Informe Suelos Densidad de Campo

5/20/2018 Informe Suelos Densidad de Campo

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FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS I DENSIDAD DE CAMPO

DENSIDAD DE CAMPO

1. INTRODUCCION:

La densidad es una medida del estado de empaquetamiento de las partculas del suelo y para estola densidad seca es una de las medidas ms apropiadas

2. OBJETIVO

Determinar la densidad y peso unitario en una superficie de un suelo cavado y compactado pormedios mecnicos tales como:

Rodillo (liso o vibratorio) Rodillo neumticos Rodillo pata de cabra Compactador manual (plancha) Compactador de impacto Haber realizado una pre-carga Pisn manual, etc.

3. NORMATIVIDAD:

Densidad in-situ mediante el mtodo del cono de arena : NTP 339.134 (ASTM D 2487) Densidad in-situ mediante mtodos nucleares (profundidad superficial) : NTP 339.144 (ASTM D

2922) Densidad in-situ mediante el mtodo del baln de jebe : ASTM D 2167

Los ensayos de densidad de campo, no podrn emplearse para determinar la densidad relativa y lapresin admisible de un suelo arenoso.

Ensayo para determinar la densidad de los suelos en el campo por el mtodo del cono dearena : MTC E 1172000

4. AREAS DE EJECUCIN:

Rellenos compactados Presas de tierra (durante la construccin Estructuras e pavimentos (sub rasante, sub base, base) Pista de aterrizaje (aeropuertos) Terrapln para vas frreas Cimentaciones de canales Fondos de piscina, veredas, losa deportiva, estructura para pisos, almacenes, silos, parques de

estacionamiento, etc.

5. METODOLOGAS:

El ensayo de densidad de campo In-Situ se puede realizar mediante tres mtodos:


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Densidad del suelo por el cono de arena (ASTM D 1556) Densidad y peso unitario por el globo de hule (ASTM2167) Densidad nuclear (ASTM D 2922 y D3017)

5.1.METODO CONO DE ARENA (ASTM D 1556)

SEGN MTC E 1172000:

5.1.1. ALCANCE: Determina la densidad in-situ de suelos, utilizando un equipo denominado cono de arena. Este mtodo de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o

materiales gruesos con un dimetro mayor a 1 pulg. (38mm) Cualquier suelo u otro material, que pueda ser excavado con herramientas de mano, puede ser

ensayado siempre que los vacos o aberturas de los poros en la masa sean lo suficientemente

pequeos para prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacos naturales. Elsuelo u otro material a ensayarse deber tener la suficiente cohesin o atraccin entre laspartculas para mantener estables los lados de un pequeo hoyo o excavacin.

Este deber ser lo suficientemente firme y consistente para soportar las pequeaspresiones ejercidas al excavar el hoyo y colocar el aparato sobre l, sin que se deforme ocaiga.

Este mtodo de ensayo no es adecuado para suelos orgnicos, saturados o altamenteplsticos que podran deformarse o comprimirse durante la excavacin del hoyo de ensayo..

Este mtodo de ensayo puede no ser adecuado para suelos que contengan materialesgranulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo; tampocopara suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 pulg.(38mm), ni para suelos granulares que contengan altos porcentajes de vacos.

Cuando los materiales que se van a someter a prueba contengan cantidades considerables departculas mayores a 1 pulg. (38mm), o cuando los volmenes de los orificios de ensayo sonmayores a 0.1 pie3(280 cm3), se aplica el mtodo de ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.

Es prctica comn en la profesin de ingeniera utilizar corrientemente unidades de medidapara representar tanto unidades de masa como unidades de fuerza. Esto implcitamentecombina dos sistemas de unidades diferentes, esto es, el sistema absoluto y el sistemagravitacional. Cientficamente, no es recomendable combinar el uso de dos clases diferentesde unidades dentro de una norma simple. Ese mtodo de ensayo ha sido elaborado utilizandoel sistema gravitacional de unidades cuando se tratan las unidades en el sistema decentmetros gramos. En este sistema, el gramo (gf) representa una unidad de fuerza (peso).Sin embargo, el uso de balanzas o escalas para registrar medidas de masa (gm) o pararegistrar la densidad en gm/cm3puede establecerse como conforme a este mtodo de ensayo.

En algn material que pueda ser excavado. No usar en suelos que comprometan la salud. Se limita a suelos saturados y muy blandos o muy sueltos.

5.1.2. IMPORTANCIA DEL USO:


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El mtodo es ampliamente usado. Determina densidad de depsitos naturales y terraplenes.

5.1.3. DESCRIPCIN DEL MTODO:

Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obra en construccin,con las obtenidas en el laboratorio. Para ellos se tiene que la densidad seca obtenida en el campose fija con base en una prueba de laboratorio.

Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactacin, conocidocomo grado de compactacin, que se define como la relacin en el porcentaje, entre la densidadseca obtenida por el equipo en el campo y la densidad mxima correspondiente a la prueba delaboratorio.

5.1.4. SIGNIFICADO Y USO:

Este mtodo es muy difundido para determinar la densidad de suelos compactados utilizadosen la construccin de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Escomnmente utilizado como base aceptacin para suelos compactados a una densidadespecfica o a un porcentaje de densidad mxima determinada por un mtodo de ensayonormado.

Este mtodo puede ser usado para determinar la densidad in-situ de depsitos de suelosnaturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar.

El uso de este mtodo est limitado generalmente a suelos en una condicin de no saturados.

Este mtodo no es recomendable para suelos que sean suaves o desmenuzables (que sedesmoronan fcilmente), o estn en una condicin de humedad tal que el agua filtre el hoyoexcavado. La precisin de este ensayo puede ser afectada por suelos que se deformanfcilmente o que sufran cambios volumtricos en el hoyo excavado debido a que el personalcamine o se detenga cerca del hoyo durante el ensayo.

Nota 1.- cuando se efecta la prueba en suelos blandos condiciones suaves o en suelos que seacercan a la saturacin. Pueden ocurrir cambios de volumen en el orificio excavado, como unresultado de la carga superficial debido al personal que se encuentra realizando la prueba osimilares. Muchas veces esto se puede evitar utilizando una plataforma que debe ser apoyada acierta distancia del orificio. Como no siempre es posible detectar cuando tiene lugar un cambio devolumen. Cualquier prueba de densidad in situ en suelos compactados cuya saturacin excede el95% es un indicio de que se ha cometido un error, o que el volumen ha variado durante la prueba.

5.1.5. ELEMENTOS NECESARIOS:

a) EL APARATO DE DENSIDAD, consiste en lo siguiente:Un frasco desarmable u otro contenedor de arena que tenga una capacidad de volumen queexceda el volumen requerido para llenar el orificio de prueba y el aparato durante la prueba.

Una aparato desarmable que consiste en una vlvula con un orificio de (13 mm) dedimetro, presentando en un extremo un pequeo cono debe estar conectado a un frascoen un extremo y a un embudo (cono) en el otro extremo. La vlvula debe tener un freno


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(seguro) para prevenir la rotacin de una posicin completamente abierta a otracompletamente cerrada.Una placa metlica cuadrada o rectangular, con un hueco central con borde para recibir elembudo grande (cono) del aparato descrito anteriormente. La placa debe ser plana en la

base y tener suficiente rigidez, con un espesor de 3/8 a (10 a 13 mm). Las dimensiones mnimas y aceptables adecuadas para ensayar suelos que tienen detamao mximo de 2 (50mm) y volumen del hueco de ensayo de aproximadamente a 0.1pie3(2830 cm3). Cuando el material a ensayarse contiene un pequeo porcentaje departculas extra dimensionales y alargadas, el ensayo puede ser trasladado a una nuevaubicacin.Se necesitan aparatos y volmenes del hueco de prueba ms grandes cuando prevalecenlas partculas que 2(50 mm).

b) ARENA:

Deber ser limpia, uniforme, seca, no cementada, durable y que discurra libremente. Tenerun coeficiente de uniformidad (Cu = D60/D10) menor de 2 y el tamao mximo de partculasmenor que 2.0 mm (malla N 10) y menos del 3% en peso que pase la malla de 250 um(malla N60). Debe estar libre de finos y partculas de arena fina para prevenir cambiossignificativos en la densidad de la masa por cambios diarios en la humedad atmosfrica.Son deseable arenas naturales, sub redondeadas o redondeadas. Las arenas trituradas, oque tengan partculas angulares no son libres de escurrir, por lo que esta condicin puedecausar una accin puente y por lo tanto imprecisin en la determinacin de la densidad.

Para seleccionar la arena de una cantera potencial se debe determinar cinco densidades demasa por separado, las cuales deben ser hechas para cada recipiente o saco de arena.Para ser aceptable la arena, la variacin entre cualquier determinacin y el promedio nodebe ser mayor de 1% del promedio. Antes de usar la arena ser secada, luego se deja quetome la humedad del aire del sitio donde va a ser usada. La arena para ser nuevamenteusada, deber estar libre de cualquier suelo contaminante, variarse se gradacin y secarla.Las pruebas de densidad y volumen de la arena deben ser hechos a intervalos no mayoresde 14 das, siempre despus de cualquier cambio significativo de humedad atmosfrica;antes de volver a usar la arena y antes de usar un nuevo material previamente aprobado.

Nota 2.- algunas arenas manufacturadas (partidas) como arenas producto de explosiones, se hanutilizado exitosamente con buena reproducibilidad. La reproducibilidad de los resultados de ensayoque utilizan arena angular debe revisarse bajo situaciones de ensayo controladas en laboratorioantes de seleccionar una arena angulosa para su uso.

Nota 3.- muchas organizaciones han encontrado beneficioso almacenar arenas en contenedoresresistentes a la humedad. La arena debe almacenarse en reas secas protegidas del clima. Elempleo de una bombilla u otra fuente de calor dentro de o adyacente a los contenedores dealmacenamiento tambin se ha encontrado beneficioso reas de alta humedad.

Nota 4.- como regla general, no es recomendable la arena con segundo uso.


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Nota 5.- la mayora de las arenas tiene tendencia a absorber la humedad de la atmosfera. Una muypequea cantidad de humedad absorbida puede hacer un cambio sustancial en la densidad y elvolumen. En reas de alta humedad o donde la humedad cambia frecuentemente, la densidad y elvolumen pueden necesitar ser determinados en un tiempo mayor a los 14 das de intervalo mximo

indicado. La necesidad de revisiones ms frecuentes puede determinarse comparando losresultados de diferentes pruebas de densidad y volumen en la misma arena, hecha en diferentescondiciones de uso por encima de un periodo de tiempo.

c) BALANZAS:

Una balanza de capacidad mnima de 20 kg con una sensibilidad de1.0 g

d) EQUIPO DIVERSO:

Cincel, esptula pequea, cuchara para excavar el hoyo del ensayo, bolsas plsticas u otro

recipiente adecuado para retener la densidad y humedad de la muestra y la densidad de la arena;calculadora, libreta de apuntes, etc.

Fig. 1. Aparato cono de arena para el ensayo densidad de campo.


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Fig.2. aparato de densidad de campo (ASTM D1556)

Fig. 3. Equipo mnimo de densidad de campo.


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5.2.METODO DENSIDAD Y PESO UNITARIO POR EL GLOBO DE HULE (ASTM D 2167)

El procedimiento es similar al del mtodo del cono de arena; se hace un hueco de prueba y sedeterminan el peso hmedo del suelo retirado del hueco y su contenido de agua. Sin embargo, el

volumen del cono se determina introduciendo a este un globo de hule con agua de un recipientecalibrado, del cual el volumen se lee directamente.

El peso especfico seco del suelo compactado se determina usando la ecuacin:

d = W/V

W = peso seco del suelo excavado del hueco (k)

V= volumen del hueco (m3

).

Fig. 4. Aparato de globo de hule


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Fig. 5. Aparato globo de hule.

5.3.METODO NUCLEAR (ASTM D 2922 Y D 3017)

Los medidores nucleares de densidad don ahora usados con frecuencia para determinar el peso

especfico seco compactado del suelo. Los densmetros nucleares operan en huecos taladrados odesde la superficie del terreno. El aparato mide el peso de suelo hmedo por volumen unitario ytambin el peso del agua presente en un volumen unitario de suelo. El peso especfico seco delsuelo compactado se determina restando el peso del agua del peso especfico hmedo del suelo.

Fig. 6. Aparato densmetro nuclear. (ASTM D2922 y D3017).


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6. VALORES TIPICOS:

Despus de muchos realizados en suelos naturales se ha llegado a establecer unos rangos devalores caractersticos y se han agrupado como: arena y grava, arena, arcilla y suelos rojos

tropicales.Valores tpicos de densidad natural

material Densidad natural (k/m3)

Densidad

volumen

Densidad seca

Arena y grava Muy suelta 1700 - 1800 1300 1400

Suelta 1800 - 1900 1400 1500

Medio densa 1900 - 2100 1500 1800

Densa 2000 - 2200 1700 2000

Muy densa 2200 - 2300 2000 2200

arena Pobremente

graduada

1700 - 1900 1300 1500

Bien graduada 1800 - 2300 1400 2200

Mezcla arena

bien graduada +

grava

1900 - 2300 1500 - 2200

arcilla Lodo no

consolidado

1600 - 1700 900 1100

Blanda,

agrietada

1700 - 1900 1100 1400

Tpica, norm.

Cons.

1800 - 2200 1300 1900

Morrena

(sobrecons)

2000 - 2400 1700 2200

Suelos rojos tropicales 1700 - 2100 1300 - 1800

7. PROCEDIMIENTO: Seleccione una ubicacin/elevacin que sea representativa del rea que se va a probar y determine

la densidad del suelo in-situ de la siguiente manera:


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Inspeccione el cono por si hubiera algn dao, la rotacin libre de la vlvula y cercirese de que elplato de base funcione apropiadamente. Llene el contenedor del cono con la arena condicionadapara la cual ya se ha determinado la densidad, luego determine la masa total.

Prepare la superficie del sitio que se va a ensayar de tal manera que sea un plano nivelado. El plato

de base debe utilizarse como una herramienta para remover la superficie a un plano de nivel suave. Coloque el plato de base sobre la superficie plana, asegurndose de que existe contacto con la

superficie del terreno alrededor del borde del orificio central. Marque el contorno del plato de basepara revisar el movimiento durante la prueba y, si es necesario, asegure el plato contra elmovimiento que se cause utilizando clavos insertados dentro del suelo adyacente al filo del plato, oen otros trminos, sin disturbar el suelo que se va probar.

En suelos donde nivelacin no es exitosa la superficie presenta vacos, el volumen que se expulsahorizontalmente y que est limitado por el embudo, el plato y la superficie del terreno debedeterminarse mediante un ensayo preliminar. Llene el espacio con arena del aparato, mediante la

masa de la arena utilizada para llenar el espacio, rellene el aparato y determine una nueva masainicial del mismo y de la arena antes de proceder con la prueba. Despus de que se complete estamedida, limpie cuidadosamente con una brocha la arena que queda sobre la superficie preparada.

Nota 6.- puede tomarse un segundo aparato calibrado para el campo cuando se anticipa estacondicin (en vez de volver a llenar o hacer una segunda determinacin).

Cave el hoyo de prueba a travs del orificio central en el plato de base, teniendo cuidado de evitarque se disturbe o se deforme el suelo que delimitara el orificio. Los volmenes del orificio de pruebasern tan grandes como para que sean prcticos y minimicen los errores, y en ningn caso sernms pequeos que los volmenes indicados anteriormente. Los lados del orificio deben inclinarselevemente hacia adentro, y la parte central debe ser razonablemente plana o cncava. El orificiodebe mantenerse lo ms libre posible de vacos, salientes y obstrucciones fluidas ya que estoafectara la exactitud de la prueba. Los suelos que son esencialmente granulares requieren extremocuidado y tambin requieren que se cabe un orificio de prueba de forma cnica. Coloque todo elsuelo excavado y cualquier otro suelo que se haya soltado durante la excavacin, en un contenedorhermtico que este marcado para identificar el nmero de prueba. Tenga cuidado de evitar perdidade cualquier material. Proteja este material de cualquier prdida de humedad hasta que se hayadeterminado la masa y se haya obtenido la muestra para la determinacin del contenido de agua.

Tamao mximo de la partcula Volumen mnimo del orificio de ensayo

pulgada mm Cm3 Pies3

12.5 1420 0.05

1 25.00 2120 0.075

2 50.00 2830 0.1

Limpie el borde del orificio del plato base, voltee el aparato de cono de arena y coloque el embudo

del mismo en un orificio rebordeado en la misma posicin que se marc durante la calibracin.Elimine o minimice en el rea de prueba las vibraciones que pueda causar el personal que realiza laprueba o el equipo que se utiliza. Abra la vlvula y deje que la arena llene el orificio, el embudo y el


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plato base. Trate de evitar que el aparatoso sacuda o vibre mientras la arena est corriendo.Cuando la arena deje de fluir, cierre la vlvula.

Determine la masa del aparato con la arena restante, regstrela y calcule la masa de la arenautilizada.

Determine y registre la masa del material hmedo que se extrajo del orificio de prueba. Cuando serequiera correcciones del material de mayor tamao, determine la masa de este material en la mallaapropiada y regstrela, teniendo cuidado de evitar prdidas de humedad. Cuando se requiera,efectu las correcciones apropiadas para el material de mayor tamao utilizando la practica ASTMD4718.

Mezcle el material cuidadosamente y o tenga un espcimen representativo para determinar elcontenido de hmedo o, en todo caso, utilice una muestra completa.

Determine el contenido de humedad de acuerdo al mtodo de ensayo MTC E 108.Los especmenes para el contenido de humedad deben ser lo suficientemente grandes y

seleccionados de tal manera que representen todo el material obtenido del orificio de prueba. Lamasa mnima de la muestra para determinar el contenido de agua es aquella que se requiere paradar valores del contenido de humedad exactos al 1%.

8. CALCULOS:

Los clculos mostrados son en gramos para la masa y en centmetros cbicos para el volumen. Sepermite otras unidades siempre y cuando cuenten con los factores apropiados de conversin; estoes para mantener cuidadosamente la consistencia de las unidades de clculo.

8.1.Densidad de la arena calibrada:

arena = Warena/ VbriquetaDENSIDAD DE LA ARENA CALIBRADA

PESO DE LA ARENA CALIBRADA 5.198

VOLUMEN DE LA BRIQUETA DIAMETRO 40 cm

ALTURA 16.5 cm

VOLUMEN 1295.9 cm

DENSIDAD DE LA ARENA

CALIBRADA

1.571 N kg /m3

8.2.Calcule el volumen del orificio de prueba de la siguiente manera:


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V = volumen del orificio de prueba, cm3

M1 = masa de la arena utilizada para llenar el orificio de prueba, embudo y plato de base, g.

M2 = masa de la arena utilizada para llenar el embudo y plato de base, g.

1 = densidad del volumen de la arena

VOLUMEN DE ORIFICIO DE LA PRUEBA

PESO APARATO + ARENA 6.225

PESO APARATO + ARENA

RESTANTE

1.34

PESO DE ARENA EN CAVIDAD,

PLATO Y EMBUDO

4.883

PESO DE APARATO 0.690

PESO DE ARENA EN CAVIDAD 4.193

DENSIDAD DE LA ARENA 1.571

VOLUMEN DE LA CAVIDAD 2.669

8.3.Calcule la masa seca del material extrado del orificio de prueba:

W = contenido de humedad del material extrado del orificio

M3 = masa hmeda del material del hueco del ensayo, g.

M4 = masa seca del material del hueco de ensayo, g.

HUMEDAD


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PESO TARA 0.045

PESO HUMEDO + TARA 0.444

PESO SECO + TARA 0.435

PESO AGUA 0.009

PESO SECO 0.39

HUMEDAD 2.308

8.4.Calcule la densidad hmeda y seca in-situ del material ensayado de la siguientemanera:

m = M3/ V

d = M4/ V

m = densidad hmeda del material probado, o su peso unitario hmedo , en g/cm3

d = densidad seca del material probado, o su peso unitario seco , en g/cm3

DENSIDAD HUMEDA Y DENSIDAD SECA

PESO MUESTRA HUMEDA +

RECIPIENTE

0.409

PESO RECIPIENTE 6.847

PESO MUESTRA HUMEDA 6.438

DENSIDAD HUMEDA 2.412

DENSIDAD SECA 2.358

9. CONCLUSIONES:

De acuerdo al ensayo realizado, se determin que:

- La densidad seca de campo es : 2.358- La densidad hmeda de campo es: 2.412- El contenido de humedad es de: 2.308


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La cada de la arena se hizo por cada libre, ya que ningn efecto vibratorio debe afectar elensayo, ya que la densidad de campo a obtener variara, y esto no ser til, para la labor arealizar

La densidad de la arena calibrada cumple con la norma que nos indica que esta debe estarentre 1.4 y 1.6. la densidad de la arena calibrada que obtuvimos fue de 1.571

10.BIBLIOGRAFIA:

Das, Braja M. (2001), Fundamentos de Ingeniera Geotcnica, Thomson Learning. Das, Braja M. (2001), Principios de Ingeniera de Cimentaciones, International Thomson

Editores.

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