Informe Densidad in Situ

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KARINA SOTO SALGADO

INDICE  Página

1) INTRODUCCIÓN……………………………………………………….…………...….2 INTRODUCCIÓN……………………………………………………….…………...….2 2) OBJETIVOS…………...............………………………… OBJETIVOS…………...............…………………………………………….…...………3 ………………….…...………3 3) FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA………………………………..…………….…….…3 4) MEMORIA DE LA PRÁCTICA……………………… P RÁCTICA……………………………………..…………………23 ……………..…………………23 5) DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS……………………….……...……...………26 RESULTADOS……………………….……...……...………26  

DATOS OBTENIDOS OBTENIDOS DE LA PRACTICA…………….………….……26 CALCULOS Y RESULTADOS..… ....……….. ....………..…………….…………….29 …………….…………….29

6) CUESTIONARIO…………….…………………………………………………….…...31 7) CONCLUSIONESY RECOMENDACIONES……………….…...…………...….........33 RECOMENDACIONES……………….…...…………...….........33 8) BIBLIOGRAFÍA……………….………………… BIBLIOGRAFÍA……………….…………………….………………………… ….……………………………..…..33 …..…..33

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PRACTICA Nº 10 DENSIDAD IN SITU METODO DEL CONO DE ARENA (ASTM D1556 AASTHO T191) 1. INTRODUCCION En el presente ensayo de densidad in situ por el método del cono de arena permite obtener la densidad del terreno en la cual sea aplicado el mismo, para poder determinar la calidad del suelo donde se vayan o se lleve a cabo la ejecución de proyectos de ingeniería. Entre los métodos utilizados para determinar la densidad del terreno se encuentra el método del densímetro nuclear, Método del globo de hule, método del cono de arena, este último mencionado es aplicable a suelos cuyo tamaño tamaños de partículas sean menores de 1 ½”  pulg. (38mm) y no contenga una cantidad excesiva ex cesiva de rocas, este método es el que más se ha generalizado en la actualidad, el aparato está constituido de tal modo que el embudo  pequeño enrosque fácilmente al cuello del frasco cuya c uya arena que se emplea en la metodología debe ser limpia y seca con granulometría comprendida entre los tamices Nº 16 y Nº 30. Este método de ensayo se emplea para la determinación rápida del peso unitario máximo y de la humedad optima de una muestra de suelo. En este informe se detallara los fundamentos básicos para la realización del ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán de fundamental importancia para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y la calibración del cono. Para así finalmente obtener resultados y dar paso a las respectivas conclusiones sobre este método empleado, que es un control de la densidad alcanzada en el terreno a fin de comprobar si la muestra de suelo encontrada afuera del laboratorio se suelos y hormigones a sido debidamente compactada para que pueda servir a futuro de fundación al pavimento a construirse entre uno de los ejemplos que se puede mencionar.

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2. OBJETIVO 2.1 OBJETIVO GENERAL Determinar la densidad del terreno ubicado en las afueras del laboratorio de suelos y hormigones para comparar si cumplen en cuanto a lo requerido en las especificaciones técnicas en cuanto a humedad y densidad.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS    

Realizar la calibración del frasco en laboratorio con la metodología expuesta  posteriormente. Ejecutar la calibración de la arena que fue propiciada por encargados del laboratorio de Suelos. Excavar un hoyo con una profundidad señalada donde exista la mínima cantidad de  piedras o algunos objetos que impida llegar a la profundidad pr ofundidad señalada. Mediante la toma de datos obtenidos en laboratorio campo determinar la densidad del suelo y la humedad óptima.

3. FUNDAMENTACION TEORICA.3.1 GENERALIDADES.Densidad: La cantidad de materia solida presente por unidad de volumen recibe el nombre de Densidad en Seco del Material. En el caso de los suelos granulares y orgánico-fibrosos, la densidad en seco es el factor más importante desde el punto de vista de sus propiedades ingenieriles. Una de esas propiedades es el estado o grado de compactación que se expresa generalmente en términos de densidad relativa, o razón (como porcentaje) de la diferencia entre la densidad del suelo natural en seco y su densidad en seco mínima, dividida entre la diferencia que hay en sus densidades máximas y mínimas en seco. Sin embargo, durante la construcción de rellenos ingenieriles, el grado de compactación suele especificarse como el cociente de densidad real en seco, in situ, dividida entre la densidad máxima en seco, determinada con una prueba de laboratorio diseñada para el cálculo de la relación humedad-densidad (ASTM DI557 o D698). Existen algunas otras propiedades menores de los suelos o terrenos que, en ciertos casos, adquieres relevancia. Por ejemplo, el “contenido de materia orgánica del suelo” puede afectar la fijeza de cualquiera de las propiedades inducidas por tratamiento. Así los suelos muy ricos en materia vegetal descompuesta, que contienen ácidas tánicos, no son adecuadas  para la estabilización con cemento. 3

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A modo de ejemplo, los suelos o terrenos con alto contenido de polvo de caliza se debilitan con el flujo de agua a través del suelo o se desintegran con la percolación de aguas de albañal o algunos otros líquidos residuales. Es sabido que la compactación se aplica a suelos con el fin de mejorar sus características de compresibilidad, relación esfuerzo-deformación y resistencia. Atendiendo al problema de compactación para la deformación de estructuras para vías terrestres, que es uno de los usos más corrientes e importantes de los materiales compactados, las características de estas  pueden medirse con base en el laboratorio. Sin embargo, para verificar si el terreno va a servir de capas del pavimento a construirse ha sido debidamente compactado, deben determinarse la densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados con la densidad máxima y la humedad optima obtenidas previamente en laboratorio. En las especificaciones de construcción, la calidad requerida del suelo compactado se fija generalmente en términos de la densidad seca máxima y no en función de la compresibilidad y resistencia que posea el material compactado; esto debido tanto a cuestiones de orden práctico, de igual forma se exige un control del contenido de agua de los suelos durante la compactación. Lo que se pretende al compactar un determinado suelo es mejorar artificialmente sus  propiedades mecánicas por medios mecánicos. La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumentan su densidad seca, disminuyendo sus vacíos, los métodos usados  para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Por lo general, los requisitos de compactación en el campo se basan sobre una densidad seca de proyecto, obtenido en pruebas de laboratorio realizadas sobre el suelo de que se trata. El equipo a usarse para lograr la compactación dependerá de tal valor de proyecto y del contenido de agua natural del suelo en los bancos e que se extraiga y además claro es, del tipo de suelo en sí. Teóricamente el material habrá de compactarse con la humedad óptima correspondiente a la densidad deseado, obtenida en laboratorio. Para ellos a veces  puede ser necesario añadir agua al material en el banco, en tanto que otras veces será  preciso sacar éste.

3.2 DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO DE CAMPO DESPUÉS DE LA COMPACTACIÓN.Cuando el trabajo de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el  peso volumétrico especificado se está logrando o no. Esto se conoce como control de 4

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compactación de campo. Esta verificación se logra con varios procedimientos estándares (Método del cono de arena, Método del globo de hule, Método nuclear, entre otros), el método más comúnmente usado es “EL METODO DEL CONO DE ARENA” el ARENA” el cual fue desarrollado en laboratorio. El concepto básico de una determinación de peso específico se refiere a la medida de la densidad en el terreno. Esta puede hacerse extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Para realizar el control de compactación en la obra, es decir, determinar la densidad en el terreno, esto puede realizarse extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Existen varios métodos para lograr tal fin, como ser:      

Mediante la obtención de muestras inalteradas. mediante el penetrómetro. mediante el volumen de la tierra extraída. Método del cono de arena. Método del globo de hule. Método nuclear.

Para comprobar si el terreno que va a servir de fundación al pavimento a construirse ha sido debidamente compactado, deben determinarse la densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados con la densidad máxima y la humedad óptima obtenidas  previamente en laboratorio. A continuación indicaremos cada uno de los diferentes métodos de control de densidad en el campo.

A) Determinación de la densidad de campo mediante la obtención de muestras inalteradas. Para extraer una muestra inalterada, deberá excavarse cuidadosamente el terreno que rodea a la muestra que se desea obtener. Los bloques extraídos pueden ser cubos de 10 cm. de lado, aproximadamente. Inmediatamente después de obtenida la muestra, se toma una pequeña cantidad del material, a fin de determinar su contenido de humedad. Una vez secada la muestra, se alisa su superficie, se la pesa y, luego se la cubre con  parafina líquida (obtenida del calentamiento de bloques de parafina sólida). Antes de pesar la muestra, debe dejarse enfriar y solidificar la parafina colocada. La muestra cubierta con 5

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 parafina, se pesa nuevamente nuev amente a fin de determinar el e l peso de la parafina añadida. añ adida. El peso por unidad de volumen de la parafina es 881 kg/m3. Para determinar el volumen de la muestra cubierta con parafina, se la sumerge en agua y se mide la cantidad de líquido desalojado. A este volumen obtenido a restarle el volumen de la  parafina para conocer el volumen de la muestra propiamente pr opiamente dicha. Conociendo el peso de la muestra y su obtención de contenido de humedad, se calculará su densidad en kg/m3. Esta densidad debe estar referida al peso del material seco. Otro procedimiento práctico muy empleado para la obtención de muestras inalteradas, es mediante la hinca de un cilindro de bordes cortantes y dimensiones conocidas, una vez introducido el cilindro, se quita el terreno que queda a su alrededor y se extrae cuidadosamente el cilindro que contiene la muestra. Lo mismo que en el caso anterior se tomó una pequeña muestra representativa para determinar el contenido de humedad del material. Como quiera que se conoce el volumen del cilindro metálico, bastara para determinar el peso de la material seco extraído, para obtener la densidad de la muestra.

B) Determinación de la densidad de 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 resistencia a la  penetración de la muestra compactada en laboratorio a humedad óptima y densidad máxima, y se compara esta resistencia con la que presenta el material compactado en el terreno. Si el material ha sido debidamente compactado en el campo, presentará, aproximadamente, la misma resistencia que la registrada en laboratorio.

C) Determinación de la densidad de campo mediante el volumen de la tierra extraída La medida de la densidad del material en el terreno puede hacerse, a sí mismo, extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Este volumen puede medirse mediante el empleo de agua, aceite pesado, o arena.

D) Empleo de aceite grueso Como en el caso anterior, se hace un pequeño hueco y se extrae la tierra, depositando la en un frasco. Se registra el peso de la muestra y se calcula su contenido de humedad. El volumen del hoyo, se mide llenándolo con aceite grueso 30 o 40. Como se conoce el peso de la muestra seca, bastará dividir este peso por el volumen del aceite que ha sido necesario emplear para llenar el hueco y se tendrá la densidad del material compactado.

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Una vez terminada la operación, se saca el aceite por medio de una bomba pequeña de succión. Si se desea, puede utilizarse el mismo aceite en diferentes hoyos. Cuando el terreno se arenoso no debe emplearse este método.

E) Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM).-Empleo de arena Es el que más ha generalizado en la actualidad. El equipo que se utiliza consta, además del martillo y cincel para hacer los hoyos de un frasco de unos 2,5 litros de capacidad, donde se coloca la arena, y de un aparato semejante al indicado en la figura, con una válvula entre ambos embudos. El aparato está construido de tal modo que el embudo pequeño enrosca fácilmente al cuello del frasco. La arena que se utiliza debe ser limpia y seca (secada al aire), prefiriendo aquella de granulometrías redondeadas y comprendida entre los tamices 10 y 30 aproximadamente. El procedimiento que se emplea para determinar la densidad del material compactado, comprende las siguientes operaciones: 1) se determina el peso de la arena por unidad de volumen. Al hacer esta determinación, debe evitarse las vibraciones y procurar que la operación de vaciado de la arena dentro del depósito, sea similar a la que va a realizarse en el terreno. 2) Se pesa el frasco con arena y se determina, además, el peso de la arena que se necesita para llenar el embudo mayor. 3) Se limpia el sitio escogido y luego se excava un hoyo de unos 10 centímetros de diámetro, aproximadamente, hasta una profundidad igual al espesor de la capa compactada cuya densidad se desea determinar. Esta excavación se puede hacer mediante el empleo de un taladro de cuchara de unas 3 pulgadas de diámetro, o bien con cincel y martillo. 4) Cuidadosamente se extrae el material, colocan en un frasco o depósito (debidamente tapado a fin de evitar pérdida de humedad) y, luego, se pesa la muestra de la tierra obtenida. 5) Se cierra la válvula y se enrosca el embudo pequeño al cuello del frasco lleno de arena. 6) El aparato se coloca encima del hoyo en la forma indicada y, luego, se abre la válvula dejando caer arena hasta que se llene el hoyo y el embudo mayor. 7) Una vez que la arena ha dejado de caer, lo que pueda fácilmente observarse a través del frasco se cierra la válvula y se levanta el aparato. 8) Se desenrosca el cono y se pesa nuevamente el frasco con la arena que ha sobrado.

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El aparato usado en este método consiste en un recipiente de vidrio o plástico con un cono de metal unido a parte superior. El recipiente se llena con arena Ottawa seca muy uniforme. Se determina el peso del envase, del cono y de arena que llena el recipiente (W1). En el campo se excava un pequeño agujero en el área donde el suelo fue compactado. Si el peso del suelo húmedo excavado del agujero (W2) se determina y se conoce el contenido de agua del suelo excavado, el peso seco del suelo (W3) se obtiene de la siguiente manera:

W3 = (W2 /(1+w(%)/100)) /(1+w(%)/100)) Dónde: w = contenido de agua. Después de escavado del agujero, el cono con el recipiente unido a él se invierte y se coloca sobre el agujero. Se permite que la arena fluya del envase al agujero y al cono. Una vez que el agujero y el cono están llenos, se determina el peso del recipiente, del cono y de la arena restante en el envase (W4), de modo que:

W5 = W1 = W4 Dónde: W5 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono.

Recipiente de plástico y el cono metálico para el dispositivo Del cono de arena. (Nota: el recipiente está lleno con arena Ottawa.)

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Peso específico de campo por el método del cono de arena. El volumen del agujero excavado se determina ahora como

V = (W5  –  W  Wc) / γd(arena) Dónde: Wc = peso de la arena para llenar únicamente el cono γd(arena) = peso específico seco de la arena Ottawa usada Los valores de Wc y γd(arena) son determinados a partir de la calibración hecha en laboratorio. El peso específico seco de la compactación hecha en campo se determina ahora como:

 γ =

 W(húmedo) V(hueco)

γ=

 P l Sl Hú ln l H.

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F) Método del globo de hule (D-2167 de la ASTM).El procedimiento para el método del globo de hule es similar al del método del cono de arena; se hace un agujero de prueba después de limpiar la superficie del sitio escogido, se hace un hoyo de forma cilíndrica, de unos 10 centímetros de diámetro, hasta una  profundidad igual al espesor de la capa c apa cuya densidad se desea determinar. La tierra que se saca del hoyo, se coloca en un frasco o depósito el cual se tapa debidamente, y luego, se  pesa la muestra. (Para (P ara la determinación del contenido de humedad, hume dad, se separar una pequeña pequeñ a cantidad.). Y así se determinan el peso húmedo del suelo retirado del agujero y su contenido de agua. Sin embargo, el volumen del agujero se determina introduciendo a éste un globo de hule lleno 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:

 γ =

 W(húmedo) V(hueco)

γ=

 P l Sl Hú ln l H.

Recipiente calibrado del método de globo de hule para determinar el peso específico de campo.

G) Método del densímetro 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 agujeros taladrados o desde la superficie del terreno. El instrumento mide el peso de suelo húmedo 10

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 por volumen unitario y también t ambién 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.

Densímetro nuclear El método de la arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del hueco. La arena utilizada (a menudo arena de Ottawa), es generalmente que pasa el tamiz Nº 20 y esta se encuentra retenida por el tamiz Nº 30, generalmente es deseable utilizar una arena uniforme o de un “solo tamaño” para evitar problemas de segregación. El aparato de cono de arena es 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 a 3800 cm3. Básicamente el método consiste en determinar el peso del suelo húmedo de una pequeña excavación de forma irregular (hueco), hecho sobre la superficie del suelo. Se determina el volumen de dicho hueco y la densidad húmeda del suelo en el sitio (densidad in situ) o peso volumétrico húmedo del campo. Se calcula de la siguiente manera:

 P l Sl Hú  W(húmedo) γ =  γ = ln l H. V(hueco) Por lo expuesto hasta aquí resulta lógico esperar que en el campo no se logre precisamente la densidad seca húmeda indicada por las pruebas de laboratorio. Se define como grado de compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje, entre la densidad seca 11

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obtenida en la obra, y el máximo especificado en el laboratorio para tal obra. El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y la función de la obra.

Determinación del contenido de humedad La medida de la humedad se basa en las leyes físicas que gobiernan la “dispersión” dispersión” y “moderación” moderación” de neutrones de energía elevada. Generalmente el procedimiento consiste en colocar en el suelo que se desea investigar una “fuente” fuente” radiactiva de neutrones “rápidos” rápidos” o de alta energía, y luego que se ha efectuado el proceso de “dispersión” dispersión” y de “moderación” moderación” de energía se registra el número de neutrones “lentos” lentos” por unidad de tiempo, utilizando un “detector ” especial que sólo registran neutrones “lentos”. lentos”. El número de neutrones “lentos” lentos”  es una función del número relativo de átomos de bajo  peso atómico presente en los suelos. su elos. Como el hidrómetro es el único ú nico elemento de bajo peso atómico que se encuentra en los suelos inorgánicos, inorgánicos, esté “contaje” de “contaje” de neutrones “lentos “  por unidad de tiempo, nos permite conocer la l a concentración de átomos de hidrógeno hidrógen o en un suelo, y como el hidrógeno está en los moléculas de agua libre, este “contaje” contaje” indicará la humedad del suelo analizado.

Determinación de la densidad La determinación de la densidad está basada en la interacción de los rayos gamma. Cuando una “fuente” fuente”  radioactiva de rayos Gamma se coloca en un suelo los rayos emitidos se “dispersan” dispersan”  en toda dirección. Esta “dispersión” dispersión” de rayos gamma gamma puede registrarse colocando un detector de rayos gamma a corta distancia de la “f uente” uente” radioactiva. Como el número de electrones presentes por unidad de volumen de suelo es aproximadamente  proporcional la densidad del suelo, es posible correlacionar el número relativo de rayos gamma dispersos y registrados en el detector con la densidad del suelo. La cantidad de rayos gamas registrada en el detector por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la densidad humedad el material.

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Actualmente se fabrican “medidores nucleares” nucleares” para determinación superficial y profundas de humedad y densidad. El control de la humedad y densidad mediante los “medidores nucleares” nucleares” efectúen forma sencilla y rápida, obteniéndose resultados satisfactorios, tanto en subrasante, como en capa de base y de rodamiento. El único inconveniente, en la actualidad, es el costo elevado de estos “medidores” medidores” o “registradores”, registradores”, en en comparación con el costo del equipo que se requiere en los métodos convencionales.

3.3 RELACIÓN ENTRE LA HUMEDAD Y EL PESO ESPECÍFICO.La importancia de la humedad del suelo para asegurar la compactación se ilustra en los siguientes experimentos. Una muestra de suelo se separa en 6 u 8 porciones, cada una se mezcla íntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga diferente humedad, variando esta desde cero hasta un punto intermedio entre los límites líquido y plástico. Cada porción se compacta en un deposito con exactamente el mismo esfuerzo de compactación, la humedad y el peso de los sólidos por metro cubico de suelos compactados, que se denomina corrientemente peso específico y se denota por γd, se determina por:

 γ =

 Ws V

 γd =

 1+w

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3.4 COMPACTACIÓN EN CAMPO.La mayor parte de las compactaciones de campo se hacen con compactadores de rodillos, de los cuales hay cuatro tipos:  Compactador de rodillos de rueda lisa (o rodillos de tambor liso).  Compactador de neumáticos de hule.  Compactador con rodillos de pata de cabra.  Compactador de rodillos vibratorios. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc. Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales  puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso, en la práctica estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como; plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Los rodillos lisos son adecuados para pruebas de rodado en sub rasantes y para el acabado de la construcción de rellenos con suelos arenosos o arcillosos. Estos proporciona una cobertura de 100% bajo las ruedas y la presión de contacto llega a ser tan alta como 45-60 lb/pulg2  (= 300-400 kN/m2). Sin embargo, no producen un peso específico uniforme de compactación al usarlos en capas gruesas.

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Rodillos lisos vibratorios (Cortesía de Tampo Manufacturing) Co., Inc., San Antonio, Texas.

Compactador de ruedas lisas Los compactadores con neumáticos de hule son mejores en muchos aspectos que las de rodillos lisos. Los primeros tienen varias hileras de neumáticos, que van colocados cerca uno de otro, cuatro a seis en una hilera. La presión de contacto bajo los neumáticos varía entre 600 y 700 kN/m2 y su cobertura es aproximadamente de 70% a 80%. Los rodillos con neumáticos se usan para la compactación de suelos arenosos y arcillosos. La compactación se logra por una combinación de presión y acción de amasamiento.

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Compactador de neumáticos de hule (cortesía de David A. Carroll, Austin, Texas). Los rodillos pata de cabra son tambores con un gran número de protuberancias. El área de cada una de esas protuberancias varía entre 25 y 85 cm2• Los rodillos pata de cabra tienen su mayor efectividad en la compactación de suelos arcillosos. La presión de contacto bajo las protuberancias varía entre 1380 y 6900 kN/m2. Durante la compactación en el campo, las pasadas iniciales compactan la porción inferior de una capa. Las porciones superior y media de una capa se compactan en una etapa posterior.

Compactador de rodillo pata de cabra (cortesía de David A. Carroll, Austin, Texas).

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Principio de rodillos vibratorios. Los rodillos vibratorios son muy eficientes en la compactación de suelos granulares. Los vibradores se unen a los rodillos lisos, a los de neumáticos o a los rodillos pata de cabra  para suministrar efectos vibratorios al suelo. La figura 3.14 muestra los principios de los rodillos vibratorios. La vibración es producida girando pesos excéntricos. Las placas vibratorias manuales se usan para la compactación efectiva de suelos granulares sobre un área limitada. Las placas vibratorias también se montan sobre maquinaria, y se usan en áreas menos restringidas. En adición al tipo de suelo y contenido de agua, se consideran otros factores para alcanzar el peso específico deseado por compactación en el campo. Esos factores incluyen el espesor de la capa, la intensidad de la presión aplicada por el equipo compactador, y el área sobre la cual se aplica la presión; que es aplicada en la superficie

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Curvas de crecimiento para una arcilla limosa; relación entre el peso específico seco y el número de pasadas de un rodillo de 84.5 kN de tres ruedas cuando es compactada en capas sueltas de 229 mm bajo diferentes contenidos de agua (según Johnson y Sallberg, 1960; redibujado); compactación por vibración de una arena; variación del peso específico seco con el número de pasadas de un rodillo; espesor de la capa = 2.44 m (según D'Appolonia, Whitman yD'Appolonia, 1969; redibujado). Muestra las curvas de crecimiento para un suelo de arcilla limosa. El peso específico seco de un suelo a un contenido de agua dado crecerá hasta cierto punto con el número de  pasadas del rodillo. Más allá de este punto permanecerá aproximadamente constante. En la mayoría de los casos, de 10 a 15 pasadas del rodillo darán el máximo peso específico seco económicamente alcanzable. Decrece con la profundidad, resultando en una disminución del grado de compactación del suelo. Durante la compactación, el peso específico seco del suelo también es afectado por el número de pasadas del rodillo.

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Muestra la variación del peso específico de compactación con la profundidad para una arena de duna mal graduada, cuya compactación se logró con un rodillo de tambor vibratorio. La vibración se produjo montando un peso excéntrico sobre un eje rotatorio simple dentro del cilindro del tambor. El peso del rodillo usado para esta compactación fue de 55.6 kN y el diámetro del tambor fue de 1.19 m. Las capas se mantuvieron de 2.44 m.  Note que, a cualquier profundidad dada, el peso específico seco de compactación crece con el número de pasadas del rodillo. Sin embargo, la razón del incremento del peso específico decrece gradualmente después de aproximadamente 15 pasadas. Otro hecho por notar en la segunda figura, es la variación del peso específico seco con la profundidad para cualquier número de pasadas del rodillo. El peso específico seco y por consiguiente la compacidad relativa en alcanzan valores máximos a una profundidad de aproximadamente 0.5 m y decrece gradualmente a menores profundidades, esto se debe a la falta del confinamiento de la presión hacia la superficie. Una vez determinada la relación entre la profundidad y la compacidad relativa (o peso específico seco) para un suelo dado con un número dado de  pasadas del rodillo, es fácil estimar el espesor aproximado apr oximado de cada capa.

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Estimación del espesor de la capa de compactación para una compacidad relativa mínima requerida de 75% con cinco pasadas de rodillo (según D' Appolonia, Whitman y D'Appolonia, 1969).

Especificaciones para compactación en campo.En la mayoría de las especificaciones para trabajos de terracerías, una estipulación es que el contratista debe lograr un peso específico seco por compactación en campo del 90% al 95% del peso específico seco máximo determinado en laboratorio por la prueba Proctor estándar o por la modificada. Esta especificación es, de hecho, para una compactación relativa  R, que se expresa como: R ( % ) = ((γd (campo)) / (γd (máx-lab))) (máx-lab))) x 100 Con base en la observación de 47 muestras de suelos, Lee y Singh (1971) dieron la siguiente correlación entre R y en para suelos granulares:  R = 80 + 0.2er 

La especificación para compactación en campo basada en la compactación relativa o en la compacidad relativa es una especificación de producto terminado. Se espera que el contratista logre un peso específico seco mínimo independientemente del procedimiento de campo adoptado. 20

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Las curvas de compactación  A, B Y e son para el mismo suelo con esfuerzo de compactación variable. Consideremos que la curva A representa las condiciones de esfuerzo de compactación máximo que se obtienen con el equipo existente. Supongamos que se requiere lograr un peso específico seco mínimo de 'Y d (campo) = R'Y d (máx.)' Para lograr esto, el contenido de agua w debe estar entre w1 y w2. Sin embargo, como se ve en la curva e de compactación, el 'Y d (campo) requerido se logra con un menor esfuerzo de compactación bajo un contenido de agua w = w3• Sin embargo, en la práctica, un peso específico compactado en campo de 'Yd (campo) = R'Yd (máx.) no se logra con el esfuerzo de compactación mínimo porque éste no permite ningún margen de error, considerando la variabilidad de las condiciones de campo. Por consiguiente, debe usarse un equipo con algo más de capacidad para el esfuerzo mínimo de compactación. La curva de compactación B representa esta condición.

Condición más económica de compactación. El grado de compactación de un suelo es: . .á.

Gc (%) = 100

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El grado necesario de compactación de los rellenos se expresa normalmente como un  porcentaje mínimo de la máxima densidad en seco, obtenida mediante una prueba de laboratorio, que se debe lograr dentro de ciertos límites estipulados de humedad. Por lo general se especifican densidades que representan del 90% al 100% de densidad máxima, cuando el contenido de humedad es del 2 al 4 % del contenido óptimo de humedad. (La  prueba ASTM D1557 sirve como punto de referencia cuando se necesita una gran capacidad de carga y baja compresibilidad; la ASTM D698 es adecuada si los requisitos no son tan estrictos, como sucede en zonas de estacionamiento, aparcamiento). En casi todos los rellenos, baste con un 90 a 95 % de la densidad máxima; la compactación del 100% es necesaria en el caso de carreteras, zapatas de cimentación y otras estructuras de las edificaciones industriales intensamente cargadas. Los materiales de relleno son a menudo suelos excavados en terrenos adoptados en  préstamos, rocas trituradas provenientes de una cantera o desechos industriales (por ejemplo, cenizas de carbón pulverizadas). El material se transporta al sitio del relleno y se coloca en capas de un espesor específico. Las capas típicas tienen espesores que oscilan entre 150 mm., y 500 mm, y dependen del tipo de material y del equipo de compactación a utilizarse. Si el material en su estado natural carece de un contenido de humedad que esté dentro del rango especificando, será necesario humedecerlo o secarlo antes de la compactación, según sea el caso. Una vez que se inicie la obra, deben realizarse ensayos de control de campo con el fin de comprobar que la obra cumple con las especificaciones de compactación. Durante las  pruebas de control de compactación se realizan ensayos para medir la densidad y en contenido de humedad del suelo compactado mediante la toma de muestras o mediante ensayos “in situ”. En suelos finos cohesivos, generalmente se toman muestras representativas por medio de un extractor cilíndrico que se introduce al suelo y una vez lleno se extrae. Los extremos de la muestra se emparejan con los bordes del cilindro y se determina la masa que corresponde a la muestra cilíndrica de volumen conocido. Luego se toma una muestra para determinar su contenido de humedad (BS 1377: 1975 ENSAYO (D); ASTM D-2937-71). En suelos gruesos o granulares se requiere usualmente una técnica diferente. Se excava un agujero en el nivel donde se desea conocer la densidad del suelo, se recupera el material extraído y se determina su masa y su contenido de humedad. Luego se mide el volumen del agujero utilizando una técnica apropiada, tal como el método del cono de arena (BS 1377: 1975 ENSAYO 15 (A) –  (A) –  (C);  (C); ASTM D-1565-64), o el método del balón de caucho (ASTM D-2167-66). Sin embargo, estas técnicas de control de campo no son completamente satisfactorias, ya sea por la precisión que se tiene a la hora de medir volúmenes o de otra manera conocer el 22

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contenido de humedad por el cambio de lugar o la espera del mismo, debido a estos  problemas y demás otros que se tiene, se opta por el empleo de métodos nucleares para medir “in situ” la densidad densidad seca y el contenido de humedad. El principio fundamental en el cual se basan estos métodos es bastante simple pero muy complejo en cuanto a su sistema y equipo a utilizar para hallar dichas variables.

4. MEMORIA DE LA PRÁCTICA PASO 1) CALIBRACIÓN DEL FRASCO: Primeramente fuimos a sacar material para nuestro ensayo de densidad in situ, luego nos dividimos las tareas entre los integrantes del grupo para así poder hacer más rápido la  práctica. Para empezar la calibración del frasco lo primero que hicimos fue pesar el molde o frasco  junto al cono de metal para luego registrar este peso de d e 627, 2 gr. Luego llenamos el frasco con agua por medio de un grifo, para que no existan perdidas notorias de agua, envolvimos la boca del frasco con una bolsa negra de plástico, una vez que llenamos el frasco con agua hasta la válvula procedimos a pesar y se registró un peso de 4651.8 gr.

Bolsa negra  pérdidas. Llenado del frasco con agua con agua.

para

evitar

Pesaje del frasco más cono lleno

23

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Y para finalizar la calibración del frasco, tomamos la temperatura del agua con el objeto de más adelante en los cálculos poder hacer una corrección en los cálculos de la densidad del agua.

PASO 2) CALIBRACIÓN DE LA ARENA: Luego de haber calibrado nuestro frasco procedimos a secarlo bien por medio de una secadora, eso lo realizaba un compañero de nuestro grupo y mientras eso otros dos verificaban que la arena este limpia y tamizada. Arena utiliza en nuestro ensayo



Después que se secó el frasco nos dirigimos a donde estaba la arena (dentro del gabinete del laboratorio de suelos), llenamos llenamos la arena de Padcaya hasta la altura de la válvula con mucho cuidado. Llenado del frasco con arena



Una vez cargado nuestro frasco con arena fuimos a pesarlo y registramos un peso de 6940 gr, este dato nos sirvió para determinar su densidad de la arena.

Para finalizar la calibración de la arena, llevamos nuestro frasco cargado con arena al mesón del laboratorio con el objetivo de volcar nuestro frasco con arena sobre una bandeja de superficie plana, la arena caía hasta que el ruido de su caída se detuvo esto nos indicó 24

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que la válvula ya se había llenado, cerramos bien la válvula y nos dirigimos a pesar el frasco con lo que le quedaba de arena y se registró un peso de 6905 gr.

Arena que ocupa el cono. Momento en cual volcamos el frasco con arena.

PASO 3) TRABAJO DE CAMPO: Cabe señalar una aclaración para este paso en el cual el trabajo de campo no se realizó en el lugar de donde se extrajo nuestro suelo coluvial sino que se realizó en las afueras del laboratorio de suelos dentro del campus universitario. Mientras dos compañeros realizaban la calibración tanto del frasco y luego de la arena, los demás integrantes del grupo realizaban la excavación del hoyo de acuerdo a la guía de laboratorio, ulizando un cincel con un combo y cavando hasta unos 15 cm, teniendo en cuenta que si hay ladrillos, piedras al haber cavado se vuelve a realizar un nuevo hoyo.

Una vez que terminamos de cavar el hoyo de figura geométrica conocida, sobre el hoyo  pusimos la placa metálica (paralela ( paralela al suelo) y luego lo llenamos al hoyo con arena por medio del frasco con cono metálico hasta que la válvula que lleno y no seguía el ruido de la caída de la arena. Cerramos la válvula o llave de paso, para luego pesar nuestro frasco con arena registrando un peso de 5025 gr. El suelo que excavamos del hoyo lo pusimos en una bandeja para luego pesarlo en la balanza registrando un peso de 1075,4 gr. Del suelo excavado sacamos una muestra pequeña la cual la pusimos en una tara, pesamos la tara más suelo húmedo, luego metimos la tara más suelo al horno y al día siguiente fue 25

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un compañero a sacar la tara del horno y registro su peso, todo esto con el fin de calcular la humedad del suelo.

Finalmente la arena que vaciamos en el hoyo la recogimos lo más que se pudo para luego tamizarla por el tamiz N° 16 y 30 y entregarla conjuntamente con el resto de materiales del laboratorio.

5. DATOS, DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS 5.1 DATOS Los siguientes datos fueron recopilados del trabajo en campo

CALIBRACION DEL APARATO

VALOR

UNIDAD

Peso del aparato más agua

4651,8

gr

Peso aparato

627,2

gr

Densidad agua a temperatura del ensayo

0,99829

gr/3

Peso aparato más arena

6940

gr

Peso de aparato más arena ( después de llenar el embudo)

5025,01

gr

DETERMINACION DEL PESO SECO Y HUMEDAD VALOR

unidad

Peso de tara más suelo húmedo

77,5

gr

Peso de tara más suelo seco

66,4

gr

Peso de la tara

17,3

gr

Peso de suelo húmedo retirado del hoyo mas tara

1135,6

gr

Peso de la tara

216,6

gr

26

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DETERMINACION DEL PESO SECO Y HUMEDAD VALOR

unidad

Peso de arena calibrada mas aparato

6940

gr

Peso de arena que queda después del ensayo

5025

gr

5.2 CALCULOS Calculo de porcentaje de humedad.-

% =

  ∗  

% =

 11,2  ∗ 10 1000 = , , % 49,1 

Donde

% = Porcentaje de humedad.  = peso del agua.   = peso del suelo seco.

Calculo de peso del suelo seco retirado del hoyo.-

  =

 ∗  +%

  =

919 ∗ 10 1000 =  ,,   100 + 22,6 2,6

Donde

  =  Peso del suelo seco retirado del hoyo. ℎ = Peso del suelo húmedo retirado del hoyo. 27

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% = Porcentaje de humedad.

Calculo de densidad del suelo.-

=

  

=

  749,59 999,78 3

Donde

 = Densidad del suelo.  = Peso del suelo seco retirado del hoyo. ℎ = volumen del hoyo

Calculo de porciento de compactación.-

% =

   ∗  

  0,75/3 % =  ∗ 10 1000 = , , % % 2,0908/ 3

Donde:

%= Grado de compactación.    = Densidad en determinada por el cono de arena.  = densidad máxima de la curva de compactación. 28

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5.3 RESULTADOS CALIBRACION DEL APARATO

VALOR

UNIDAD

Peso del aparato más agua

4651,8

gr

Peso aparato

627,2

gr

Peso del agua

4024,6

gr

Densidad agua a temperatura del ensayo

0,99829

gr/3

Volumen del frasco

4031,5

Peso aparato más arena

6940

gr

Peso de arena

6312,8

gr

Densidad de arena

1,57

gr/3

Peso de aparato mas arena ( después de llenar el embudo)

5025,01

gr

Peso de arena seca en el embudo

353,2

gr

DETERMINACION DEL PESO SECO Y HUMEDAD

VALOR

UNIDAD

Peso de tara más suelo húmedo

77,5

gr

Peso de tara más suelo seco

66,4

gr

Peso del agua

11,1

gr

Peso de la tara

17,3

gr

Peso del suelo seco

49,1

gr

Porcentaje de humedad

22,6

%

Peso de suelo húmedo retirado del hoyo mas tara

1135,6

gr

Peso de la tara

216,6

gr

Peso del suelo húmedo retirado del hoyo

919

gr

Peso del suelo seco retirado del hoyo

749,59

gr

3

29

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DETERMINACION DEL VOLUMEN DEL HOYO

VALOR

UNIDAD

Peso de arena calibrada mas aparato

6940

gr

Peso de arena que queda después del ensayo

5025

gr

Peso de arena necesaria para llenar el hoyo y el embudo

1915

gr

Peso de arena seca en el embudo

353,2

gr

Peso de arena para llenar el hoyo

1561,8

gr

Volumen del hoyo

999,78

Densidad del suelo

075

Densidad máxima de la curva de compactación

2,0909

Porciento de compactación

35,87

3  3  3 %

30

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6. CUESTIONARIO 1 Realice un breve comentario sobre los métodos utilizados, haciendo notar sus curiosidades y sugerencias a cerca del ensayo realizado. Siendo esta la última práctica grupal que se la tuvo que llevar acabo en laboratorio y en campo, se presentó como un procedimiento sencillo pero a la vez abarca muchos  procedimientos a realizar. El método utilizado tuvo tres partes que fue primeramente la calibración del botellón, luego la calibración de la arena que ambos procedimientos fueron dentro del laboratorio y finalmente la última parta de la práctica que fue el ensayo en campo, donde todo este gran  procedimiento con muchos pasos a seguir fue fu e solamente para hallar una densidad. Como sugerencia que podemos presentar es que tendría que llevarse a cabo esta práctica en el lugar de la extracción del suelo coluvial, suelo asignado al grupo. Pero es comprensible tal situación debido al corto tiempo dado al grupo en el laboratorio y con el préstamo del material.

2 Investigue si existe otros para la realización de la densidad In Situ. La medida de la densidad del material en el terreno puede hacerse, a sí mismo, extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Este volumen puede medirse mediante el empleo de agua, aceite pesado, o arena.

Método del globo de hule. El procedimiento para el método del globo de hule es similar al del método del cono de arena; se hace un agujero de prueba después de limpiar la superficie del sitio escogido, se hace un hoyo de forma cilíndrica, hasta una profundidad igual al espesor de la capa cuya densidad se desea determinar. La tierra que se saca del hoyo, se coloca en un frasco o depósito el cual se tapa debidamente, y luego, se pesa la muestra 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 resistencia a la  penetración de la muestra compactada en laboratorio a humedad óptima y densidad máxima, y se compara esta resistencia con la que presenta el material compactado en el terreno.

Método del densímetro 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 agujeros 31

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taladrados o desde la superficie del terreno. El instrumento mide el peso de suelo húmedo  por volumen unitario y también t ambién 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.

3 Explique cuál es el método más adecuado y por qué. Para señalar cual es el método adecuado, de los ya expuestos en todo el informe, sería el “método del cono de arena” que se presenta como uno de los más exactos, que es que más se ha generalizado en la actualidad.

4Explique las ventajas que existe entre cada uno de los métodos. El método del cono de arena es caracterizado por ser el más eficaz y el que más se ha generalizado en la actualidad. El método del globo de hule es similar al procedimiento del cono de arena donde se debe hacer un agujero, pero en este caso se introduce un globo de hule con agua del cual una gran ventaja el volumen se lee directamente por medio del recipiente calibrado. El método del densímetro nuclear es un método que se efectúa de forma sencilla y rápida, obteniéndose resultados satisfactorios tanto en subrasante, como en capa de base y de rodamiento.

5 Explique ¿cómo se calcula GC? El GC es el porciento de compactación, el cálculo del GC se realiza obteniendo anteriormente el valor de la densidad determinada por el método del como de arena que es (0.75gr/cm3) por el cociente de la densidad máxima de la curva de compactación: este dato se extrae del anterior ensayo (compactación) que es 2,0908 gr/cm3, y finalmente se multiplica por 100 ya que necesitamos el resultado en porciento el cual nos dio como resultado GC 0 35,87%.

6 Para qué sirve el valor de GC? El cálculo de GC se realiza para ver la relación que tiene un método del otro que nos debería dar casi el 100% ya que es una forma de comprobación del método que se realizó en laboratorio, el método de Densidad In Situ que es el que se realizó en campo. Entonces los resultados de la densidad máxima de la curva de compactación deben ser iguales o muy cercanos a los resultados del cono de arena para que el porciento del grado de compactación se el 100%. Sin embargo en nuestro caso el resultado del grado de compactación GC= 35%, este resultado que está muy lejano del 100% la razón por la que el ensayo de densidad In In Situ 32

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no se realizó en el lugar de extracción del suelo por tanto no se puede hacer una compactación o de una forma el control de resultado de compactación.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 CONCLUSIONES Al efectuar la calibración se obtuvo la densidad de la arena empleada, la cual tiene un valor de 1,57 ⁄3 , sin embargo la densidad de la curva de compactación es de 2,0909 gr/3  y también la densidad del suelo que se extrajo del hoyo es de 0,75 ⁄3 El objetivo del ensayo (densidad en situ), es comparar las densidades entre compactación y el resultado de la densidad en situ deben ser muy cercanas sin embargo la gran diferencia que existe según los cálculos que obtuvimos entre las densidades es debido a que: El hoyo que se realizó en campo y el suelo de ese lugar es distinto a la nuestra que es ya que este suelo del hoyo es suelo fino mientras que el suelo de nuestra práctica es un suelo muy distinto que es el coluvial. Por esta razón no se puede hacer la constatación de las densidades de compactación vs en situ. La densidad en situ depende del tipo de suelo que existe en el lugar que se realiza el hoyo  para el trabajo en campo, es recomendable realizar esta práctica en el lugar de la extracción del suelo a cielo abierto. Esto para poder comparar y ver si realmente se hizo de manera correcta la compactación. 7.2 RECOMENDACIONES 





Cuando se proceda a la excavación del hoyo debe ser una superficie lo más plana  posible y también evitando cuerpos que impidan llegar a la profundidad señalada como ser piedras grandes, pedazos de ladrillo. Todo el suelo extraído se lo debe extraer del hueco con mucho cuidado y evitando el posible perdidas Todo este procedimiento se lo debe llevar a cabo lo más rápido posible debido a los 3 pasos fundamentales que se debe llevar acabo debido al tiempo que se nos es  permitido a los grupos.

8. BIBLIOGRAFIA   

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNIA - Braja M. Das. CARRETERAS, CALLES Y AEROPISTAS- Raúl Valles Rodas. TEXTO GUÍA PARA EL LABORATORIO DE LA ASIGNATURA CIV- 341 MECÁNICA DE SUELOS I Y LABORATORIO. - Autor: Ing. Laura Karina Soto Salgado. 33

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