UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNI
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE SUELOS II INFORME NO 2 TEMA: DENSIDAD DE CAMPO (MÉTODO DE CONO Y ARENA) GRUPO NO 3 INTEGRANTES: BUNSHE VIVANCO KEVIN MAURICIO CARVAJAL BARRAGÁN MAICOL REMIGIO GRIJALVA SALGADO CARLOS ANDRES TOLEDO JARAMILLO BRYAN DANILO SEMESTRE: QUINTO
PARALELO: SEGUNDO
DOCENTE: ING. PAUL LEÓN FECHA DE REALIZACIÓN DEL INFORME: 21/10/2016 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 28/10/2016 SEPTIEMBRE 2016 – MARZO 2016
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1. INTRODUCCIÓN ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU CON EL CONO DE ARENA Este ensayo nos sirve para determinar la densidad del suelo con una forma indirecta de obtener el volumen del agujero en el campo utilizando arena estandarizada compuesta por unas partículas cuarzosas no cementadas con una granulometría redondeada, la cual está comprendida entre las mallas No. 10 ASTM (2.0 mm) y la malla No. 35 ASTM (0.5 mm) de las cuales se mencionan más adelante en el procedimiento. (Alfonso Rico Rodríguez, Hermilo del
Castillo, 2001) En muchos trabajos de pavimentos es necesario realizar ensayos para controlar la densidad seca de cada capa que se va compactando y en este caso se utiliza el método del cono de arena para obtener la densidad in situ y compararla con la máxima densidad seca obtenida en el laboratorio. Objetivo del cono de arena: Determinar la densidad seca y la humedad de un suelo compactado y verificar el grado de compactación en el campo. Luego debemos comparar los valores de las densidades seca y humedad para obtener un control de compactación el cual es conocido como grado de compactación definido como: La relación en porcentaje entre la densidad seca obtenida por los datos obtenidos en el campo y la densidad máxima correspondiente a la prueba realizada en el laboratorio. ¿Cómo determinamos el grado de compactación de un suelo? El grado de compactación de un suelo lo podemos determinar de la siguiente forma:
Gc=
( γdγd ) x 100 max
Donde: Gc: Grado de compactación
γd : Densidad seca en el campo γd max : Densidad seca máxima obtenida en el laboratorio
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Para el ensayo debe utilizarse Arena estandarizada, se usa generalmente arena Ottawa que corresponde al pase de la malla No 20 ASTM (0.85 mm) y queda retenida en la malla No. 30 ASTM (0.60 mm). (Carlos Crespo Villalaz, 2004)
2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVOS GENERALES: Determinar el peso unitario seco y el contenido de agua de un suelo compactado en el campo por el método del cono y la arena Comparar los datos de la densidad seca obtenida en campo, con la densidad seca proporcionada en el laboratorio.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Determinar el grado de compactación que tiene la capa de suelo. Determinar el volumen de la perforación del suelo y la humedad óptima determinada en laboratorio. Obtener la diferencia del contenido de agua, entre el porcentaje optimo y el contenido de agua logrado en campo Analizar los resultados del grado de compactación y la diferencia de contenido de agua.
3. EQUIPOS Y MATERIALES 3.1 EQUIPO:
Horno de secado (T= 105 °C) Frasco de arena y cono metálico Placa metálica (hueca) Balanza (Ap. ± 0.01 g)
3.2 HERRAMIENTAS:
Martillo Cincel metálico Cuchara Clavos Brocha Cuchara Espátula Funda plástica Recipientes metálicos
3.3 MATERIALES:
Muestra de Suelo : o Proyecto: Facultad de Ingeniería
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o Localización: Universidad Central – Facultad de Ingeniería Agua Arena estándar (Otawa pasa por tamiz N° 20)
4. PROCEDIMIENTO a) DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DEL SUELO IN SITU 1. Tener preparado el frasco con la arena de Ottawa y pesar en la balanza mecánica y registrar en el formulario (W6) 2. En el campo escoger un lugar apropiado para excavar un agujero 3. Limpiar la parte superior del terreno de tal manera que quede una superficie libre de vegetación, además nivelar lo mejor posible para colocar la placa base 4. Colocar la placa base sobre la superficie libre y nivelada, clavar en el suelo clavos de 3” junto de la placa de tal manera que esta quede fija. 5. Excavar a través del orificio de placa base un agujero de entre 12 a 15 cm aproximadamente 6. Todo el suelo extraído colocarlo en una funda plástica de tal manera de no perder su contenido de humedad. Pesar la muestra en la balanza mecánica y registrar. 7. Cuando se encuentre objetos grandes como una roca, limpiar con la brocha sus aristas y colocarlo sobre la placa base para cuando una vez realizado el agujero volver a colocarlo en el mismo para proceder a llenarlo con la arena 8. Una vez que se ha terminado de realizar el agujero, quitar la tapa del frasco de arena y colocar el cono, invertir el frasco y colocar el cono sobre la escotadura de la placa base 9. Abrir la válvula del cono y dejar caer la arena hasta que llene el agujero y el cono 10. Cuando se observe que no hay un descenso de la arena cerrar la válvula del cono y retirar el frasco 11. Retirar el cono del frasco, colocar la tapa y proceder a pesar el frasco (W7) 12. Con diferencia de pesos determinar el peso de la arena que lleno el agujero, tomando en cuenta la arena que quedo en la placa y el cono y con sus datos de calibración dados, calcular el volumen del agujero
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13. Una vez finalizado todo el proceso quitar la placa base y guardar el equipo, llevar la muestra de suelo al laboratorio para obtener su contenido de humedad. b) IDENTIFICACIÓN DEL SUELO: 1
De la muestra de suelo obtenida en el campo tomamos una porción y observamos detenidamente sus propiedades físicas tales como olor (orgánico o inorgánico), color, plasticidad, consistencia, tipo de suelo (suelo fino, suelo grueso o arena), y de igual manera ver si tiene presencia de otras sustancias como raíces.
1. La plasticidad y consistencia la encontramos seleccionando una
pequeña muestra y agregando un poco de agua sobre ella, con la ayuda de la espátula se realiza una especie de amasado hasta observar que consistencia tiene, de igual manera intentar realizar alguna forma con ella, si lo hace tiene una plasticidad alta caso contrario será media o baja. c) CONTENIDO DE HUMEDAD:
1. Colocar en una fuente metálica con masa conocida la muestra de suelo obtenida en campo. 2. Llevar la muestra al horno por un tiempo de 24 horas sometida a una temperatura de 105 ± 5 ºC 3. Una vez cumplido el tiempo, sacar las muestras del horno con cuidado y dejar enfriar la fuente para evitar quemaduras. 4. Pesar la muestra y tabular los datos en el formulario para luego calcular el contenido de humedad. 5. TABLAS DE DATOS
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6. CÁLCULOS TÍPICOS VOLUMEN DEL AGUJERO V=
V=
W 6−W 7−WC γ Arena 6073−3064−1185.5 1.522
W6: Peso inicial (frasco + arena) W7: peso final (frasco + arena) Wc: Peso de la arena del cono y el orificio de la placa
V =1198.09
CONTENIDO DE AGUA (W%) Recipiente Nº:112 w ( )=
w ( )=
1560−1413 ∗100 1413−294
W 2−W 3 ∗100 W 3−W 1 W3: Peso recipiente +suelo seco W2: Peso del recipiente + suelo húmedo
w ( )=13.137
W1: Peso del recipiente
COMPACTACIÓN PESO UNITARIO DEL SUELO HÚMEDO
γ=
W V
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γ=
peso del suelo vol. suelo
γ=
1266 1198.09
γ =1.057
PESO UNITARIO DEL SUELO SECO
γ d=
γ d=
γ 1+
ω 100
1.057 13.137 1+ 100
γ d =0.934 gr /cm 3
GRADO DE COMPACTACIÓN
Gc=
γd ∗100 γ d max
Gc=
0.934 ∗100 1.014
Gc=93.43
DIFERENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA
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(A)CONTENIDO DE AGUA DE LABORATORIO: (B)CONTENIDO DE AGUA EN CAMPO: DIFERENCIA DE CONTENIDO DE AGUA: DIFERENCIA DE CONTENIDO DE AGUA:
32.10% 13.137% A-B 18.963%
7. GRÁFICAS o NO HAY GRÁFICAS PARA ESTA PRÁCTICA 8. CONCLUSIONES 8.1 CONCLUSIONES SOBRE LA PRÁCTICA.
Tomando en cuenta el valor inicial del peso unitarios secos
unitario seco máximo de
γ max =1.014
g c m3
γ d =0.885
g c m3
y el peso
de estos se calcula un grado de
compactación obtenido en la práctica de 92,11%, concluyendo que el suelo ensayado deberá ser compactado y agregar cierta cantidad de agua antes de levantar una obra de cualquier tipo, para que una compactación se considere buena, su grado de
compactación debe estar entre el 95% y 100%. La diferencia de contenido de agua de la muestra de suelo, realizada tanto en campo como en laboratorio, fue de 18,96%, por tanto, para obtener una buena compactación, el suelo ensayado debe tener mayor cantidad de agua.
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Del trazado de la gráfica se puede concluir que la humedad optima del suelo ensayado
es de 32.10% y su respectivo peso unitario seco máximo es de 1.014
g c m3 , es decir,
el suelo presenta mayor cantidad de espacios vacíos que pueden causar problemas en edificaciones futuras si no se realiza una correcta compactación.
Tomando en cuenta la humedad inicial optima
w opt =¿
wo=¿
13.24% y el porcentaje de humedad
32.10%, se concluye que este suelo en específico, deberá tener un
aumento en su contenido de humedad del 18.86% para que en él se logre la
compactación ideal. En el trazado de la gráfica se pudo observar que si se toman las coordenadas de los
puntos respectivos al segundo y tercer ensayo, (24,795%; 0.897
gr c m3 ) y (27,935%;
gr 0.883 c m 3 ) están notoriamente mal ya que sus pesos unitarios secos (
γ d ) son
muy bajos y no concuerdan con la forma de la curva de compactación, se concluye que esto puede deberse a un exceso de energía al compactar el suelo con el método Proctor Estándar.
8.2 CONCLUSIONES SOBRE INGENIERÍA CIVIL.
Una obra como un terraplén de carreteras, necesita tener una excelente compactación del suelo, lo que no ocurre en esta práctica ya que el grado de compactación no se alcanzó, las razones se deben a que la diferencia de contenido de agua tuvo un valor positivo, lo que nos da a entender que faltó añadir agua a la compactación, en conclusión una obra con valores obtenidos como estos no se aprueban.
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Se concluye que la compactación de suelos es importante en toda obra civil, ya que las propiedades mecánicas de los suelos no siempre tendrán las propiedades requeridas
para ser el asiento de las mismas. Se concluye que la compactación con el Proctor estándar es ideal para emular la compactación que debería realizar maquinaria ligera, tal es el caso de obras de agua potable, alcantarillado, canales pequeños y demás obras en las cuales el espacio sea
limitado y no pueda ingresar maquinaria pesada. El método del cono y arena es una forma sencilla y económica de obtener la densidad, contenido de agua, grado de compactación al compararlo con la densidad máxima obtenida en el laboratorio, pero una gran obra se necesita obtener varias muestras para saber si tal suelo cumple las especificaciones de compactación, demandando mucho tiempo, por tal razón se necesita la aplicación de nuevos métodos como lo es el densímetro nuclear que es muy utilizado por la rapidez que arroja los resultados.
9. RECOMENDACIONES
Al realizar el ensayo el agujero debe estar completamente limpio para empezar a realizar el ensayo.
La bandeja de
ensayo donde se va a colocar el frasco de arena, debe estar
completamente horizontal, limpio y sujeto en sus extremos para evitar su posible desplazamiento.
La muestra sacada del agujero se deberá coger rápidamente y colocarla en doble funda plástica para evitar la pérdida de humedad y obtener datos más precisos.
Los equipos de medición como la balanza, horno de secado deben estar bien calibrados y funcionando para evitar posibles errores en la toma de datos del ensayo.
10. BIBLIOGRAFIA Mecánica de suelos y cimentaciones, Carlos Crespo Villalaz, Editorial Limusa, 2004, Arcillas Expansivas Pág. 318-320 Ingeniería de suelos en las vías terrestres: carreteras, ferrocarriles y aeropistas, Volumen 1. Alfonso Rico Rodríguez, Hermilo del Castillo. Editorial Limusa, 2001. Arcillas Expansivas
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El Terreno Volumen 44 de Aula d'arquitectur. Matilde González Caballero. Univ. Politèc. de Catalunya, 2001. Suelos Expansivos Mecánica de suelos. Editorial Limusa, 2002. Arcillas Expansivas http://ingenieriareal.com/como-realizar-ensayo-densidad-en-el-sitio-con-el-cono-dearena/ ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV07/Normas/Norma%20INV%20E-161-07.pdf 11. ANEXOS Limpiando el hueco para llenar con la arena
Realizando el llenado del hueco y del cono con la arena blanca
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La muestra ya pesada una vez expuesta al horno por 24 horas