ENSAYO DE DENSIDAD "IN SITU" Y EL CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD DE UN SUELO El ensayo de densidad in situ se realiza con la finalidad de verificar los resultados obtenidos en el ensayo de compactación del suelo, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. El método más empleado es el método del Cono de Arena, el cual determina el volumen de un au!ero utilizando para ello, una arena estandarizada, de part"culas nos cementadas, y de ranulometr"a redondeada.
CALCULO DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD DEL SUELO. Referencias# A$%& '(())*+) -ormas A$%& parte )/0 Equip# 1ecipiente para humedad -Aluminio o 2atón0, horno con control de temperatura adecuado. 2a determinación de contenido de humedad es un ensayo rutinario de laboratorio para determinar la cantidad de aua en una cantidad dada de sucio en términos de su peso en seco. Como una definición#
'onde3 !p es el peso de aua presente en la masa de suelo. !# es el peso de los sólidos en el suelo. $e puede decir que el contenido de humedad es la relación del peso de aua presente y el total del peso de la muestra.
Prce$i%ien&# ). $e pesa una capsula capsula o recipi recipient entee de alumini aluminio o o latón, latón, incluy incluyendo endo su tapa. 2as capsula capsulass pueden ser de diferentes tama4os siendo las más utilizadas las de 5cm de diámetro por 6cm de altura y las de *.7cm de diámetro por 7.7cm de altura. (. $e coloca coloca una muestra muestra representat representativa iva de suelo suelo h8medo en la capsula capsula y se determi determina na el peso del recipiente mas el del suelo h8medo. 6. 'espués 'espués de pesar la la muestra muestra h8meda más más el recipient recipiente, e, se remueve remueve la tapa y se coloca coloca la muestra en el horno. 7. Cuando Cuando la muestra muestra se haya secado secado hasta hasta mostrar mostrar un peso constant constante, e, se determina determina el peso del recipiente más el del suelo seco. $e debe usar la misma balanza para todas las mediciones de peso. 5. $e calc calcula ula el cont conteni enido do de de humed humedad ad '. 2a diferencia entre el peso de suelo h8medo más el del recipiente y el peso de suelo seco más el del recipiente, es el peso del aua !' que estaba presente en la muestra. 2a diferencia entre el peso de suelo seco más el del recipiente y el peso del recipiente solo es el peso del suelo !#(
El suelo debe secarse en el horno a una temperatura de ))9 :5 hasta obtener un peso constante. 2a temperatura de ))9;C en el horno es demasiado alta para ciertos suelos oránicos -turbas0, para suelos con altos contenido calcáreo o de otro mineral, ciertas arcillas y alunos suelos tropicales. 2a A$%& suiere secar estos suelos a una temperatura de *9 ;C.
ENSAYO DE DENSIDAD "IN SITU" M)TODO DEL CONO DE ARENA *ASTM D+,,-./01 O23e&i4 5enera6 'eterminar la densidad del suelo seco y el contenido de humedad del suelo compactado en el campo, para lueo poder determinar el rado de compactación que presenta el suelo en el campo por el método del cono de arena.
O23e&i4s espec7fics# •
Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo del método del
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cono de arena. Calcular el rado de compactación de una muestra de suelo de campo.
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compactación de los suelos. 1epresenta una forma indirecta de obtener volumen del au!ero utilizando para ello una arena estandarizada compuesta por part"culas cuarzosas, sanas, no cementadas, de ranulometr"a redondeada y comprendida entre las mallas = )9 A$%& -(,9 mm0 y = 65 A$%& -9,5 mm0. Es un método que se aplica a partir de la superficie del material compactado, que se centra en la determinación del volumen de una peque4a excavación de forma cil"ndrica de donde se ha retirado dividido por el volumen del hueco cil"ndrico nos permite determinar la densidad h8meda.
Ma&eria6es 8 Equips# • • • • •
Cono &etálico compuesto por una válvula cil"ndrica >rasco y espátula peque4a ?arafina @orno Eléctrico 'os alanzas con apreciación de ) r
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?laca de base, de * puladas de diámetro ) rela de 69 cm 1ecipientes de humedad o taras Envase -lata0 para colocar el suelo removido del hueco.
Prce$i%ien&# •
Antes de iniciar el ensayo, se debe calibrar el equipo de densidad de campo, para de
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esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de la arena calibrada que queda en el cono después de e!ecutar el ensayo. $euidamente se nivela el suelo compactado en el campo y se retira el material suelto. 2ueo se coloca la placa y se comienza a hacer una perforación -cavado con cincel0,
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teniendo como u"a el au!ero interior de placa, a un profundidad de )5 cm. %odo el material que se saque se coloca en una bolsa plástica y se pesa. ?ara determinar el volumen del au!ero, utilizamos el equipo de densidad de campo de
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la siuiente forma# +
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$e determina el peso inicial de la arena calibrada. 2ueo se invierte y se coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del au!ero3 se abre la llave del cono, permitiendo el paso de la arena. + Cuando el au!ero y el cono están llenos de arena, se cierra la llave y se procede a determinar el peso inicial del frasco, y la arena contenida en él. ?or la diferencia de los pesos del frasco más la arena inicial, y del frasco más la arena final, obtenemos el peso de la arena contenida en el agujero y en el cono . A este valor le restamos el peso de la arena que cabe en el cono, obteniendo de esta forma el peso de la arena contenida en el agujero. + El peso de la arena dividida por su densidad, obtenida en el laboratorio mediante la calibración, nos da el volumen del au!ero. >inalmente se debe determinar en el laboratorio la densidad máxima seca y el contenido de humedad de la muestra recuperada del au!ero, para de esta forma determinar el grado de compactación.
C96cu6s 8 fr%u6as : Tara$ $e6 Cn Bolumen del cono --D cono aua parafina0+-D cono parafina00Fdensidad del aua Bolumen del cono -)59/.)r+75/r0F)rFcm6 Bolumen del cono )959.) cm6 ?eso de la arena -D cono arena+ D cono0 ?eso de la arena )G/* r+75G r ?eso de la arena )76Gr 'ensidad de la arena D arenaF Bolumen del cono 'ensidad de la arena )76GrF)959.)cm6
'ensidad de la arena ).6 rFcm6
H Tara$ $e6 ;rasc Bolumen del frasco --D frasco aua0+ -D frasco0Fdensidad del aua Bolumen del frasco 5))9 r+ ))9/ rF) rFcm6 Bolumen del frasco 799) cm6 ?eso de la arena -D frasco arena0+ -D frasco0 ?eso de la arena *57* r+))9/ r ?eso de la arena 576 r H Densi$a$ 'ensidad de la arena -D arenaFvolumen de la arena0 'ensidad de la arena 576 rF799)cm6 'ensidad de la arena ).6*rFcm6 'ensidad promedio de la arena -cono+ frasco0 -).6 rFcm6).6* rFcm60F( 'ensidad promedio de la arena -cono+ frasco0 ).6*5 rFcm6 H De&er%inaci
?eso del suelo seco 5.* r+*) r ?eso del suelo seco )7.* r ?orcenta!e de humedad -D auaFD $. seco0J)99 ?orcenta!e de humedad -9.7 rF)7.* r0J)99 ?orcenta!e de humedad (.6K
H
De&er%inaci
si&u 'ensidad @8meda D h8medo F volumen del hoyo 'ensidad @8meda (675.7 rF)7G7.75/cm6 'ensidad @8meda ).5G rFcm6 'ensidad $eca densidad h8meda F) -DF)990 'ensidad $eca ).5G rFcm6F) -(.6F)990 'ensidad $eca ).56 rFcm6
Resu6&a$s O2&eni$s 'ensidad para el cono ).6 rFcm6 'ensidad para el >rasco ).6* rFcm6 ?romedio de 'ensidades -cono+frasco0 ).6*5 rFcm6 K de @umedad (.6K 'ensidad @8meda Ln situ ).5G rFcm6 'ensidad $eca Ln $itu ).56 rFcm6
Ap6icacines en 6a in=enier7a# &ediante el uso del método del cono de arena se lora determinar la densidad o masa unitaria delsuelo en el sitio o campo, este método también es utilizado para hallar el rado de compactacióndel suelo, el cual se aplica para establecer un me!oramiento del terreno para la construcción deterraplenes, realizar un control de calidad de compactación en subrasantes para carreteras aumentando la resistencia y disminuyendo la capacidad de deformación que se obtiene al someter al suelo a técnicas, que aumenten elpeso espec"fico seco.
M)TODO DEL ACEITE ASTM. $+,,/./0 O23e&i4 =enera6
'eterminar la densidad del terreno obteniendo el peso seco de una muestra de suelo y el volumen que ocupaba en el terreno. En el presente método, dicho volumen se determina midiendo el aceite que cabe en el hoyo.
O23e&i4s espec7fics • • •
&edir el volumen del suelo mediante el vertido del aceite. Msar adecuadamente los equipos. Calcular la densidad h8meda in situ(
Este método es aplicable en suelos finos que sean impermeables al aceite, este método consiste esencialmente en la medición del volumen del suelo excavado mediante el vertido del aceite de elevada viscosidad en el hoyo donde se extra!o el material. Mna vez nivelada la superficie, se coloca la placa de diámetro peque4o, se excava aproximadamente 5 cm y se extrae la muestra a la cual se le calculara. En un cilindro se area una cantidad de aceite que será la lectura final y se le vierte en el hoyo para medir su volumen.
Ma&eria6es 8 Equips • • • • • • • • •
Cilindro Nraduado de )999 ml Aceite quemado ) ?laca de base de 7 puladas de diámetro ) espátula peque4a y cuchara ) rela de 69 cm 1ecipientes de humedad o taras 'os alanzas con apreciación de ) r Envase para colocar el suelo removido del hueco @orno eléctrico
Prce$i%ien& •
En un cilindro raduado medimos aproximadamente )999 ml de aceite quemado
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-lectura inicial0 En el campo con una placa de base de 7 puladas de diámetro, cavamos un hueco de 5
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cm a G cm de profundidad aproximadamente, recoiendo el suelos que se vaya extrayendo que posteriormente será pesado. Con cuidado se area el aceite de motor en el hoyo hasta llenar el borde inferior de la
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placa. $e de!a escurrir el aceite por las paredes de la probeta. $e observa la lectura final en la probeta y obtenemos el volumen de aceite en el ensayo
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por diferencia entre lectura fina e inicial. ?rocedemos a realizar los cálculos correspondientes y obtenemos la densidad h8meda in situ.
;
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Para calcular el volumen del agujero
V
=
Vf
−
Vi
'onde3 ># Bolumen extra"do3 >f #
Bolumen final y >i# Bolumen inicial. Calcular el volumen en ausencia del recipiente calibrado #
P
=
W i
−
W f
'onde3
P?eso del Aceite3 !i#?eso antes de llenar el hoyo y !f #?eso después de llenar el hoyo. < V
=
P Peso de un litro de aceite f
Ap6icacines en 6a in=enier7a# 2as obras de inenier"a civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en eneral, por lo que , en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempe4o del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se eneran o por el del suelo para conformar los rellenos.
E?ISTEN OTROS M)TODOS UTILI@ADOS PARA CALCULAR LA DENSIDAD IN SITU ESTOS SON •
M&$ De6 2a6
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método del Cono de arena3 se hace un hueco de prueba y se determinan el peso h8medo del suelo retirado del hueco y su contenido de aua. $in embaro, el volumen del hueco se determina introduciendo a éste un lobo de hule con aua de un recipiente calibrado, del cual el volumen se lee directamente. M&$ De La Parafina Este experimento permite determinar densidad de un suelo
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mediante una muestra inalterada del mismo. El procedimiento se basa en el principio de Arqu"medes, el cual permite determinar el volumen de una muestra a través del volumen de aua que desplaza. Conocido el volumen y el peso de la muestra, se podrá determinar el peso unitario de la muestra. M&$ ra$iac&i4 2a determinación de la densidad total o densidad h8meda a través de este método, está basada en la interacción de los rayos amma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las orbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector amma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre dentro o adyacente al material a medir.
