍMETRO NUCLEAR.- La determinación de la densidad total ó densidad húmeda a través de este método, está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir. Como el número de electrones presente por unidad de volumen de suelo es proporcional a la densidad de éste, es posible correlacionar el número relativo de rayos gamma dispersos con el número de rayos detectados por unidad de tiempo, el cual es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. La lectura de la intensidad de la radiación, es convertida a medida de densidad húmeda por medio de una curva de calibración apropiada del equipo. Existen tres formas para hacer las determinaciones, retrodispersión, transmisión directa y colchón de aire, entregando resultados satisfactorios en espesores aproximados de 50 a 300 mm.(figura.).

Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no destructivas siempre y cuando el material bajo ensaye sea homogéneo. - Curvas de calibrado. Estas se establecen determinando la razón de conteo nuclear de cada uno de varios materiales de densidades conocidas, trazando la razón de conteo contra densidad y ajustando una curva a través de los puntos resultantes. El método usado para establecer la curva, es el mismo que se usa para determinar la densidad in situ. La densidad de los materiales usados para establecer la curva (como por ejemplo bloques de granito, aluminio, magnesio, caliza, etc.), deben ser uniformes y variar dentro de un rango de densidades que incluya la del suelo a medir.

F) MÉTODO SPEEDY MOISTURE TESTER( MEDICIÓN RÁPIDA DE LA HUMEDAD).-

Obtener la medida de la humedad

El rápido ensayo químico de humedad diseñado para la durabilidad. Se puede contar con él para defender a los más de los golpes más duros en el terreno de la. Al mismo tiempo, es totalmente portátil y ofrece un nivel de precisión que normalmente sólo se encuentran en el laboratorio. Pero quizás lo más en el hogar en la construcción, por carretera y fomento de las industrias donde es reconocido como un líder sin rival mundo; jugando un parte de crucial importancia. Concrete Mixing Mezcla de hormigón

Tan importante como el contenido de humedad en el suelo es el contenido de humedad en el hormigón fresco. Cuando se mezcla hormigón es esencial para garantizar que el contenido de humedad es totalmente correcta para evitar cualquier problema que surja después. Viabilidad, de mezcla, la segregación y, en última instancia, la fuerza de lo concreto son todos factores vitales. El ensayo de humedad rápida ofrece un práctico salvaguardar comprobar de dos maneras. En primer lugar, se mide el contenido de humedad en la arena y agregados que se utilizarán en la mezcla. En segundo lugar, es para un control eficaz sobre el contenido de la mezcla final. Speedy es la confianza de concreto premezclado listo empresas de todo el mundo. Reconocida como una prueba fiable de arena y agregados en las plantas de hormigón, que también se utiliza para asegurar la configuración correcta del equipo de control.

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenieriles del material, tales como: 

Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.



Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

 

Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad. Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.

2.2 OBJETIVO ESPECIFICO  El objetivo de la práctica es determinar en sitio el porcentaje de

humedad y la densidad seca de la muestra para aceptar o

rechazar el compactado de acuerdo a las especificaciones técnicas del contrato. 

Determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno.

 Estudio y manejo correcto de este método y de los materiales en

este ensayo que son también una finalidad por lo que es una manera práctica y sencilla de realizar estos ensayos en obra por su importancia y manejabilidad para nuestro control. 

Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicación al diseño o construcción.



Tomar decisiones de acuerdo a tipos de información que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud

3. EQUIPO DE LABORATORIO  Aparato del cono de la arena  Base porta cono

 Arena normalizada  Balanza

    

Martillo Cincel Espátula Cuchara Brocha

‘

 Bolsas para recoger el material  Taras  Horno para secar la muestra

4. PROCEDIMIENTO El procedimiento fue de la siguiente manera: En laboratorio: 

Empezamos la práctica pesando en una balanza el balón mas es cono metálico realizando dos pesadas y obteniendo un promedio, aprovechando la balanza se pesó una tara.



Luego empezamos a calibrar la botella echando arena normalizada (arena cuarzosa retenido entre el tamiz #20 y tamiz #30) una vez llenado en la botella realizamos su respectivo pesado y de manera continua lo volvimos a echar en el saco donde se encontraba la arena.



Esto lo realizamos unas tres veces para tomar un promedio de todas las pesadas realizadas, todo esto siempre teniendo cuidado de acomodar bien la arena en el balón



Después de las tres pesadas nuevamente llenamos el balón con arena para tomar otras medidas pero esta vez del cono mayor, ayudándonos de la base porta cono.



Una vez llenado el balón con arena cerramos la válvula y dimos la vuelta haciendo coincidir con el porta cono y en esa posición abrimos la válvula, cuando la arena dejo de llenar el cono mayor

cerramos la válvula y lo que sobro en el balón lo pesamos y eso nos dio un peso. 

Con lo que sobro en el balón otra vez le dimos la vuelta poniendo el cono mayor en el porta cono y otra vez abriendo la válvula y cerrando cuando la arena lleno el cono mayor para luego pesarlo, nuevamente esto se realizo para tomar un promedio de cuanto de peso existía en el cono mayor.



Todo esto realizado en laboratorio solo se hizo para calibrar el balón En el terreno: Escogiendo en el terreno un lugar adecuado para poner el porta cono en la superficie plana en un suelo compactado, aseguramos el porta cono con la ayuda de unos clavos para fijarlo y que no se mueva ni un poco.

Luego la parte del orificio del porta cono fuimos escarbando con la ayuda de un cincel y un martillo esto sin mover el porta cono ni tampoco sobrepasándonos del limite del orificio

La altura del orificio a escarbar era de 2/3 de 20 cm. A medida que se iba escarbando fuimos sacando el suelo en una tara con mucho cuidado sin perder mucha muestra con la ayuda de una cuchara y de una brocha o cepillo

Por otro lado en el transcurso de realizar el hueco empezamos a llenar el balón con la arena, cuando ya el hueco tenia una altura de 13 centímetros de excavación y toda la muestra recogida empezamos a compactar un poco el hueco con la ayuda de al parte opuesta del cincel.

Después pusimos el cono mayor en el porta cono por encima del orificio y una vez acomodado bien empezamos a abrir la válvula esperando a que llene el orificio y el cono mayor

Cuando ya fue llenado el cono mayor y el hoyo cerramos la válvula y la parte que sobra se fue a pesar en laboratorio. La parte de la arena normalizada puesta en el hoyo se fue rescatando todo lo que se podía en su respectivo saco Llevando al laboratorio se peso la muestra sustraída en la tara y también la parte que sobro en el balón se peso. Una vez pesada la muestra junto con la tara este se introdujo al horno para su respectivo secado. La práctica concluyo cuando al día siguiente después de 24 horas se saco y peso la tara introducida. 5.-CALCULO DE DATOS.-

Datos obtenidos durante la realización del ensayo Volumen de la botella V= 4100 cm3

Peso de la botella vacía + cono= P=775gr Peso botella llena de arena = 7323gr Densidad de la arena = (Peso botella llena de arena – Peso de la botella vacía) / Volumen = (7232-775)/4100 = 1.575 [ gr/ cm^3 ] AHORA PARA HALLAR EL PESO DEL CONO Peso botella llena de arena = 7323gr Peso arena en el cono=1613.4gr Peso botella llena de arena menos el peso del cono= Peso botella llena de arena- Peso del cono=7323-1613.4=5709.6gr Ahora calculo el porcentaje de humedad del suelo Peso tara mas muestra de suelo humeda= Pt + Wh =3783gr Peso tara mas muestra de suelo seca Pt + Ws = 3712 gr Peso tara = Pt = 133.1 gr Peso del agua = Ww = 3783 – 3712 = 71 gr Peso humedo = Wh = ( Pt + Wh) – Pt = 3783 – 133.1 = 3649.9 gr Peso seco = Ws = ( Pt+ Ws ) – Pt = 3712 – 133.1 = 3578.9 gr

Porcentaje de humedad %w = (71/3578.9) * 100 %w = 1.984 [ % ] Luego Peso de la botella después de vaciar en el hoyo WF = 3110 gr Peso arena en el hoyo = Whoyo = Peso botella llena de arena – Peso de la botella vacia + cono – PesoCono – Peso de la botella después de vaciar en el hoyo = 7323 – 775 – 1613.4 – 3110 Whoyo = 1824.6 gr

Volumen del hoyo = Vhoyo = 1824.6 / 1.575 Vhoyo = 1158.48 [ gr/ cm^3 ] Ahora calculo la densidad húmeda y después la densidad seca

γ HUMEDO =

3649.9 1158.48

3.151

3.151 ( 100+1.984 )∗100

γ SECO =

3.09 

Finalmente concluimos que la densidad seca del suelo

3.09 

Para un porcentaje de humedad de

%w = 1.984 [ % ] 6.- CONCLUSIONES.-

 La densidad en sitio se realiza para determinar y comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente.  Debemos saber tomar decisiones de acuerdo a tipos de de información que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.  Esta práctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el grado de compactación de una capa en campo, y además este método es muy sencillo, no necesita mucho tiempo (con excepción del calibrado y de esperar a que se seque la muestra extraída del terreno), además de que la información que nos proporciona es muy cercana a la realidad.  El ensayo realizado fue aceptable ya que no tuvimos ningún contratiempo o algún problema con los instrumentos, materiales o con el suelo  El suelo que fue parte de nuestro ensayo estaba compactado debido a la consolidación, porque no se utilizó ningún mecanismo para compactar el suelo.  Debido a esto la densidad en sitio del suelo no es muy alta  Para nuestro % de compactación utilicé como densidad seca en laboratorio la densidad máxima seca que obtuvimos del ensayo de compactación  Pero como podemos ver el % de compactación no es aceptable con las especificaciones técnicas para aceptar o rechazar el compactado, porque es demasiado baja RECOMENDACIONES.• Recomendamos que para la excavación del hoyo se busque un lugar lizo y libre de impurezas.

7) BIBLIOGRAFIA.• FUNDAMENTOS DE MECANICA DE SUELOS Eulalio Juárez Badillo Alfonso rico Rodríguez •

MECANICA DE SUELOS Ing. Germán Lizarazu Pantoja

•

INFORMES DE LABORATORIO Laboratorio de Geotecnia Universidad Mayor de San Simon •

FUNDAMENTOS DE MECANICA DE SUELOS R. Whitlow Tercera Reimpresión. •

http://ingenieracivil.blogspot.com/2008/057/suelos.html

pag. Web