INTRODUCCION:

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 o denominado también como la compacidad relativa 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 o ángulo de fricción interna, 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 respectivamente.

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.

OBJETIVOS:

Generales:

Se pueden establecer como objetivos generales:

Establecer mediante cálculos la densidad relativa o Compacidad Relativa del suelo ensayado dada en porcentaje correspondientemente.

Determinar experimentalmente el estado de densidad de un suelo no cohesivo con respecto a sus densidades máximas y mínimas.

Conocer el método empleado; para determinar el valor de las densidades máximas y mínimas del suelo en estad seco.

Poder conocer la densidad máxima del suelo que se da, cuando su relación de vacíos es mínima y está en su estado compactado.

Determinar la densidad mínima de este mismo suelo, que se obtiene cuando su relación de vacíos es máxima y el suelo se encuentra en estado suelto.

Específicos:

Podemos mencionar los siguientes:

o Conocer los materiales y herramientas para llevar a cabo el presente ensayo.

o Verificar el procedimiento a seguir paso a paso, para obtener resultados óptimos, y así establecer el grado de compactación del suelo ensayado.

PROCEDIMIENTO:

MEMORIA DE CÁLCULO

1. DENSIDAD MÁXIMA, MÍNIMA Y RELATIVA

Normativas aplicables

ASTM D4253-00, Determinación del índice de densidad máxima y peso unitario de suelos mediante el uso de mesa vibradora electromagnética.

NTP 339.137

ASTM D4254-00, Determinación de densidad mínima y peso unitario y cálculo de la densidad relativa.

NTP 339.138

Densidad RelativaDebe ser usada únicamente por el control de relleno granulares de acuerdo a la RNE.

Descripción muestra Muestra de suelo en estado seco, sin cohesión y de drenaje libre.

Procedimiento de la Determinación de Mínima Densidad

Determinación de la densidad mínima. Se selecciona el molde, aparato de llenado y el peso de la muestra, según el tamaño máximo de partículas del suelo, de acuerdo a la tabla de la figura 2.17. Y se seca la muestra en horno hasta obtener pesadas consecutivas constantes.

Se pesa el molde a utilizar (Mm) y se verifica su volumen (Vm).

Se coloca este sobre una superficie firme, plana y horizontal y se

procede a depositar sin altura de caída, el suelo seco y homogenizado según el tamaño máximo nominal de partículas, evitando golpear o vibrar el molde.

Tamaño máximo nominal de partículas(Dn) mm

Tamaño mínimo de la muestra de

ensayo(kg)

Aparato de llenado para determinar

densidad mínimaCapacidad del molde en litros

80 45 Pala o poruña 14.2

40 10 Poruña 2.8

20 10 Poruña 2.8

10 10 Embudo de 25 mm 2.8

5 10 Embudo de 12.5 mm 2.8

(Figura 2.17. Tamaño de la muestra, selección del aparato de llenado yCapacidad del molde según el tamaño máximo del suelo.)

Si el tamaño máximo nominal es menor o igual a 10 mm, se coloca el material dentro del molde tan suelto como sea posible, vaciándolo a flujo constante y ajustando la altura de descarga de modo que la caída libre sea desde una altura de 25 mm o 2.5 cm

Simultáneamente, mover el embudo en forma de espiral, desde la pared del molde hacia el centro con el objetivo de ir formando una capa de espesor uniforme.

Si el tamaño máximo nominal es mayor a 10 mm, se coloca el material dentro del molde de modo que se deslice en vez de caer sobre el fondo.

Sujetar con la mano las partículas mayores para impedir que rueden hacia afuera, llenando hasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde.

Finalmente, se enrasa el material excedente y se pesa el molde más el suelo que contiene (W1).

Datos del molde de ensayo:

Volumen del molde (Vm).

Masa del molde (Mm).

1.0Cálculo de la Densidad Mínima, como:

- Vm = 2835 cm3

- Masa del molde, Mm = 6022 g

Masa (gr)Masa molde

(g) V (cm3)ɣ

min

M1 10330 6022 2835 1,52

M2 10418 6022 2835 1,55

M3 10278 6022 2835 1,50

M4 10387 6022 2835 1,54

M5 10332 6022 2835 1,52

M6 10336 6022 2835 1,52

Según norma se debe seleccionar la densidad más baja obtenida,por ende la densidad mínima del suelo ensayado es de:

γmin=1,500( grcm 3 )1.1.Cálculo de la Densidad Máxima:

1.1.1. Cálculo del volumen de la muestra, posterior al ensayo:

V v=Ac∗h (cm3)Dónde:

- Vv = Volumen Descendido- Ac = Área de la sección transversal del molde- h = Se calcula según:

a) h= e + x (caso de este ensayo)b) h= e – x

- x = Promedio de 6 lecturas del descenso de la placa base- e = Espesor de la placa base

1.1.2. Cálculo del Volumen Compactado, de acuerdo a la siguiente ecuación:

V c=V−V v (cm3)

Dónde:

- Vc = Volumen Compactado- V = Volumen del molde- Vv = Volumen descendido

1.1.3. La Densidad Máxima (γ máxima) se calcula mediante la siguiente expresión:

γmáx=masadesuelo compacto

V c( grcm3

)

1.2.Cálculo de la Densidad Mínima, como:

γmin=masadesuelo suelt o

V( grcm3

)

Dónde:

- γmin = Densidad mínima - V = Volumen del molde

1.3.Cálculo de la Densidad Relativa, como

DR=γmáx.(γ d−γmin.)γd (γmáx−γmin)

∗100( grcm 3

)

Dónde:

- DR = Densidad Relativa- γmáx = Densidad máxima

- γ d = Densidad seca in situ del suelo

- γmin = Densidad mínima

DESARROLLO

1.1.Cálculo de la Densidad Máxima:

1.1.1. Cálculo del Volumen Descendido

Lecturas x1 x2 x3 x4 x5 x6 x

cm0,74

0,63

0,94

1,04

0,89

1,00 0,873

- x = 0,873 cm- e = 1,505 cm

h=1,505+0,873=2,378cm

- Ac = 182,41 cm2

V v=182,41cm2∗2,378cm

V v=433,771(cm3)

1.1.2. Cálculo del Volumen Compactado.

- V = 2835 cm3- Vv = 433,771 cm3

V c=2835cm 3−433,771cm3

V c=2401,23cm3

1.1.3. La Densidad Máxima (γ máxima) se calcula como:

- Masa suelo compacto = 10253 gr- Masa del molde = 6022 gr- V c = 2401,23 cm3

γmáx=(10253−6022)2401,23

( grcm3

)

γmáx=1,762grcm 3

1.3.Cálculo de la Densidad Relativa.

- γmáx = 1,762grcm 3

- γ d = 1,590grcm3

- γmin = 1,500(grcm 3

)

DR=1,762(1,590−1,500)1,590(1,762−1,500)

∗100 ( grcm3

)

DR=38,07%

Compacidad Relativa % Descripción de depósitos de suelos0 - 15 Muy suelto

15 - 50 Suelto50 - 70 Medio70 - 85 Denso

85 - 100 Muy denso

(Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica - Braja M. Das)

De acuerdo con la Compacidad Relativa Hallada o Flojedad se puede establecer que el suelo ensayado pertenece a un depósito de suelo suelto con una Densidad Relativa de 38.07 %

INTERPRETACION DE RESULTADOS

En primera instancia se debe señalar que la mínima densidad encontrada como consecuencia del resultado del ensayo realizado, nos da a entender que este valor corresponde al “índice máximo de huecos”. En consecuencia se puede decir que es el Valor de densidad obtenido de acuerdo a un procedimiento normalizado, que representa el estado más suelto posible de un suelo granular limpio.

La máxima densidad determinada es valor de densidad obtenido de acuerdo a un procedimiento normalizado pre-establecido, que representa el estado más denso posible de un suelo granular limpio.

La Densidad Relativa indica el grado de compactación del material para suelos naturales o compactos.Por consiguiente se puede decir que la Densidad Relativa es el grado de compacidad de un suelo con respecto a los estados más sueltos y más densos obtenidos mediante los procedimientos de laboratorio descritos en este método realizado.

El termino Compacidad Relativa es comúnmente usado para indicar la compacidad o flojedad in situ del suelo granular. Los valores de la Compacidad Relativa varían de un mínimo de 0% para suelos muy sueltos a un máximo de 100% para suelo muy denso. Los ingenieros de suelos describen cualitativamente los depósitos de suelo granular de acuerdo con sus compacidades relativas.

APLICACIÓN A LA INGENIERIA CIVIL

Según el RNE (Reglamento Nacional de Edificaciones), el ensayo de Densidad relativa es aplicable únicamente por el control de relleno granulares, es decir que lo podemos aplicar en el siguiente tipo de estructuras:

MUROS DE CONTENCION (PRESIONES LATERALES SOBRE MUROS DE RETENCIÓN)

Las presiones reales que se presentan detrás de los muros de retención son muy difíciles de estimar, debido al gran número de variantes implicadas. Entre éstas se cuentan: los tipos de materiales de relleno, su compactación y grado de humedad; los tipos de materiales debajo de las zapatas, la presencia o ausencia de sobrecarga en el relleno y otras más. Como resultado, la estimación detallada de las fuerzas laterales aplicadas a los muros de retención es claramente un problema teórico de la mecánica de suelos. Por esta razón, el análisis que sigue se limita a un pequeño grupo de casos posibles.Si un muro de retención se construye contra una cara sólida de roca, no habrá presión sobre el muro por parte de la roca. Pero si el muro se construye para retener una masa de agua, actúan sobre él presiones hidrostáticas. En cualquier punto, la presión (p) es igual a wh, donde w es el peso unitario del agua y h la distancia vertical de la superficie libre del agua al punto considerado.

(Fuente: Diseño de Concreto reforzado Jack C. McCormac – Russell H. Brown)

(Fuente: Diseño de Concreto reforzado Jack C. McCormac – Russell H. Brown)

Base compactada y sub-bases para carreteras:

Cuando se llevan a cabo movimientos de tierras para la construcción de carreteras o vías férreas, se construyen bases, su-bases y presas y se preparan explanaciones, es necesario compactar mecánicamente el material para conferirle un elevado grado de densidad.

Este procedimiento incrementa la resistencia al corte, disminuye la permeabilidad y la absorción de agua y reduce la tendencia al asentamiento con la exposición a cargas repetidas. Por lo tanto, la compactación se define como el proceso para aumentar la densidad de un material por medios mecánicos.

Los términos “compactación porcentual” o “compactación relativa” hacen referencia normalmente a la proporción entre el peso seco por unidad de volumen de un suelo compactado en el terreno mediante equipos mecánicos con el peso seco máximo por unidad de volumen del mismo suelo compactado en el laboratorio de acuerdo con un procedimiento estándar con el “contenido óptimo de humedad”.

Estructuras como terraplenes o presas de tierra.

Estructuras como terraplenes o presas de tierra.

En edificaciones para evitar los asentamientos de las mismas, y a su vez ayuda a aumentar la capacidad de soporte del suelo, además reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua de esta manera el agua fluye y el drenaje puede regularse.

CONCLUSIONES

Al finalizar el presente informe se puede concluir que es necesario y de vital importancia que los ensayos para determinar las densidades máximas y mínima se realicen con mucha rigurosidad dado que con estos datos obtendremos la densidad relativa, la cual es una propiedad índice de los suelos, y es una manera de indicar el grado de compacidad (compactación), por ende es un dato de gran importancia para aplicarlo en terreno.

Laboratorio Densidad Máxima, Mínima y Relativa:

El ensayo de densidad relativa mide el % de compactación de un suelo granular que posea un % de finos menor al 15%.

El Volumen de suelo compactado (Vc) que se ensayó es de 2401,23 cm3.

Una vez obtenido el valor de Vc, se calculó la Densidad Mínima y Máxima, que dieron los siguientes valores:

o Densidad Mínima = 1,500 gr/cm3

o Densidad Máxima = 1,762 gr/cm3

El cálculo de la Densidad Relativa (DR), se obtiene con los valores de obtenidos de la Densidad máxima, mínima y Densidad seca in situ del suelo. El valor obtenido es:

o Densidad Relativa (DR) = 38,07%

RECOMENDACIONES:

Precauciones de Seguridad

El uso de mesas vibradoras puede producir niveles de ruido por sobre lo que se considera aceptable en ciertos ambientes acústicos. En áreas donde estas condiciones acústicas son conocidas o en áreas que no sido monitoreada se debe usar protección auditiva adecuada.

El personal realizando las pruebas debe, además cumplir con las regulaciones (políticas) de seguridad de sus respectivos laboratorios.

MUESTRAS Y TOMA DE MUESTRAS

Previo al ensayo, la muestra debe ser almacenada de manera tal de prevenir el congelamiento, contaminación con otras materias, perdida de muestra, o perdida de identificación.

El tamaño (masa) requerido de la muestra y molde es una función del tamaño máximo de partículas encontrado en la muestra, y de la distribución (gradación o graduación) del tamaño de las partículas de la muestra.

La muestra seleccionada para el ensayo no deberá tener una masa inferior a la determinada por la siguiente ecuación:

Si se utilizan los métodos 1A o 2ª seque la muestra en un horno, manteniendo 110 +/- 5 °C a una masa constante.

Es recomendable obtener el contenido de agua de la muestra de terreno. Si este el caso determine el contenido de agua siguiendo el método de ensayo D 2216.

Posterior al secado deshacer cuidadosamente los agregados cementados débiles, evitando reducir el tamaño natural de las partículas.

ANEXOS FOTOGRÁFICOS

ENSAYO DE DENSIDAD MÁXIMA, MÍNIMA Y RELATIVA.

Foto 1Equipo de mesa vibratoria, molde guía y sobrecarga.

Foto 2 Enrasado de muestra

Foto 3 Molde en mesa vibratoria Foto 4Llenado de Molde sin

compactar

Foto 5Llenado de molde en

estado suelto.Foto 6 Pesaje de Molde