I. INTRODUCCIÓN

El hecho de que para medir la resistencia, compresibilidad, permeabilidad y el resto de las

propiedades relevantes de los suelos requiera pruebas especializadas, que requieren

laboratorios con un cierto equipo y largo tiempo de ejecución para controlar un proceso de

compactación de manera normal, nos lleva a buscar alguna característica del suelo compactado

que de alguna forma nos dé una idea sobre dichas con suficiente confiabilidad y que además se

pueda conocer de manera rápida, concluyéndose que la característica buscada era el peso

volumétrico seco, el cual varía cuando varía el volumen de suelo (Rico y Castillo, 1992).

Con la prueba de peso volumétrico seco se redujo el tiempo de espera de resultados para el

contratista, de manera que las pruebas pueden ser llevadas a cabo en campo y obtener

resultados en el mismo día, facilitando la ejecución de compactación en área de trabajo (Rico y

Castillo, 1992).

II. OBJETIVO

Conocer los métodos que existen para la obtención de pesos volumétricos de suelo en las

pruebas de compactación así como aplicar algunos de estos métodos para obtener el Grado ce

Compactación (Gc) con fines ilustrativos.

III. REVISIÓN DE LITERATURA

1. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE PESOS VOLUMÉTRICOS

Existe gran diversidad de métodos para la obtención del peso volumétrico en campo, los cuales

en determinado momento deberán adaptarse al tipo de material y a las condiciones en que

éste se encuentre. La determinación del peso específico o volumétrico en el lugar, consiste

esencialmente en hacer una excavación en el sitio de prueba elegido, pesar el material extraído

y relacionar este peso con el volumen del sondeo.

Los ensayos para determinar los pesos volumétricos del suelo seco In – Situ se pueden resumir

en:

1

Densidad del suelo por el Cono de Arena (ASTM D 1556).

Densidad y peso unitario por el Globo de Hule (ASTM – 2167).

Densímetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).

Método de la probeta.

1.1 MÉTODO DE LA PROBETA

Éste método consiste en utilizar una probeta de 1000 ml de volumen, la cual se va a llenar de

arena de graduación 20 – 30 hasta los 1000 ml, pero debemos tener cuidado al verter la arena

en la probeta, ya que no debemos de agitarla ni moverla bruscamente, ya que se puede

compactar y el volumen que midamos no sería el correcto; por ello, la arena es vertida sobre la

probeta de forma suave, y cuando llenamos la probeta, ésta se va girando lentamente para

hacer que la arena pierda cualquier compactación que haya ocurrido (Rico y Castillo, 1992).

Una vez que tenemos los 1000 ml de volumen de arena de Ottawa bien medida y no

compactada, procedemos a verter la arena lentamente sobre la excavación que realizamos,

hasta rellenar toda la excavación que realizamos. Después, por diferencia de volúmenes

determinamos el volumen utilizado en la excavación, y con ello determinamos el contenido de

humedad y la densidad del suelo (Rico y Castillo, 1992).

1.2 METODO DEL CONO DE ARENA

Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo compactado utilizado en la

construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Es

comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad

específica o a un porcentaje de la densidad máxima determinada por un método de ensayo

estándar (Proctor). Este método puede es usado para determinar la densidad in-situ de suelos

naturales, agregados, mezclas de suelos u otro material similar (Campos y Vásquez, 1992).

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Figura 1. Cono para la arena y sus aditamentos.

1.2.1 Condiciones en las que se puede llevar a cabo el método

El uso de este método está generalmente limitado a un suelo en una condición no saturada y

no es recomendable para suelos que son blandos o fáciles de pulverizar o que estén en una

condición de humedad tal que el agua escurra en un hueco excavado a mano. La precisión del

ensayo puede ser afectada para suelos que se deforman fácilmente o que sufran cambios

volumétricos en el hueco excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del

hueco durante la prueba (Campos y Vásquez, 1992).

Se puede usar con cualquier suelo u otro material que puede ser excavado con herramientas de

mano, siempre y cuando los vacíos o las aberturas de los poros en la masa sean lo

suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo se introduzca en los

vacíos naturales. Así mismo, el suelo ensayado deberá tener la suficiente cohesión o atracción

entre partículas para mantener estable los lados de un hueco pequeño o excavación y éste

deberá ser lo suficientemente firme para soportar las presiones pequeñas ejercidas al excavar

el hueco y colocar el aparato sobre él, sin deformarse o desplazarse (Campos y Vásquez, 1992).

1.3 DENSIDAD Y PESO UNITARIO OBTENIDOS EN EL MEDIDOR HIDRÁULICO

3

El procedimiento es similar al del método del Cono de arena; se hace un hueco de prueba y se

determinan el peso húmedo del suelo retirado del hueco y su contenido de agua. Sin embargo,

el volumen del hueco se determina introduciendo a éste un globo de hule 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: Gd = W/V, W = peso seco del suelo excavado del

hueco (k). V = volumen del hueco (m3).

Imagen 1. Equipo de globo de hule

1.4 DENSÍMETRO NUCLEAR

Los medidores nucleares para medir la densidad son ahora usados con frecuencia para

determinar el peso específico seco compactado de suelo. Los densímetros nucleares operan en

huecos taladrados o desde la superficie del terreno. El aparato mide el peso de suelo húmedo y

el peso del agua por volumen unitario de suelo, el peso específico seco de suelo compactado se

determina restando el peso del agua del peso específico húmedo del suelo.

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Imagen 2. Densímetro nuclear.

1.5 CARACTERÍSTICAS DE LA ARENA EMPLEADA EN EL MÉTODO DEL CONO Y DE LA

PROBETA.

De acuerdo a Campos y Vásquez (1992), la arena empleada en el método de la Probeta y el

método del Cono, debe cumplir con los siguientes requerimientos.

Arena, deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que discurra libremente.

Su coeficiente de uniformidad (Cu = D60/D10) debe ser menor que 2.0, un tamaño máximo de las partículas menor que 2.00 mm (malla N° 10) y menos del 3% en peso que pase los 250 μm (malla N° 60).

La graduación deberá ser determinada de acuerdo con el Método D136 Se necesita arena libre de finos y partículas de arena fina para prevenir cambios

significativos en la densidad de la masa con las alteraciones diarias en la humedad atmosférica.

La arena debe tener partículas naturales redondeadas o subredondeadas, triturada o que tenga partículas angulares pueden no tener un libre escurrimiento, por lo que esta condición puede causar una acción puente y por lo tanto imprecisión en la determinación de la densidad.

Para seleccionar la arena de una cantera potencial, se debe determinar cinco densidades de masa por separado, las cuales tienen que ser hechas para cada recipiente o saco de arena.

Es una arena aceptable si la variación entre cualquier determinación y el promedio no es mayor del 1% del promedio.

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Antes de usar la arena en las determinaciones de la densidad, ésta debe estar seca, luego dejar que tome la humedad del aire del sitio donde va a ser usada.

La arena no podrá volver a usarse si es que no se ha eliminado cualquier suelo contaminante y verificado la gradación y secado.

Los ensayos de densidad de masa deberán ser hechos en intervalos que no excedan los 14 días, siempre después de cualquier cambio significativo en la humedad atmosférica, antes de volver a usar la arena y antes de usar un nuevo material previamente aprobado.

2. EFICIENCIA DE COMPACTACIÓN EN OBRA O GRADO DE COMPACTACIÓN

La eficacia de la compactación se refiere al grado de compactación se refiere a la relación que

existe entre el peso volumétrico seco actual del suelo y el obtenido en laboratorio mediante la

prueba Proctor (comúnmente). Dicha eficiencia depende, entre otros factores, de:

• Naturaleza del suelo a compactar.

• Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de

contacto, frecuencia de vibración, etc.

• La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de

volumen durante el proceso mecánico de que se trate).

• Contenido de humedad del suelo.

• Cantidad y espesor de las capas del terraplén.

• Número de pasadas del equipo de compactación. Los métodos usados para la

compactación dependen del tipo de suelo.

Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas

vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos:

rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos (Rosetti & Begliardo, 2005).

IV. METODOLOGÍA

a) Material empleado

Barretas Probeta

Cono de metal acoplado a frasco de vidrio lleno de arena

Base metálica el cono

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Bolsas Balanza Horno

Malla No. 20 y 30 Brocha

b) Método del Cono.

Despejamos de basura o cobertura vegetal una pequeña área donde se va a poner la

base de acero del cono de arena, después se efectuó una excavación dentro de la base

de arena y el suelo obtenido se guardó en una bolsa para posteriormente pesarlo.

Posteriormente se colocó sobre esta base, el cono doble lleno en su parte superior con

arena fina de graduación 20 – 30, en este caso arena de Ottawa, previamente pesada y

calibrada con exactitud. Después se abrió la válvula y la arena fluyó hacia abajo, hasta

llenar completamente el hueco de la excavación y el cono interior. Se procedió a cerrar

la válvula, a remover el cono doble y después a pesarlo en laboratorio para conocer el

volumen de la muestra de suelo excavada, el cual se calculó a partir del volumen de

arena empleado y densidad de la misma. Se tomó una muestra de suelo aparte para

obtener un testigo del contenido de humedad.

c) Método de la Probeta:

La determinación del peso volumétrico seco con este método se llevó a cabo de la

misma forma que el método del cono, con la excepción de que en este no fue necesaria

la determinación del peso de arena empleado.

Para este método se hizo una pequeña excavación en el suelo en forma de un cubo de 5

cm aproximadamente. El suelo resultante se recolecto para posteriormente pesarlo y

obtener un testigo de humedad. Con ayuda de una probeta llena de arena, se llenó la

excavación con la arena y se registró el volumen empleado, el cual se empleó para el

cálculo de del peso volumétrico de suelo húmedo.

Una vez que se obtuvo el peso volumétrico húmedo y el testigo de humedad para cada uno de

los métodos, se procedió a calcular el peso volumétrico del suelo seco y el Grado de

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Compactación, referido a un valor de Peso Volumétrico Óptimo obtenido a partir de la prueba

Proctor.

Imagen 3-4.. Frasco de vidrio con arena y cono metálico acoplado y Medidor Hidráulico

V. RESULTADOS

En las siguientes tablas se presentan los dados correspondientes a las mediciones hechas en

laboratorio así como los valores calculados para los pesos volumétricos del suelo seco por los 2

métodos empleados.

Tabla 1. Datos referentes al método de la Probeta.

Parámetros Valor UnidadPeso Excavado 0.743 kg

Volumen Final de Arena 1000 cm3

Volumen Inicial de Arena 590 cm3

Volumen Excavado 410 cm3

%HumedadNo. Tara 1

Peso de Tara 16.41 grPeso de Tara + Suelo Húmedo 98.31 gr

Peso de Tara + Suelo Seco 81.84 grPeso del Agua 16.47 gr

%H 25.17 %Peso Volumétrico Húmedo 1812.20 kg/m3

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Peso Volumétrico Seco 1447.76 kg/m3

Tabla 2. Datos referentes al método del Cono.

Parámetros Valor UnidadProfundidad 0-30 cm

Peso de Suelo Excavado 1.723 kgPeso Inicial Frasco + Cono 7.759 kg/m3

Peso Final Frasco + Cono 4.089 kgPeso de Arena Utilizada 3.67 kgPeso de Arena en Cono 1.915 kgPeso de Arena en Pozo 1.755 kg

Peso Volumétrico de la Arena 1525 kg/m3

Volumen del Pozo 1150.82 cm3

%HumedadNo. Tara No. 10

Peso de Tara 15.9 grPeso de Tara + Suelo Húmedo 81.46 gr

Peso de Tara + Suelo Seco 70.77 grPeso de Agua 10.69 gr

%H 19.48 grPeso Volumétrico Húmedo 1497.19 kg/m3

Peso Volumétrico Seco 1253.07 kg/m3

Tabla 3. Grado de Compactación Obtenido

Peso Volumétrico

ÓptimoMétodo

Peso volumétrico

de suelo seco

Grado de

Compactación (Gc)

1609 kg/m3

Probeta 1447.76 kg/m3 89.98%

Cono 1253.07 kg/m3 77.88%

Como podemos ver, hay una diferencia notable entre los valores del peso volumétrico seco de

suelo obtenido por los 2 métodos, siendo la diferencia porcentual de 15% respecto al método

del cono. Una de las posible explicaciones a esta diferencia es el hecho de que si no se tiene

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cuidado al momento de manipular la arena, ésta puede estar expuesta a movimientos fuertes

que hacen que el volumen disminuya y consecuentemente, el peso volumétrico calculado sea

más grande al disminuir el volumen que se asocia al peso de suelo.

El inconveniente anterior se apreció en campo y por ende se sostienen que el peso volumétrico

obtenido por el método de la probeta está sobreestimado, tomando entonces como peso

volumétrico del suelo muestreado, el peso obtenido con el método de cono.

En el caso del grado de compactación referido a la prueba Proctor, podemos ver que el suelo

no tienen un grado de compactación aceptable puesto que como ya se ha mención, el resultado

obtenido con el método de la probeta difiere mucho del obtenido por medio del método del

cono, el cual, por la calibración que se hace, se considera el más preciso. Sin embargo, es

importante recalcar que el Grado de Compactación aceptable depende del uso que se le valla a

dar al material, por lo que a pesar de que el Gc sea bajo, es necesario saber en qué se va a usar

el material para dar una conclusión definitiva.

VI. CONCLUSIÓN

El Grado de Compactación (Gc) obtenido para el suelo muestreado es relativamente bajo al

usar el peso volumétrico obtenido con el método del cono (77.88%), lo cual hace que el suelo

no sea apto para ser usado en estas condiciones en alguna obra, al requerirse de un Gc de entre

90% y 95% en la mayoría de los casos.

Se considera al peso volumétrico obtenido con el método del cono como el más preciso debido

a que se trabaja con pesos y no con volúmenes de arena, además de que el método requiere de

una calibración, haciendo un poco más precisas las determinaciones.

La precisión de los resultados obtenidos por ambos métodos de fundamenta en la elección del

material adecuado para determinar los volúmenes correspondientes así como los cuidados

necesarios al momento de proceder a la manipulación del material, para de esta forma evitar

errores como los que se inducen al disminuir el volumen de la arena.

VII. LITERATURA CITADA

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Rico R. Alfonso y Castillo M. Hermilo, .IMT (Instituto Mexicano del Transporte), SCT.

Consideraciones sobre compactación de suelos en obras de infraestructura de transporte. ISSN

0188-7114. Documento Técnico No. 7

Sanfandila, Qro, 1992

Rosetti, Rubén C. & Begliardo Hugo F. GENERALIDADES SOBRE COMPACTACIÓN DE SUELOS.

Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica Nacional. Serie: Notas Técnicas NT-

003, F.R.Rafaela Bv.Roca y Artigas, Argentina, 2005.

Ing. Antonio Campos Sigüenza e Ing. Oscar Vásquez Huamaní. Seminario taller de mecánica de

suelos y exploración geotécnica. CISMID-FIC-UNI, Universidad Nacional de Ingeniería Facultad

de Ingeniería Civil. 1992.

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