Universidad del Bío-BíoDepartamento Ingeniería Civil

Mecánica de Suelos I450004

Laboratorio N°3

Densidad in situ

Autores:Hernán J. Gallardo ToledoRodrigo A. Gómez Núñez

Revisores:Profesor Teoría: Marcelo González

Profesor Laboratorio: Miguel Orellana

Fecha:Concepción, 26 de Octubre de 2010

Mecánica de Suelos I______________________________________________________________________

Índice

1. Introducción.............................................................................................................................22. Objetivos...................................................................................................................................33. Metodología.............................................................................................................................34. Análisis y resultados.................................................................................................................8

Tabla de resultados................................................................................................................85. Conclusión................................................................................................................................96. Bibliografía..............................................................................................................................10

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1. Introducción.

El suelo, presenta muchas propiedades, una de ellas es la densidad. Ésta influye de gran manera en el comportamiento de este suelo, por ello es de gran importancia conocerla y saber utilizarla.

En la experiencia de laboratorio, tuvimos la oportunidad de realizar un ensayo que nos da con gran exactitud el valor de la densidad del suelo, éste es conocido como “Ensayo cono de arena”, relacionando parámetros de masa y volumen, permitiéndonos conocer el grado de compactación del suelo, se hace referencia también al ensayo con “densímetro nuclear”.

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2. Objetivos.

Determinar la densidad in-situ de una muestra de suelo aplicando Ensayo Cono de Arena.

Conocer el funcionamiento y operación de un Densímetro Nuclear.

Comparar la compactación obtenida por el ensayo de Cono de Arena con un valor referencial de Proctor.

Conocer las normativas asociadas a cada método con sus respectivas especificaciones.

Determinar cuáles son los costos de los ensayos practicados y sus ventajas y limitaciones.

3. Metodología.

Materiales a emplear en el ensayo del cono de arena.

Aparato de densidad: Consiste en un sistema con una válvula cilíndrica de 12.5 [mm] de abertura con un extremo terminado en embudo y el otro acoplado a la boca de un recipiente plástico de aproximadamente 4 litros de capacidad.

Arena de ensayo: Debe ser arena sana, no cementada y de forma redondeada comprendida entre 1 y 2 [mm]. Se debe procurar lavarla y secarla a 110˚C.

Depósito para calibración: Es un depósito de forma cilíndrica y con una capacidad volumétrica de 2 a 3 litros.

Balanza

Envases

Herramientas: Picota, pala, chuzo, termómetro, placa de vidrio para calibrar el depósito, cinta métrica.

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Procedimiento para el ensayo del cono de arena

1.- Lo primero es determinar la capacidad volumétrica del depósito. Para determinar el volumen que tiene la perforación en el suelo se hace por vaciado utilizando la arena normalizada, por ello se debe determinar el volumen del recipiente que contiene la arena normalizada. El volumen se obtiene poniendo el depósito en forma horizontal sobre una superficie firme, para luego llenar con agua a temperatura ambiente procurando eliminar el exceso de agua y burbujas de aire con un enrasado de una placa de vidrio. Luego se registra la masa de agua que llena el depósito y se mide la temperatura del agua, de esta manera se obtiene la densidad a través de una tabla donde se relaciona dichas variables. Teniendo la masa y la densidad, es posible calcular el volumen de capacidad del recipiente.

Donde: mω: Masa del depósito de agua que llena el depósito ρω: Densidad del agua según su temperatura

2.- También es necesario calcular la densidad aparente del ensayo. Una vez que el depósito se encuentra sobre una base firme y horizontal, se debe montar sobre él la placa base y asentar el aparato boca abajo sobre la placa procurando que la operación sea similar a la que se va a realizar en terreno. Posteriormente se debe abrir la válvula de manera que la arena fluya hasta que llene o sobrepase el borde de medida para luego enrasar y registrar la masa de arena que llena la medida. Este procedimiento debe repetirse al menos 5 veces registrando el promedio de densidades obtenidas entre ellas evitando realizarlo en periodos o lapsos de tiempos muy prolongados ya que los datos pueden verse afectados debido a las condiciones de ambiente.

De esta manera puede obtenerse la densidad de la arena a través de la siguiente expresión.

Donde: ρα: Densidad aparente de la arena de ensayo ma: Masa de arena que llena la medida

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3.- Luego se debe determinar la masa de arena que llena el embudo. Para esto se llena el aparato de densidad con arena para registrar su masa procurando poner el elemento sobre la placa en una superficie firme y horizontal. Luego, se debe abrir la válvula para el paso de la arena hasta que ésta llene el embudo permitiendo calcular la masa de él en función de la perdida al vaciarse.

Donde: me: Pérdida de masa. mi: Masa de arena inicial que llena el aparato de densidad. mf: Masa del aparato más la arena remanente.

4.- Para determinar el volumen de la perforación del terreno se debe preparar la superficie de la localización a ensayar de modo que quede plana, horizontal, limpia y nivelada para poner la placa sobre la base como.

Posteriormente se debe estacar bajo la superficie delimitada por la placa con la herramienta adecuada según el tipo de suelo, teniendo el cuidado de no alterar las paredes del suelo. El material extraído debe depositarse en un envase tapado o bolsas de modo que la muestra no se contamine ni presente pérdidas de masa.

5.-Una vez realizado el procedimiento de excavación del suelo se debe registrar la masa del aparato de densidad con el total de arena aproximando a un gramo.

El aparato a continuación debe ponerse boca abajo sobre la placa para que finalmente se pueda proceder a abrir la válvula de paso, de manera que la arena normalizada comience a fluir y depositarse sobre la perforación realizada en el terreno hasta que el nivel sobrepase la superficie de la placa.

Para efectos de cálculo para determinar la pérdida de masa, se debe registrar la masa del aparato más la masa de arena remanente, lo que queda expresado bajo la siguiente expresión:

Donde: ma: Pérdida de masa como masa de la arena empleada. mi: Masa aparato de densidad con el total de arena mf: Masa del aparato más la arena remanente.

6.- Inmediatamente de extraído el total del material excavado de la perforación de ensayo se debe determinar y registrar la masa húmeda, mezclando completamente manteniéndolo en un envase protegido. Posteriormente, se debe extraer una muestra del material húmedo y determinar la humedad en el laboratorio según las especificaciones del la norma Nch 1515.

Formulas para determinar valores en ensayo cono de arena

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Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo

Donde ms: Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo en gramos mh: Masa Húmeda del material extraído de la perforación de ensayo en gramos ω: Humedad del suelo

Volumen de perforación de ensayo

Donde: Vs: volumen de perforación de ensayo en [cm³] ma: Masa de la arena empleada en el ensayo en [g] me: Masa de la arena que llena el embudo en [g] ρa: Densidad aparente de la arena en [g/cm³]

Densidad del suelo.

Donde: ρd: Densidad del suelo seco en [g/cm³] ms: Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo en [g] Vs: Volumen de la perforación de ensayo en [cm³]

Densidad del suelo húmedo.

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Donde: ρd: Densidad del suelo húmedo en [g/cm³] ms: Masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo en [g] Vs: Volumen de la perforación de ensayo en [cm³]

Porcentaje de comparación

.

4. Análisis y resultados.

Tabla de resultados

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Densidad aparente de la arena normalizada (gr/ cm³) 1.4786

Masa suelo húmedo (gr) 2862

Masa arena total (gr) 7911

Masa arena remanente (gr) 4289

Masa arena embudo (gr) 1748

Volumen excavación (cm³) 1275

Densidad húmeda del suelo (gr/ cm³) 2.24

Densidad seca del Suelo (gr/cm³) 2.17

Humedad suelo (%) 0.048

Densidad máx. compactación seca(Proctor) (gr/cm³) 2.25

Grado real compactación (%) 96.4

5. Conclusión.

Pudimos conocer dos tipos de ensayos para la obtención de densidad in-situ. El primero fue el ensayo del cono de arena, el cual debe tener un adecuado manejo, según la norma para obtener resultados correctos. Hay que tener consideraciones como la muestra de arena de ensayo, que esta sea uniforme y limpia.

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Dentro de las desventajas que presenta este ensayo está la de que por vibraciones presentes en alrededores (paso de camiones, rodillos, etc.) se altere el valor de la densidad tomada. Por esto, hay que tener la precaución de realizar este ensayo en condiciones libres de vibraciones que afecten la calibración del equipo.

El costo del ensayo del cono de arena es de $10.000 por muestra.

Lo segundo fue conocer las características y funcionamiento del densímetro nuclear del cual sólo conocimos su funcionamiento enseñado por el laboratorista, sin experiencia de emplearlo en ensayos de laboratorio. Este equipo brinda ahorro de tiempo en la toma de datos y es más fácil de emplear, pero las desventajas que presenta son su alto costo como equipo y la precaución de utilizarlo solo cuando se tiene certeza del tipo de suelo al cual se le está tomando la densidad, ya que al hacerlo en un suelo que no es preparado, se corre el riesgo que el densímetro nuclear tome muestras de suelo no representativas y según estas arroje densidades que no corresponden al suelo estudiado.

De los resultados obtenidos por el ensayo del cono de arena, obtuvimos el grado real de compactación fue de un 96%, el cual está en el rango óptimo de 95% a 100%, esto indica que la muestra analizada esta en su compactación optima, lo cual indica que la humedad presente en la muestra de suelo es la optima para alcanzar una compactación adecuada.

6. Bibliografía.

Nch. 1517 of. 1979, INN Chile Nch.1516 lnv 62, INN Chile

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Mecánica de suelos, Conceptos básicos y fundamentales.

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