• Author / Uploaded
• saulin

Citation preview

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU INTRODUCCIÓN Mecánica de suelos es el nombre dado a la interpretación científica del comportamiento del suelo. puede definirse como la ciencia que trata con todos los fenómenos que afectan el comportamiento del suelo en un empleo de alguna manera ligada con la ingeniería. Una masa de suelo se considera comúnmente como consistente de un arreglo o red de partículas sólidas, las cuales envuelven vacíos o espacios huecos de diferentes tamaños. Los espacios “vacíos” pueden estar llenos u ocupados por agua, aire o con parte de agua y parte de aire. El agua suele estar presente en los suelos en forma de una delgada capa absorbida a la superficie de las partículas o como liquido libre entre estas, la cual recibe el nombre de agua de los poros. Si el contenido de agua de un suelo está principalmente en forma de capa, o humedad absorbida, entonces no se comporta como liquido. Todos los sólidos tienden ha absorber o condensar en su superficie cualquier liquido (y gas) que entra en contacto con ellos. Las capas delgadas de agua son mas fuertes que el agua de los poros. En 1920, Terzaghi estableció que las películas de agua de menos de 5.04 * 10-5 milímetros de espesor se comporta como semisólidos ; no hierven ni se congelan a las temperaturas normales. Lo fundamental de saber la densidad en el sitio, es para poder determinar si esta densidad encontrada cumple con las condiciones de humedad óptima para la compactación del suelo, para la ejecución de un determinado trabajo. La práctica es muy aplicada en la ejecución de proyectos de carreteras, ya que se necesita saber la densidad de compactación del terreno, o para saber si ya esta listo el terreno, para aplicar el proceso que le sigue a este. OBJETIVOS Los objetivos

principales de la práctica son:

 Determinar la densidad

en sitio del suelo al que se aplica.

 Otro de los objetivos es el de estudiar los métodos comúnmente utilizados para determinar densidades de sitio, básicamente, el método del cono de arena.

- 1 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

Los objetivos secundarios  Aprender practica.

ING. LUIS ALBERTO

de la práctica son:

el manejo correcto del equipo utilizado en esta

 Desarrollar la práctica de llegar a un buen resultado.

la

forma

establecida,

para

ENFOQUE DE LA PRÁCTICA Determinación de la densidad en campo mediante la obtención de muestras inalterables Para extraer una muestra inalterada, deberá excavarse cuidadosamente en el terreno teniendo cuidado de hacer un hueco lo mas uniformemente posible. Los bloques extraídos pueden ser cubos de 10 cm de lado aproximadamente. Inmediatamente después de obtenidos la muestra se pesa todo el suelo sacado del hueco y se toma una pequeña cantidad de muestra la cual se la pone en una tara y se la pesa para luego se meterá al horno y sacar así sacar su contenido de humedad del suelo estudiado. Determinación de la densidad en campo mediante el Penetrómetro La aguja proctor se utiliza también para determinar el grado de compactación del material en el terreno. El procedimiento que se emplea es el siguiente: se mide la distancia a la penetración de las muestras compactadas en laboratorio a humedad optima y densidad máxima, y se compara esta resistencia, con la que presenta el material compactado en el terreno. Si el material ha sido bien compactado en el campo, presentará, aproximadamente, la misma resistencia que la registrada en laboratorio. Determinación de la densidad en campo mediante la medida del volumen de la tierra extraída La medida de densidad del material en el terreno puede hacerse, así mismo extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Este puede medirse mediante el empleo del agua aceite pesado o arena. Ahora vamos a una definición mucho más sintetizada Podemos citar varios métodos para la determinación de densidad entre los cuales podemos citar a algunos:

- 2 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

    

Método Método Método Método Método

ING. LUIS ALBERTO

del aceite volumétrico de saca muestra de la arena nuclear.

Todos estos métodos se basan en el concepto anteriormente señalado. Empleamos el método de la arena este por ser el mas generalizado y además por ser valido para cualquier tipo de suelo. Se puede observar que una vez que se realizado la compactación en laboratorio mediante el proctor Standard T-99 o T-180 y se haya determinado la, densidad máxima y la humedad óptima, se procede a compactar con equipo elegido convenientemente, de acuerdo al tipo de suelo que presente la obra. Para verificar el grado de compactación alcanzado se deben realizar las densidades en sitio Métodos Nucleares Hoy en día los métodos llamados nucleares se emplean con singularidad en los aparatos que se fabrican permiten determinar con bastante aproximación la humedad y la densidad de los suelos y materiales tanto en la superficie como a diferentes profundidades. Determinación y contenido de humedad La medida de la humedad se basa en las leyes físicas que gobiernan la “ dispersión “ y “la moderación de neutrones de energía elevada”. Generalmente el procedimiento consiste, en colocar en el suelo que se desea investigar una “ fuente” radiactiva de neutrones o de alta energía, se registra el numero de neutrones 2 lentos “ por unidad de tiempo, utilizando un “ detector “ especial que solo registrara estos últimos. Determinación de la densidad La determinación de la densidad ésta basada en la interacción de los rayos gama. Cuando una fuente radiactiva de rayos gamma se coloca, en un suelo. Los rayos emitidos se “ dispersan “ en toda dirección. Esta dispersión puede registrarse colocando un detector de rayos gamma a corta distancia, de la fuente radiactiva. Como el número de electrones presentes por unidad de volumen de

- 3 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

suelo es proporcional a al densidad de éste, es posible correlacionar el número relativo de rayos gamma, dispersos y registrarlos en el detector con la densidad, del suelo. La cantidad de rayos registrados por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. Actualmente se fabrican “ medidores nucleares” para determinaciones superficiales y profundidad de humedad y densidad. El control de la humedad y densidad mediante los medidores nucleares, se efectúan en forma sencilla y rápida, obteniéndose resultados satisfactorios, tanto en subrasantes como en capas de base y de rodamiento. El único inconveniente es el costo elevado de estos “ registradores “ en comparación con el costo del equipo, que se requiere en los métodos convencionales. EL

ENSAYO

DE

DENSIDAD EN SITIO

Una vez establecidos, para que el suelo que se va utilizar en un sitio determinado, los criterios de compactación, generalmente con limitaciones de humedad y densidad, es necesario utilizar algún método para verificar los resultados. En todos los proyectos pequeños y casi todos los proyectos grandes, esta verificación se logra bien por el cono de arena por el método del balón de densidad. Básicamente, tanto el método del cono de arena como el método del balón de densidades utilizan los mismos principios. O sea, se obtienen el peso de suelo húmedo de una pequeña excavación de forma algo irregular hecho sobre la superficie del suelo. Si es posible determinar el volumen de dicho hueco, densidad humedad del suelo se calcula simplemente como:  

la

Psh Vh

Donde: , densidad del suelo. Psh, peso suelo húmedo Vh, volumen del hueco. El método del cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero. La arena utilizada (a menudo arena calibrada) es generalmente material que pasa el tamiz Nº20 y esta retenido en el Nº30.

- 4 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

Aunque el material menor que el tamiz Nº 30 y mayor que el tamiz Nº 40 o el material menor que el tamiz Nº30 y mayor que el tamiz Nº50 puede también utilizarse, generalmente es deseable tener una arena uniforme o “ de un solo tamaño” para evitar problemas de segregación (un volumen de arena fina puede pesar mas que el mismo volumen de arena gruesa y volumen de la mezcla puede pesar aun mas), de forma que las mismas condiciones de vaciado pueda lograrse la misma estructura del suelo ( de la misma densidad y duplicación requerida). El aparato de cono de arena mas comúnmente usado utiliza un recipiente de arena plástico o de vidrio de 3785 cm³ (1 galón) con suficiente materia para llenar un hueco y el respectivo cono) no mayor de 3800 cm³. dependiendo de cuan cuidadosamente se haya llenado el recipiente antes de ser usados. Para el Calculo de la densidad de sitio este se divide en tres partes las cuales indicaremos a continuación: CALIBRACIÓN

DEL FRASCO

Esta calibración se la realiza, para obtener el volumen exacto del frasco. Esta calibración se hace con agua, ya que tiene una densidad conocida. Conociendo el peso que se llena al frasco, y teniendo la densidad del líquido de calibración, fácilmente se puede calcular el volumen del frasco, con la siguiente fórmula:  

Peso Volumen

CALIBRACIÓN DE LA ARENA Esta, es una calibración que se hace para obtener la densidad de la arena, ya que esta densidad se utiliza, para determinar el volumen del hueco del suelo, de manera que esta calibración juega un papel muy importante en la determinación de la densidad in situ. PROCEDIMIENTO DE CAMPO, EMPLEO DE LA ARENA Es el que más se ha generalizado en la actualidad. El equipo que se utiliza consta, además del martillo cincel para hacer los hoyos, de un frasco de cristal, o de plástico, de unos 2,5 litros de capacidad, donde se colocara la arena, y de un aparato con una válvula entre ambos embudos. El aparato está

- 5 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

construido de tal modo que el embudo fácilmente el cuello del frasco mencionado.

ING. LUIS ALBERTO

pequeño

enrosca

La arena sé que se utiliza deber ser limpia y seca (secada al aire libre) prefiriéndose aquella de granulometría redondeada y comprendida entre los tamices 10- 30 aproximadamente. El procedimiento que se emplea para determinar la densidad del material compactado, comprende las siguientes operaciones mencionadas mas abajo. a) Se determina el peso de la arena por unidad de volumen al hacer esta determinación deben evitarse, las vibraciones y procurar que la operación de vaciado de la arena dentro del deposito del cristal sea similar a la que va a realizarse en el terreno. Cabe señalar que el depósito es de plástico. b) Pesamos el frasco de plástico solo y con la arena varias veces para obtener un valor más real del frasco y la muestra. Además se determina el peso para llenar el embudo mayor. c) se limpia el sitio escogido y luego se excava un hoyo de unos 10 cm de diámetro aproximadamente hasta una profundidad igual al espesor de la capa y aproximadamente igual a la capa compactada cuya densidad se desea determinar. Esta excavación se puede hacer mediante el empleo de un taladro de cuchara de unas 3“ de diámetro o bien con un cincel y martillo lo cual utilizamos. d) Cuidadosamente se extrae el material, colocándole, 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 zona compactada. e) Se sierra la válvula y se enrosca el embudo pequeño. f) El aparato se coloca encima del hoyo es decir la boca del embudo lo ponemos al ras del suelo para que así cuando , se abre la válvula deja caer la arena hasta que llene el hoyo de arena. g) una vez que el arena dejo de caer, la que se tendrá que calcular con tiempo puesto que el frasco no es de vidrio y no se puede ver se sierra la válvula y se levanta el aparato. Si

- 6 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

por algún motivo se sobrepaso el llenado del hoyo se deberá repetir la practica. Hasta que este quede lleno solamente. h) Se desenrosca y se pesa nuevamente el frasco con la arena que ha sobrado, la que se encuentra en el frasco. FÓRMULAS A UTILIZAR PARA EL PRCESAMIENTO DE LOS DATOS %w 

Porcentaje de humedad:

Pa * 100 Pss

Donde: Pa, peso del agua. Pss, peso del suelo seco. Peso suelo seco:

P

Psh *100 100  K

Donde: Psh, peso suelo húmedo sacado de la excavación. K, contenido de humedad.

Densidad del suelo:

W 

P Vh

Donde: Vh, volumen del hueco. MATERIAL El material utilizado para esta práctica es: 

Aparato de Cono de Arena



Herramienta para Excavar, cincel y martillo.



Taras.



Tamices Nº10 y Nº 30



Balanza de presición 0.1 gr.



Horno



Recipientes de metal



Arena de Zaire lo necesario.

- 7 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

PROCEDIMIENTO En esta

práctica consta de tres procesos fundamentales y son:

 Antes de realizar la practica procedimos al tamizado de la arena en el tamiz Nº10 retenido en el tamiz Nº30, lo necesario y se tubo que hacer secar esta arena. 1. Calibración del frasco  Se peso el frasco más el cono seco y limpio.  Llenar el frasco con agua, hasta la válvula y determinar el peso, siempre hay 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 algún tipo de material impermeable.  El peso del agua se determina por la diferencia del segundo con el primero. Luego el volumen del agua equivalente al volumen del frasco mas el cono es el coeficiente del peso del agua entre la densidad del agua. Con estos datos fácilmente se calcula el volumen del frasco. 2. Calibración de la arena  Se peso el frasco más cono vacío, seco y limpio  Llenamos el frasco con arena calibrada.  El peso de la arena se saco de la diferencia entre peso arena mas frasco menos el peso del frasco.  El volumen ya esta determinado, luego la densidad de arena será el coeficiente del peso de la arena entre volumen del frasco. Con estos datos de peso arena y volumen, se puede calcular densidad de la arena.

de la el la

3. Metodología del campo En el campo lo que se hizo es:  Con el cincel, martillo sé cabo un hueco el cual tenia aproximadamente unos 15-20 cm de profundidad, este hueco quedo muy uniforme por la cantidad de piedras que encontramos.  El suelo que sacamos de la excavación se lo recogió en una bolsa y así evitamos que se pierda la humedad que contenía, luego los llevamos al laboratorio lo pesamos.

- 8 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

 Se peso el suelo recogido en bolsa luego se tomo una tara y sacamos una muestra de la bolsa y lo pesamos y lo pusimos al horno para determinar el contenido de humedad del suelo.  Luego sé colocó invertido el frasco con arena colocando en la plancha, posteriormente sé abrió la válvula dejando caer la arena hasta que lleno el hoyo y el embudo mayor.  Luego cerramos la válvula una vez lleno el hoyo se lo levanto y llevamos el frasco al laboratorio para su respectivo pesaje.  Se fue a pesar la arena que sobraba en el frasco y mediante una diferencia del frasco inicial lleno y este último se obtendrá el peso de la arena.  Se determinara el peso de la arena que cabe en el cono, ya que en el hueco se vació el peso de arena en el hueco y el peso de arena en el cono y hay que corregir esto, restándole al peso de la arena total, el peso de arena que cabe en le cono.  Pasadas las 24 hrs. Se procedió a pesar el suelo que se dejó en el horno, para así con este dato calcular el contenido de humedad del suelo en estudio. GRÁFICAS DE LA PRÁCTICA

- 9 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

DATOS Y CÁLCULOS DE LA PRÁCTICA Muestra: Suelo aluvial

Fecha:16/16/03

Calibración del aparato a) Peso aparato + agua (gr) b) Peso aparato (gr) c) Peso agua c=a-b (gr) d)Volumen del frasco d=c/densidad agua (cm^3) e) Peso aparato + arena secada al aire (gr) f) Peso aparato b (gr) g) Peso arena secada al aire g=e-f (gr) h) Densidad de la arena secadada al aire h=g/d (gr/cm^3 i)Peso aparato + arena (despues de llenar el embudo) (gr) j) Peso de aren seca en el embudo j=i-e (gr)

4687 642,5 4044,5 4044,5 6429 642,5 5786,5 1,430708369 6052,5 376,5

Determinación del suelo seco y humedad 1) peso tara + suelo húmedo (gr) 252,5 3) peso tara + suelo seco (gr) 2) peso tara + suelo seco (gr) 248,3 4) peso tara Nº2 (gr) Ww=1-2 =4,2 Ws=3-4=203,8 k) Contenido de humedad K=100*Ww/ws (%) 2,06 m) Peso suelo húmedo retirado del hoyo + tara (gr) 2225,5 n) Peso de la tara Nº1 (gr) 1,5 o) Peso suelo retirado del hoyo o=m-n (gr) 2224 p) Peso suelo seco retirado del hoyo P=o/(100+K)*100 (gr) 2180,58

Determinación del volumen del hoyo q) Peso arena calibrada + aparato q=e (gr) r) Peso arena que queda despues del ensayo (gr) s) Peso arena necesaria para llenar el hoyo y el embudo t) Peso arena seca en el embudo t=j (gr) u) Peso arena para llenar el hoyo u=s-t (gr) v) Volumen del hoyo u=u/h (cm^3) w) Densidad de su suelo w=p/v (gr/cm^3 x) Densidad de la curva de compactación (gr/cm^3) y) Por ciento de compactación que se obtiene (gr/cm^3) z) Por ciento mínimo que se requiera según especificaciones (%)

248,3 44,5

6429 4792 1637 376,5 1260,5 881,0321 2,475029 2,1 117,8585 -

OBSERVACIONES: Se trabajo con la densidad de la arena calculada, si no con la densidad obtenida de los cálculos realizados.

CONCLUSIONES

- 10 -

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

Después de realizada la practica, llegamos a las siguientes conclusiones, acompañadas de algunas recomendaciones.  Concluimos primeramente que cada suelo tendrá un valor propio de densidad en sitio directamente relacionado con el grado de compactación en el que se encuentre.  Esta practica es muy importante porque mediante este método de densidad IN SITU (en sitio ) podemos comparar la densidad calculando en el campo o en la obra de terreno ya compactado con la densidad ya hallada en el laboratorio.  La arena a utilizar debe ser limpia y poseer una granulometría uniforme para lograr de esta manera el menor espacio de vacíos y evitar la segregación del material.  El llenado de la arena en el hoyo debe realizarse sin que ocurran vibraciones en el balón pues de esta manera se reducen los espacios vacíos obteniendo resultados imprecisos.  Para determinar la densidad en sitio, se debe buscar un lugar que mas o menos no presente mucha segregación del material.  El pesaje y la medición de volúmenes debe realizarse con la mayor exactitud, pues este método emplea estas magnitudes para la determinación de la densidad.  Destacamos la facilidad en la ejecución del ensayo, así también hacemos notar la economía del método frente a su variante con aceite y bomba de vacío.  Es aconsejable una preparación del material a utilizar con antelación suficiente para lograr de esta manera una optimización del tiempo de uso del laboratorio.  Observar previamente el sentido de giro de la válvula de cierre, para tener seguridad de su cerrado en el momento de volcamiento del balón.  La excavación del hoyo debe realizarse teniendo en cuenta el no exceder el diámetro del molde.  La existencia de arcillas o limos en la arena utilizada puede introducir imprecisiones en el resultado.  La segregación de material grueso, genera una imprecisión en le cálculo de la densidad in situ.

- 11 -

mayor

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS CIV-35 YURQUINA

ING. LUIS ALBERTO

Como recomendaciones de la práctica se puede decir: 1. Se debe extraer una excelente arena en el sentido arena no contenga ninguna impureza

que la

2. Al llenar el galón se debe tener cuidado de echar a una velocidad constante la arena para de ese modo la arena no se compacte y afecte al volumen que deseamos obtener. 3. Que el hueco que se cabe para realizar la practica sé efectúe con lo mas cilíndrico que se puede es decir de dimensiones 10 cm de  y 10 cm de alto, para disminuir los posibles errores que se presentan por la deformidad del hueco. 4. Se recomienda llenar la arena al frasco, siempre girando el molde alrededor de su eje y no golpeándolo, paran de esta manera tener una calibración buena de la arena.

- 12 -