Ensayo de Densidad de Campo

ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO

PAVIMENTOS

ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO ASTM D 1556 / MTC E 117-2000

I.

INTRODUCCIÓN

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. El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y de esta manera determinar si la compactación de dicho terreno es la adecuada para la función que se le está designando de acuerdo a las especificaciones.

II.

OBJETIVO

OBJETIVO GENERAL subras ante.  Determinar el Grado de Compactación de una subrasante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Determinar la densidad Seca y el Contenido de Humedad del suelo in situ

mediante el método del cono de arena.  Verificar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo

realizado.

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III.

PAVIMENTOS

MARCO TEÓRICO

1. CONCEPTOS GENERALES a) Terreno de Fundación Es aquella parte de la corteza terrestre sobre la cual se apoya una obra vial y que va a ser afectada por la misma. Su función es soportar dicha obra.

b) Explanaciones Son el conjunto de cortes y terraplenes de una obra vial ejecutados hasta la superficie subrasante de acuerdo al proyecto. Su función es proporcionar apoyo al pavimento.

c) Subrasante Es la capa del suelo que constituye la parte superior de las explanaciones sobre la cual se construye el pavimento, siendo su función básica proporcionar a éste un apoyo adecuado.

d) Pavimento Es una capa o conjunto de capas de materiales seleccionados, comprendidas entre la subrasante y la superficie de rodamiento o rasante. El pavimento tiene como funciones proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, resistente a la acción del tránsito y del clima, así como transmitir en forma adecuada a la subrasante en los esfuerzos generados por las cargas del tránsito.

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e) Compactación: Es el proceso artificial por la cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. En la siguiente tabla se muestran valores de compactación para los elementos de un pavimento:

Fuente: NTP 339.141:1999

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2. MÉTODOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE CAMPO La densidad de campo puede determinarse mediante tres métodos:  Método del Cono de Arena:

Este método es el utilizado para el desarrollo del ensayo del presente informe, cuya explicación se detallará más adelante.  Método del Globo Flexible o de Hule:

El procedimiento es similar al del método del Cono de arena; se hace un hueco de prueba y se determinan el peso húmedo del suelo retirado del hueco y su contenido de agua. Sin embargo, el volumen del hueco se determina introduciendo a éste un globo de hule con agua de un recipiente calibrado, del cual el volumen se lee directamente. El peso específico seco del suelo compactado se determina usando la ecuación:

 

 

Donde: W: peso seco del suelo excavado del hueco (Kg) V: Volumen del Hueco (m3)

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 Método Nuclear 

Los medidores nucleares de densidad son ahora usados con frecuencia para determinar el peso específico seco compactado de suelo. Los densímetros nucleares operan en huecos taladrados o desde la superficie del terreno. El aparato mide el peso de suelo húmedo por volumen unitario y también el peso del agua presente en un volumen unitario de suelo. El peso específico seco de suelo compactado se determina restando el peso del agua del peso específico húmedo del suelo.

IV.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

La práctica se llevó a cabo cerca de la Facultad de enfermería, para la cual se ha empleado el Método del Cono de Arena para determinar el grado de compactación de ese suelo.

MÉTODO DEL CONO DE ARENA: Este método se lleva a cabo bajo lo establecido en la Norma Peruana MTC-E172000, basada en la norma ASTM D 1556, las cuales se adjuntan al final del presente documento. Cabe mencionar que el ensayo original con este método se realiza con Arena de Otawa, sin embargo para la presente práctica no se contó con esta arena, por lo que se utilizó Arena de la Victoria con granulometría similar a la de Otawa, la cual debe ser una granulometría uniforme (entre los tamices 10, 20 o 30)

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 Elementos necesarios:  Recpiente de plástico o metal, en este caso se utilizó un recipiente de

plástico.  Base metálica de círculo hueco (diámetro 6”)  Cono metálico: consiste en un frasco de aproximadamente un galón

(3.785 lts.) y de un dispositivo ajustable que consta 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.  Arena calibrada: La arena que se utilice deberá ser limpia, seca,

uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Además deberá tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina, para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica.

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 Espátula y cuchara  Balanza mecánica o digital, en este caso se usó una balanza mecácina

con precisión al gramo.

 Comba y cincel

 Brocha

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 Guantes  Regla metálica  Recipiente para contenido de humedad (Cápsulas)

 Bolsas plásticas (para evitar que las muestras de suelo pierdan

humedad)  Tamiz 3/4 ”

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 Procedimiento

1. Se debe preparar la superficie del punto a controlar, nivelándola o emparejándola y quitando el material vegetal presente. 2. Calibrar el equipo de densidad de campo. 3. Se realiza un hoyo en el suelo, del cual se quiere determinar su grado de compactación, el cual puede ser de una profundidad de 12 a 15 cm, en el presente ensayo se realizó una excavación de 14cm. El diámetro del hoyo debe ser aproximadamente 6”, para lo cual se utiliza la base metálica como guía. 4. Del suelo extraido, se seleccionan muestras, las cuales son tamizadas con la malla 3/4 , para luego ser colocadas en cápsulas, con las cuales mediante un promedio se determinará el Contenido de Humedad del suelo 5. Se coloca el recipiente sobre el cono, cerrándose la válvula que forma parte de este, ingresando la Arena calibrada sobre el recipiente. 6. Una vez excavado el hoyo, se coloca el conjunto “cono-recipiente-arena” sobre la base metálica (la cual se encuentra sobre el hoyo, cuyo diámetro es igual al de su agujero), para abrir la válvula, de tal manera que la arena descienda hasta llenar el hoyo y el descenso cese. 7. Se pesa el Cono de Arena con el excedente de arena que quedo en él (Peso de la Arena que queda en el Frasco), para posteriormente determinar el peso solo de la arena que quedó en el cono. 8. El paso anterior nos permitirá determinar el volumen del hoyo, al dividir el peso de la arena entre su densidad. 9. Finalmente se debe determinar en el laboratorio, la Densidad Seca Máxima y el Contenido de humedad de la muestra recuperada del agujero, para de esta forma, determinar el Grado de Compactación que presenta el suelo.

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V.

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DATOS TOMADOS PARA EL ENSAYO

 Peso de suelo húmedo + depósito = 4529 gr.  Peso del depósito=170 gr.  Peso de la arena + frasco = 6745 gr.  Peso de la arena que queda en el frasco = 1584 gr.  Peso de la arena en el cono = 1339

VI.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

DENSIDAD DE LA ARENA: PESO UNITARIO DE LA ARENA (1)Peso molde + arena

10469

gr.

(2)Peso molde

7795

gr.

(3)Peso arena = (1)-(2)

2674

gr.

(4)Volumen de molde

2122

cm3

DENSIDAD = (3)/(4)

1.26

gr/cm3

En el caso de “Peso molde + arena”, se han tomado en laboratorio 2 medidas, de las cuales se ha obtenido el periodo:

PESO MOLDE + ARENA

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P1 P2 PROMEDIO

10455 10483 10469

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CONTENIDO DE HUMEDAD: Se recolectaron en campo dos muestras de suelo para determinar un contenido de humedad promedio, las mismas que fueron colocadas en cápsulas (obteniendo así  el “Peso del frasco + Suelo Húmedo”, para posteriormente ingresarlas al horno en el laboratorio (Peso Frasco + Suelo Seco): CONTENIDO DE HUMEDAD % MUESTRA

ARCILLA LIMOSA

FRASCO N°

20

48

1.- PESO FRASCO + SUELO HUMEDO

116.57

gr.

106.50

gr.

2.- PESO FRASCO + SUELO SECO

109.50

gr.

100.79

gr.

3.- PESO DE AGUA (1-2)

7.07

gr.

5.71

gr.

4.- PESO FRASCO

28.23

gr.

27.67

gr.

5.- PESO SUELO SECO (2-4)

81.27

gr.

73.12

gr.

6.- CONTENIDO DE HUMEDAD % (3/5*100)

8.70

%

7.81

%

PROMEDIO

8.25%

GRADO DE COMPACTACIÓN DEL SUELO: Para determinar el grado de compactación del suelo, necesitamos los datos anotados en campo, como los cálculos anteriormente realizados (Densidad de Arena y Contenido de Humedad), además de la Máxima densidad Seca, la cual ha se obtiene del ensayo de Proctor Modificado, siendo esta información 3

proporcionada por el técnico de laboratorio, siendo de 1.86 gr/cm .

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N° DE PRUEBA ESPESOR COMPACTADO EN CM.

1 14.00

cm

1.-

PESO DE SUELO HUMEDO + DEPOSITO

4529.00

gr.

2.-

PESO DEL DEPOSITO

170.00

gr.

3.-

PESO DEL SUELO HUMEDO DEL HUECO (1-2)

4359.00

gr.

4.-

PESO DE LA ARENA + EL FRASCO

6745.00

gr.

5.-

PESO DE LA ARENA QUE QUEDA EN EL FRASCO

1584.00

gr.

6.-

PESO DE LA ARENA HUECO + PESO ARENA CONO (4-5)

5161.00

gr.

7.-

PESO ARENA CONO

1339.00

gr.

8.-

PESO ARENA HUECO (6-7)

3822.00

gr.

9.-

DENSIDAD DE LA ARENA

1.26

gr./cm3

3033.02

cm3

11.- PESO DE GRAVA SECA AL AIRE

0.00

gr.

12.- PESO ESPECIFICO DE GRAVA

0.00

gr.

13.- VOLUMEN GRAVA POR DESPLAZAMIENTO (11/12)

0.00

cm3

14.- PESO DEL SUELO (3-11)

4359.00

gr.

15.- VOLUMEN DEL SUELO (10-13)

3033.02

cm3

16.- DENSIDAD DEL SUELO HUMEDO (14/15)

1.44

gr/cm3

17.- HUMEDAD DEL SUELO

8.25

%

18.- DENSIDAD DEL SUELO SECO (16/(1+17/100))

1.33

gr./cm3

19.- MAXIMA DENSIDAD DE LA CURVA

1.86

gr./cm3

71.38

%

10.- VOLUMEN DEL HUECO (8/9)

20.- % DE COMPACTACION (18/19*100)

Grado de Compactación 71.38 %

VII.

CONCLUSIONES

El grado de compactación de acuerdo a norma, para un terreno de fundación debe ser como mínimo

el 90% de su Máxima densidad Seca Teórica del Proctor

Modificado y del 95% en el caso de subrasante, tolerándose hasta 2 puntos porcentuales menos en cualquier caso. De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se puede concluir que el terreno analizado aún no alcanza la compactación requerida para ser usada como fundación o subrasante (71.38% < 90% o 71.38% < 95%).

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VIII.

PAVIMENTOS

BIBLIOGRAFÍA



ASTM D 1556 (Standard Test Method for Density and Unit Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method)  MTC E 117-2000  ASSHTO T 191 (Density In-Place By The Sand Cone Method) 

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