OBJETIVO

Determinar experimentalmente el estado de compacidad natural de un deposito de suelo granular,empleando para ello la vibracion mecanica para reducr los vacios del suelo conociendo su densidad y humedad obtenidos en el campo o insitu.

Con los valores obtenidos hallar la densidad relativa de la muestra del suelo.

FUNDAMENTO TEÓRICO

GENERALIDADES

La Densidad Relativa es una propiedad índice de los suelos y se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi exclusivamente partículas mayores que 0.074 mm. (malla # 200).

La densidad relativa es una manera de indicar el grado de compactación de un suelo y se puede emplear tanto para suelos granulares naturales como para rellenos compactados de estos suelos. Para estos últimos se especifican las densidades de los rellenos a las que ellos deben ser compactados en términos de densidad relativa.

El uso de la densidad relativa en geotecnia es importante debido a la correlación directa que ella tiene con otros parámetros de los suelos de importancia en la ingeniería, tales como el ángulo de roce interno, la resistencia a la penetración (N de golpes de cuchara normal), etc. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en la densidad relativa.

Conceptualmente, la densidad relativa indica el estado de compacidad de cualquier tipo de suelo. Sin embargo, y de acuerdo a cómo se determina el valor de la densidad relativa, surgen dificultades para suelos granulares con bolones. Para los suelos finos, la densidad relativa no tiene interés ya que los procedimientos de vibración utilizados para obtener la densidad máxima – referente de la densidad relativa – no son efectivos en estos suelos, para los cuales el ensayo de compactación será el utilizado en la especificación de los rellenos.

Hay que hacer notar que los suelos granulares no permiten la obtención de muestras no perturbadas – a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales como el congelamiento - por lo que algunas propiedades ingenieriles de estos suelos resultan difíciles de obtener en forma directa. De ahí que para ellos la densidad relativa adquiera tanta importancia. No ocurre lo mismo en suelos finos donde las muestras naturales pueden ser en la mayor parte de los casos directamente ensayadas en laboratorio para obtener propiedades ingenieriles.

La densidad relativa tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de roce interno y la

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resistencia a la penetración de cuchara normal. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en la densidad relativa. Existen sin embargo dificultades para determinar la densidad relativa en suelos granulares de grandes tamaños.

Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, la densidad relativa adquiere importancia porque permitiría reproducir esta condición de estado en el laboratorio

La densidad relativa, expresada en porcentaje, es el grado de compacidad de un suelo referido a sus estados más suelto y más denso, los que se obtienen siguiendo los procedimientos de laboratorio que se indican más adelante. Se expresa a través de la siguiente fórmula:

Dónde: e: índice de huecos

VV: Volumen de vacíos

VS: Volumen de sólidos

Debido a que el parámetro de estado que se determina en terreno es la densidad húmeda, γh, y a través de ella, la densidad seca, γd, la misma fórmula conviene expresarla en función de las densidades secas de los distintos estados, como se presenta a continuación:

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Debe observarse que a γd max corresponde emin y que a γd min corresponde emax.

De la definición se desprende que la densidad relativa varía entre 0% (cuando e=emax ó γd=γdmin) y 100% (cuando e=emin ó γd=γdmáx).

El cálculo de la densidad relativa de un suelo natural o relleno artificial requiere, de acuerdo a la fórmula, de las siguientes determinaciones:

a) Densidad seca del suelo in situ que puede ser de un suelo natural o de un material de relleno que está siendo compactado; la dificultad en la determinación de la densidad seca reside en la determinación del volumen ocupado por el suelo in situ, para lo cual existen diversos métodos; entre ellos, el método del cono de arena que es el de uso más frecuente y que corresponde a una determinación de la densidad realizada en terreno.

b) Densidad máxima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio; el procedimiento más utilizado es el método de mesa vibradora que tiene dos variantes:

Método seco y húmedo; por razones de tiempo, usaremos un método seco basado en el método japonés.

c) Densidad mínima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio.

DENSIDAD MÁXIMA Y MÍNIMA

Su finalidad es determinar las densidades secas máxima y mínima de suelos no

cohesivos, no cementados, de tamaño máximo nominal hasta 80 mm., que contengan

hasta un 12% en masa de partículas menores que 0,08 mm. y un IP igual o menor que 5.

El método se aplica ya que en esta clase de suelos, estén secos o

saturados, la compactación por impacto no produce una curva bien

definida de relación humedad-densidad.

Karl Terzaghi expresó el grado de compacidad de estos suelos en términos de la densidad

relativa también denominado índice de densidad (ID), la cual se encuentra en función de

las densidades máxima y mínima obtenidas en laboratorio.

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EQUIPOS UTILIZDOS

- Máquina de Corte

- Anillo de Carga

- Dos Extensómetro

- Pórticos y Set Pesas

- Instrumentos y herramientas de laboratorio

- Cronometro

- Vernier

- Balanza

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- Mesa Vibratoria

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Molde

Sobre Carga de 24.5Kg

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-

PROCEDIMIENTO

Se debe preparar la cantidad suficiente de masa de suelo representativo para dos especimenes o pruebas.

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El molde metálico deberá ser calibrado en su peso y volumen, para ello se utilizara un vernier que defina el dimensionamiento del cilindro toman las medidas 3 veces con las cuales sacaremos un promedio.

Con la masa del primer espécimen se procede a llenar el volumen del molde, para ello se procura el acomodo por gravedad de la masa de suelo sin producir vibración alguna hasta formar un cerrito de suelo y luego enrazar en forma de zigzag con un pavilo. Registrándose el peso en la balanza de gramos.

El conjunto, molde y suelo, se ensambla en la mesa vibratoria adicionando la placa de nivelación, el collarín y la sobrecarga correspondiente.

Se procede a la vibración del molde a la frecuencia indicada y durante un periodo mínimo de 5 min., produciéndose la densificación del suelo granular, la cual deberá ser medida con la asistencia del vernier.

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CALCULOS Y RESULTADOS

DATOSUnidad

Peso del molde (W) 8554 grAltura 1 (h) 15.54 cm

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Altura 2 (h) 15.52 cmAltura 3 (h) 15.55 cmDiámetro 1 (D) 15.22 cmDiámetro 2 (D) 15.16 cmDiámetro 3 (D) 15.23 cm

De la GravaUnidad

Densidad (γ) 1.89 gr/ccHumedad (w) 2.00 %Gravedad específica (Gs) 2.80

(1era muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Peso del molde + grava 13504 grAltura antes de la vibración:Altura 1 5.26 cmAltura 2 5.18 cmAltura 3 5.21 cmAltura después de la vibración:Altura 1 7.57 cmAltura 2 7.54 cmAltura 3 7.66 cm

(2da muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Peso del molde + grava 13286 grAltura antes de la vibración:

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Altura 1 5.42 cmAltura 2 5.53 cmAltura 3 5.47 cmAltura después de la vibración:Altura 1 7.56 cmAltura 2 7.80 cmAltura 3 7.73 cm

Del Molde de VolumenUnidad

Peso del molde 8554 grAltura promedio del molde (h) 15.54 cmDiámetro promedio del molde (D) 15.20 cmÁrea del molde (A) 181.54 cm2Volumen del molde (V) 2820.50 cc

(1era muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Peso del molde + grava 4950 grAltura promedio antes de la vibración (hi) 5.22 cmAltura promedio después de la vibración (hf) 7.59 cmDiferencia de alturas (∆h) 2.37 cmVolumen de la grava (Vm) 2390 cc Peso seco (Ws) 4853 grDensidad seca (γd) 1.85 gr/ccDensidad seca mínima (γd mín) 1.72 gr/ccDensidad seca máxima (γd máx) 2.03 gr/cc Compacidad Relativa (Cr) 47 % (Media)

(2da muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Peso del molde + grava 4732 grAltura promedio antes de la vibración (hi) 5.47 cmAltura promedio después de la vibración (hf) 7.70 cmDiferencia de alturas (∆h) 2.22 cm

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Volumen de la grava (Vm) 2417 cc Peso seco (Ws) 4639 gr

Densidad seca (γd) 1.85 gr/cc

Densidad seca mínima (γd mín) 1.64 gr/cc

Densidad seca máxima (γd máx) 1.92 gr/cc

Compacidad Relativa (Cr) 78 % (Densa)

(1era muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Relación de vacíos (e) 0.51 Relación de vacíos mínimos (e mín) 0.38 Relación de vacíos máximos (e máx) 0.63 Compasidad Relativa (Cr) 47 % (Media)

(2da muestra) Del Molde de Volumen + GravaUnidad

Relación de vacíos (e) 0.51 Relación de vacíos mínimos (e mín) 0.46 Relación de vacíos máximos (e máx) 0.70 Compacidad Relativa (Cr) 78 % (Densa)

Promedio (Cr) 62.62 % (Media)

CONCLUSIONES

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El ensayo de densidad relativa cumplió a cabalidad los objetivos propuestos al inicio de la práctica, se logró determinar el porcentaje de densidad relativa de la muestra de suelo con un 47% para la primera muestra y 78% para la segunda muestra. De las cuales el promedio es de 62.62%. Con lo cual diremos que se encuentra en un estado medianamente denso.

Con lo que podemos decir gracias a la teoría de clase que el suelo

presentará una falla local por corte. Para hallar el asentamiento podemos aplicar Vesic 1973 y

determinaremos Df /B* en el caso de ser una cementación rectangular.

Se obtuvieron las siguientes densidades secas mínimas y máximas promedio de los 2 especímenes de cada muestra.

Densidad seca mínima prom (γd mín)(gr/cm3) 1.68

Densidad seca máxima prom (γd máx)(gr/cm3) 1.98

Se entiende que la densidad del suelo es una de las propiedades necesarias y fundamentales a tomar en cuenta a la hora trabajar un suelo, ya que esta influye en la estabilidad, permeabilidad, resistencia y otras propiedades mecánicas del terreno. De esto se desprende y concluye que obtener las densidades mínimas y máximas, permiten tener un rango trabajo para comprobar si la compactación en las faenas se están realizando de buena o mala manera. Se concluye que la densidad mínima encontrada, depende de la buena ejecución del ensayo, de detalles como que la caída de la muestra sea la menor posible o que la mesa no sufra vibraciones, para así eliminar toda posibilidad de compactación. Y en el caso de la densidad máxima, detalles como la buena posición del molde o la duración del proceso de vibración.

Se recomienda hacerse con especial cuidado la toma de datos, al igual que el uso de la mesa vibratoria. La ventaja de este tipo de ensayo es la simplicidad y velocidad de avance para la muestra utilizada.

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BIBLIOGRAFIA

Mecánica de Suelos Tomo 1. Fundamentos de la Mecánica de Suelos.

Juárez Badillo- Rico Rodríguez.

Crespo Villalaz. Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Edit. Limusa.

Año 2004.Pags.:163-..-168

Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das.

Teoría de la clase de suelos II.

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