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CAPITULO 8

DENSIDAD DE CAMPO (METODO DEL CONO)

INTRODUCCIÓN

La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante.

En la práctica, la compactación se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos en la construcción de terraplenes, pero también puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenieriles del material, tales como:

Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.

Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.

El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la misma.

Las relaciones típicas entre la densidad seca, el contenido de humedad y la energía de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje.

Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado.

Esta método para conocer el grado de compactación, es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado.

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OBJETIVOS

Este método de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo del aparato descrito aquí está restringido a suelos que contengan partículas no mayores de 50 mm (2") de diámetro.

Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicación al diseño o construcción.

Tomar decisiones de acuerdo a tipos de información que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se esté realizando una obra de gran magnitud.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO – M. DEL CONO DE ARENA ( ASTM D1556-64)

Una vez que se han definido los criterios de compactación - en la forma de especificaciones técnicas - para las obras en terreno, es necesario utilizar un método para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la compactación.

Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno:

Cono de arena

Balón de densidad

Densímetro nuclear

El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca.

El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metálico.

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MATERIALES

APARATO DEL CONO DE ARENA

El aparato del cono de arena consiste de un frasco de aproximadamente un galón (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación cuando este en posición completamente abierta o completamente cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas.

La Placa de Base, puede hacer más difícil la nivelación pero permite en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la pérdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base más constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo.

ARENA

La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente.

Además deberá tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina (menor que N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica.

Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como mínimo, cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al aire”, en la zona en que va a ser usada.

BALANZAS

Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de capacidad de 200g. y sensibilidad de 0.1g.

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EQUIPO PARA EL SECAMIENTO

Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad.

EQUIPO MISCELÁNEO

Cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela o cualquier otro recipiente adecuado para secar muestras; canastillas con tapas, sacos de lona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el peso unitario de la arena respectivamente, termómetro, pequeña brocha de pintura, cuaderno, etc.

MEDICION DE FRASCO DE ARENA

Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el volumen del orificio de la válvula de la siguiente manera:

VOLUMEN DEL FRASCO

Se coloca el aparato hacia arriba y se abre la válvula, llenamos el conjunto con el agua hasta la válvula, teniendo en cuenta la temperatura del agua.

Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser usada en el campo de la siguiente forma:

Se pesa el frasco con la válvula y embudo.

Colocamos el aparato vacío hacia arriba sobre una superficie firme y a nivel, se cierra la válvula y se llena el embudo con arena.

Se procede a abrir la válvula y, manteniendo el embudo con arena por lo menos hasta la mitad, llenamos el aparato. Se cierra la válvula, se saca el exceso de arena. Se pesa el aparato con arena y se determina el peso neto de la arena quitando el peso del aparato. Se determina el peso de la arena necesaria para llenar el embudo.

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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

Se determina el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente forma:

Se prepara el sitio de la superficie para ser ensayada de tal manera que quede en un plano a nivel

Se coloca la base sobre la superficie, la cual sirve como guía

Se cava el orificio del ensayo, dentro de la base, teniendo cuidado de evitar la alteración del suelo que limita al hueco.

Se coloca el aparato invertido sobre la base y se procede a abrir la válvula y se pesa

Luego se pesa el aparato con la arena restante y se determina el peso de la arena usada para el ensayo.

Pesamos el material que fue removido del hueco de ensayo

Finalmente se saca una muestra de este material para calcular la humedad.

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REGISTRO FOTOGRAFICO

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¿DE QUÉ TRATA EL ENSAYO?

Este método de ensayo se usa para determinar la densidad de los suelos compactados, utilizados para construir terraplenes, rellenos viales y rellenos estructurales. Se usa con frecuencia, como base para la aceptación de suelos compactados a una densidad especificada o un porcentaje de densidad máxima determinada por los métodos de ensayo de las normas

¿POR QUÉ ES NECESARIO?

Este ensayo es de importancia porque con el podemos determinar la densidad de los suelos compactados y es utilizado de soporte para el mejoramiento u optimización de los suelos donde se realizara una obra civil.

¿CÓMO FUNCIONA?

Este equipo es de funcionamiento mecánico, el consta de un deposito plástico, una válvula de paso y una boca en forma de cono, en el interior del depósito de plástico se encuentra contenida la arena que al abrir la válvula caerá libremente en el hueco de volumen irregular, realizado manualmente.

¿QUÉ LIMITACIONES TIENE?

Se puede decir que el uso de este método de ensayo está limitado, generalmente, a suelos en condición no saturada. No se recomienda este método para suelos blandos o friables (que se desmoronan fácilmente) o en condición tan húmeda que el agua se escurra hacia el hueco excavado para la prueba. En los suelos que se deforman fácilmente o que pueden cambiar de volumen por la vibración generada al excavar el hueco, o por pasar o caminar cerca al hueco durante el ensayo, se puede afectar la exactitud de la prueba.

¿QUÉ DEBE SABER O SER CAPAZ DE HACER EL ALUMNO AL TÉRMINO DE LA PRÁCTICA?

Al culminar el ensayo el estudiante a tenido que desarrollar sus facultades y sus conocimientos en el contexto de estudiar las densidades y la compactación de un suelo, con el fin de obtener los datos necesarios como soporte para una obra civil o un estudio de un suelo, es decir el estudiante podrá desenvolverse en el campo de las compactaciones de suelos en los estudios geotécnicos.

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FORMATO DE ENYADO DE DENSIDAD IN SITU – METODO DEL CONO DE ARENA

HOYO Nº UNID. 01 02

PROGRESIVA

LADO DE LA PISTA CONTROLADA

PROFUNDIDAD DEL HOYO DE PRUEBA cm. 15

VOLUMEN DEL HOYO :

A PESO DE LA ARENA + FRASCO gr. 8115.00 DATO

B PESO DE LA ARENA REMANENTE + FRASCO gr. 3627.00 DATO

C PESO DE LA ARENA EMPLEADA gr. 4488.00 A - B

D PESO DE LA ARENA EN EL CONO Y PLACA gr. 1677.00 DATO

E PESO DE LA ARENA EN EL HOYO gr. 2811.00 C - D

F DENSIDAD DE LA ARENA gr/cm3 1.44 DATO

G VOLUMEN DEL HOYO cm3 1950.73 E / F

DENSIDAD HUMEDA :

H PESO MUESTRA DEL HOYO + RECIP. gr. 4061.00 DATO

I PESO DEL RECIPIENTE gr. 192.00 DATO

J PESO MUESTRA EXTRAIDA DEL HOYO gr. 3869.00 H - I

K PESO DE LA PIEDRA MAYOR DE 3/4" gr. 1056.00 DATO

ZPESO ESPECIFICO PIEDRA gr/cm3 2.67 DATO

L PESO DEL MATERIAL MENOR DE 3/4" gr. 2813.00 J - K

M VOLUMEN DE LA PIEDRA MAYOR DE 3/4" cm3 395.80 K / Z

N VOL. DEL MATERIAL MENOR. DE 3/4" cm3 1554.93 G - M

ODENSIDAD HUMEDA IN SITU gr/cm3 1.81 L / N

CONTENIDO DE HUMEDAD :

P PESO DE LA MUESTRA HUMEDA + TARRO gr. 166.00 D

Q PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO gr. 159.50 D

R PESO DEL AGUA gr. 6.50 P - Q

S PESO DEL TARRO gr. 24.53 D

TPESO DE LA MUESTRA SECA gr. 134.97 Q - S

U PORCENT. DE HUMED. DE MUESTRA % 4.82 (R / T ) * 100PORCENTAJE DE COMPACTACION :

V DENSIDAD SECA IN SITU gr/cm3 1.73 O / 1 + (U / 100 )

W MAX. DENSID SECA DE PROCTOR MODIFICADO gr/cm3 2.03 DATO

W % DE COMPACTACION % 84.94 ( V / W ) / 100

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