Cono de Arena
-
Upload
orozco0207 -
Category
Documents
-
view
37 -
download
0
Transcript of Cono de Arena
Laboratorio de mecánica de suelos aplicada
Ensayo Densidad en campo
Universidad Eafit
Ingeniería Civil
Medellín
2014
ENSAYO DENSIDAD DE CAMPO
MARCO TEÓRICO
La densidad de un suelo nos permite conocer la relación peso-volumen de éste, por consiguiente, es
posible identificar propiedades como la porosidad, la relación de vacíos, la humedad y otros, que dan
información importante sobre el grado de compactación un suelo.
La importancia de la compactación está en que siendo un proceso de densificación del suelo, esta
determina el aumento de la resistencia de un suelo y por tanto la disminución de las deformaciones, lo
que facilita la construcción de una estructura en suelo con las capacidades óptimas para soportar las
cargas que se le transmiten debido al paso de los vehículos, por medio del incremento del peso
específico seco y la disminución de vacíos.
Para la determinación del grado de compactación, se empleará el cono de arena, un método in situ que
nos permite identificar la densidad de un suelo en obra y controlar debidamente el grado de
compactación que éste tiene ya que su evaluación involucra la determinación previa de la densidad y
de la humedad optima correspondiente al material ya compactado, por medio del ensayo Proctor
estándar o Proctor modificado.
NORMATIVIDAD CONO DE ARENA
La densidad de campo se hallará por el método de Cono de arena, para tal ensayo se sigue la norma I.N.V E – 161 – 07, donde resumen el método así: “Se excava manualmente un hueco en el suelo que se va a ensayar y todo el material del hueco se guarda en un recipiente. Se llena el hueco con arena de densidad conocida, la cual debe fluir libremente, y se determina el volumen. Se calcula la densidad del suelo húmedo, in situ, dividiendo la masa del material húmedo removido por el volumen del hueco. Se determina el contenido de humedad del material extraído del hueco y se calcula su masa seca y la densidad seca del suelo en el campo, usando la masa húmeda del suelo, la humedad y el volumen del hueco.” En dicha norma se dan los pasos a seguir y especificaciones para hacer el ensayo correctamente.
FÓRMULAS EMPLEADAS
Las fórmulas necesarias para elaborar el ensayo son:
- Para hallar el volumen del hueco del hueco de ensayo
- Para hallar el peso de la arena del hueco de ensayo
W f + a = Peso del frasco con arena
W f + a exc = Peso del frasco con arena después de vaciar arena en el hueco
Wc = Constante del cono
- Para hallar el peso seco del material removido del hueco de ensayo
Wseco = Peso seco del material removido del hueco de ensayo, en g.
Whúmedo = Peso húmedo del material removido del hueco de ensayo, en g.
w = Contenido de humedad del material removido del hueco de ensayo, en %
- Para hallar los pesos específicos húmedo y seco del material en el terreno de ensayo
γh = Densidad húmeda del material de ensayo, g/cm3
γd = Densidad seca del material de ensayo, g/cm3
- Para hallar el contenido de humedad
( ) ( ) ( )
( ) ( )
CÁLCULOS
PUNTO 1 PUNTO 2
Peso del frasco con la arena
Peso del frasco con la arena
Constante del cono
Constante del cono
Densidad de la arena
Densidad de la arena
Peso del frasco con la arena que quedó luego de
llenar la excavación
Peso del frasco con la arena que quedó luego de
llenar la excavación
Peso de la arena en el hueco
Peso de la arena en el hueco
Volumen de la excavación
Volumen de la excavación
Peso del suelo húmedo excavado
Peso del suelo húmedo excavado
Peso del suelo seco excavado
Peso del suelo seco excavado
Peso específico seco del suelo estudiado
Peso específico seco del suelo estudiado
Peso tara + muestra suelo húmedo
WT+suelo húmedo = 551 g
Peso tara + muestra suelo húmedo
WT+suelo húmedo = 959 g
Peso tara + muestra suelo seco
WT+suelo seco = 490 g
Peso tara + muestra suelo seco
WT+suelo seco = 869 g
Peso tara
WTara = 157 g
Peso tara
WTara = 149 g
Contenido de humedad
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
w = 18 %
Contenido de humedad
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
w =12,5 %
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los valores obtenidos en los dos puntos de estudio y en la realización del ensayo Proctor modificado
son:
Peso específico seco Contenido de humedad
PUNTO 1
18 %
PUNTO 2
12,5%
PROCTOR MODIFICADO
A partir de estos datos es posible obtener el grado de compactación del suelo, el cual está dado por:
Punto 1
Punto 2
Según los porcentajes de compactación obtenidos, los puntos evaluados no cumplen con el grado de
compactación pedido, (Proctor modificado al 98%), por tanto será necesario remover el material.
El hecho de no alcanzar el grado de compactación, se debe al alto contenido de humedad del material, el
cual está por encima del valor de la humedad óptima, según se observa en el siguiente gráfico:
Al encontrarse el material por encima del contenido de humedad óptimo en un 33% y 47% para los
puntos 1 y 2 respectivamente, el nivel de compacidad del material disminuye considerablemente, por lo
que métodos como escarificar o hacer mezclas con cal, no lograrían hacer que el material alcance el
98% del Proctor. Por tanto, la recomendación a seguir es levantar el material compactado y traer uno
nuevo que cumpla con la humedad óptima y permita alcanzar el peso específico seco máximo.
1,7
1,8
1,9
2
2,1
2,2
2,3
2,4
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Pes
o e
spec
ífic
o s
eco
máx
(K
g/m
³)
Contenido de Humedad (%)
Contenido de humedad versus Peso específico seco para ensayo Cono de arena
Curva deCompactación
Punto 1
Punto 2
Proctor Modificado
Polinómica (Curva deCompactación)
INVESTIGACION
ENSAYOS DE DENSIDAD DE CAMPO.
Los ensayos de densidad de campo se realizan con el fin de verificar el grado de compactación de un
suelo. Existen diferentes métodos para encontrar la densidad seca de un suelo luego de compactarlo,
algunos implican hacer ensayos de laboratorio y otros permiten obtener los valores directamente en
campo.
1. Ensayo Cono de arena
Este es el método empleado para el ensayo, consiste en determinar el volumen de un hueco, en un
punto determinado dentro de la superficie de análisis, y a partir de la obtención de diferentes pesos, se
puede conocer la densidad seca del material excavado y el contenido de humedad de éste.
Ventajas
- Su ejecución es sencilla
- La realización de este ensayo no tiene un costo elevado
Desventajas
- No se puede usar en suelos que no puedan ser excavados.
- Requiere hacer uso de laboratorio para determinar el contenido de humedad.
- No se obtiene un resultado inmediato.
- La arena que se usa debe estar debidamente calibrada.
- Es un método destructivo, es decir, se debe hacer un hueco para obtener los resultados.
- Los puntos evaluados representan áreas muy pequeñas en comparación con las superficies a
evaluar.
Imagen tomada de: http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo34_p.pdf
2. Globo de Hule
Este método sigue la norma I.N.V E 162 y se resume el método así: “
El volumen de un agujero excavado en un suelo dado, se determina usando un líquido de llenado en un cono cilíndrico calibrado, el cual llena una membrana de caucho flexible, esta membrana se va desplazando dentro del agujero tomando su forma hasta que se llena totalmente con el líquido. La densidad húmeda en el sitio es determinada por la división entre la masa húmeda del suelo que se remueve y el volumen del agujero. El contenido de agua del suelo (humedad) y la densidad húmeda en el sitio se usan para calcular la densidad seca en el sitio y el peso unitario seco.
Ventajas y desventajas
Según la Facultad de ingeniería de la Universidad Católica de Valparaiso, las ventajas y desventajas del
método son:
“Este método resulta ser más directo y rápido que el cono de arena, pero entre sus desventajas se
encuentran la posibilidad de ruptura del balón o la imprecisión en adaptarse a las paredes del agujero,
producto de cavidades irregulares o proyecciones agudas lo que lo hacen poco utilizado.”
Imagen tomada de: http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo34_p.pdf
3. Densímetro nuclear Según se menciona en la ASTM D 2922 y D 3017, Normas para hallar la densidad de campo por el
método del densímetro, el objetivo es Determinar la Humedad y la Densidad Seca de los suelos en el
campo mediante métodos nucleares, sin tener que recurrir a métodos de intervención física.
El equipo utilizado para este ensayo, determina la Densidad mediante la trasmisión, directa o
retrodispersada, de los rayos gamma, cuantificando el número de fotones emitidos por una fuente de
Cesio - 137. Los detectores ubicados en la base del medidor detectan los rayos gamma y un
microprocesador convierte los conteos en una medida de Densidad.
El equipo permite determinar la densidad por dos métodos, los cuales son:
Transmisión directa:
En este método se introduce una varilla fuente de fotones hasta la profundidad deseada, y se
envían los rayos gamma a través del material hasta llegar a los detectores. Cuando el material
es muy denso, el número de fotones que llega a los detectores es menor.
Transmisión Retrodispersión:
En este método la varilla fuente y los detectores se ponen en el mismo plano; los fotones
provenientes de la fuente penetran en el material, y los que se dispersan son medidos por los
detectores.
Imagen tomada de: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3024_C.pdf
Ventajas
- El equipo utilizado es fácil de transportar.
- Los datos obtenidos son exactos.
- El tiempo requerido para la prueba es de aproximadamente 15 segundos, lo que permite hacer
varios ensayos en poco tiempo.
- La prueba no es destructiva.
- Es posible seleccionar el espesor de medición requerido.
- El ensayo puede aplicarse en huecos taladrados o desde la superficie
Desventajas
- Utiliza material radiactivo requiriendo una licencia para operadores apropiadamente
entrenados
- No sustentable ambientalmente.
- Nivel de riesgo alto.
- Toda manipulación deberá ser realizada evitando el contacto directo.
- La radiación emitida puede alterar el material genético de las células de los huesos y esto
puede producir cáncer de los huesos y daño en las células del cuerpo.
- Costo del equipo sumamente elevado.
- No es factible utilizarlo en obras de pequeña magnitud.
- No se puede desarrollar si interviene la lluvia.
- Se distorsiona la información si el ensayo se realiza en zonas estrechas, angostas o encerradas,
debido al rebote de los rayos gamma.
- Resultados dependen de muchos factores de error.
4. Densímetro eléctrico
La información para la descripción de este ensayo es tomada de la página Web RUNCO, un proveedor
Argentino del densímetro eléctrico:
El Medidor de Densidad Eléctrico (EDG) es una alternativa no-nuclear para la determinación de la
humedad y la densidad seca y húmeda de los suelos compactados utilizados en las camas del camino y
las fundaciones. El EDG es un sistema portátil, que puede utilizarse en cualquier lugar sin las
preocupaciones y los reglamentos relacionados con la seguridad nuclear. El EDG mide las propiedades
dieléctricas de los materiales compactados y su humedad usando alta radiofrecuencia entre los juegos
de electrodos. Las características dieléctricas medidas son comparadas con un modelo de suelo
previamente medido los cuales presentan valores de densidad y contenido de agua.
La exactitud del EDG se logra utilizando radiofrecuencia de punto a punto, midiéndola directamente
entre los electrodos enterrados en el suelo, asegurando positivas mediciones a la profundidad de los
electrodos. No es necesario asegurarse que el suelo sea homogéneo o confiar en la onda de radio
frecuencia para penetrar los materiales del suelo desde la superficie.
Imagen tomada de: http://www.runco.com.ar/Nuevo-Densimetro-Electrico.html
Ventajas:
- Es un equipo de fácil manejo (practico y seguro)
- El equipo es portátil y accionado por batería, lo cual permite utilizarse en cualquier parte.
- Advierte al usuario cuando los valores no corresponden a las curvas establecidas para el
material a ensayar.
- Puede utilizarse como una herramienta para supervisar las operaciones diarias de
compactación.
- No requiere de un técnico muy entrenado o autorizado.
- Mediciones rápidas.
- Se puede utilizar en todos los suelos de construcciones en general para obtener su densidad,
humedad y hacerles prueba de aceptación de materiales compactados.
- Tecnología no contaminante.
Desventaja:
- Este instrumento no es autosuficiente, es decir necesita de otros métodos para obtener los
datos que permitan dar un resultado exacto. Es necesario realizar estudios de suelos
previamente.
5. GeoGauge
Si bien este no constituye un método en sí, sino la utilización de un equipo con dicho nombre, su
utilización tiene gran acogida debido a la simplicidad del equipo.
Su funcionamiento, según la página Web Humboldt consiste en: “El GeoGauge trabaja aplicando una
fuerza vibratoria a 25 frecuencias específicas, las cuales producen una pequeña deflexión en el
material. El desplazamiento resultante es medido por el GeoGauge y mostrado como rigidez
determinado por la razón entre fuerza y deflexión”
Según se menciona en la página Web RUNCO, la gran ventaja de este equipo consiste en: “Compactando
y controlando el suelo directamente a los requerimientos de diseño de la rigidez o módulo durante el
proceso real, se establecen los medios para controlar efectivamente la uniformidad estructural,
permitiendo el control y la verificación de la calidad de la construcción de diversos materiales. Esto nos
conduce a productos más duraderos y de menor costo tanto en la construcción como en su
manutención.
Ventajas:
- Las aplicaciones incluyen la subrasante, subbase, base, monitoreo de la ganancia en resistencia
de cal, cemento, materiales estabilizados con polímeros y cenizas, monitoreo de rellenos en
relación al material adyacente no alterado, monitoreo de compactación de asfalto y reciclaje en
frío en terreno de la propiedad de pico para prevenir un esfuerzo innecesario y daño por sobre
compactación” Según se menciona en la página web de Humboldt.
- Es un equipo rápido para determinar los valores.
- Fácil de manejar
Desventaja:
- La desventaja de este equipo para la determinación de la densidad en campo es que es una
prueba complementaria, se requieren pruebas como las mencionadas anteriormente.
Imagen tomada de: http://www.humboldtmfg.com/digital-catalog/Spanish/catalog-pdf/Page%2012.pdf
CONCLUSIONES
A partir de la elaboración de la investigación de los diferentes métodos para hallar la densidad en
campo y comparar con la obtenida en el laboratorio para encontrar el grado de compactación, es
posible afirmar que cualquiera de los métodos mencionados es útil y con valores exactos.
La diferencia entre un método y otro radica en la facilidad que se tenga para acceder a los equipos, en
cuanto al costo y la experiencia para usarlo, sin embargo, el primer método (cono de arena) es el único
que requiere hacer ensayos en laboratorio para obtener el contenido de humedad, lo que lo hace el
método más demorado, no obstante es el método más empleado,
BIBLIOGRAFÍA
Bowles, Joseph E. (1981), “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. McGraw-Hill
Book Company Bowles, Joseph E. (1984), “Physical and Geotechnical Properties of Soils”. McGraw-Hill Book
Company. Das, Braja M. (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, Thomson Learning. Das, Braja M. (2001), “Principios de Ingeniería de Cimentaciones”, International Thomson
Editores. http://centrodeartigos.com/articulos-noticias-consejos/article_143438.html
http://constructoracien.com/reportes/2011/01/densimetro-nuclear/
http://noticias.espe.edu.ec/hfbonifaz/files/2012/09/DENSIDAD-DE-CAMPO-
M%C3%89TODO-DENS%C3%8DMETRO-NUCLEAR.pdf
http://noticias.espe.edu.ec/hfbonifaz/files/2012/09/DENSIDAD-DE-CAMPO-
M%C3%89TODO-DENS%C3%8DMETRO-NUCLEAR.pdf
http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3024_C.pdf
http://www.runco.com.ar/Nuevo-Densimetro-Electrico.html
http://www.icc.com.ve/detalle.php?id=69712
http://icc.ucv.cl/geotecnia/11_nuestro_laboratorio/laboratorio/dinsitu/dinsitu.html
http://www.humboldtmfg.com/digital-catalog/Spanish/catalog-pdf/Page%2012.pdf