Densidad
En el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad se define como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter poroso, conviene distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la del conjunto del suelo, incluyendo los huecos, por ello nos referiremos a dos tipos de densidad.
DENSIDAD IN SITU El poder conocer la densidad que posee un suelo e n terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y cientícos del área en general! Se reali"a esta determinaci#n para compro$ar el grado de compactaci#n en rellenos compactados articialmente ! Es muy %til en el caso de suelos sin cohesi#n &gravas y arenas', los cuales, por lo general no permiten o$tener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada! E(isten di)erentes procedimientos, entre ellos el densímetro de *ashington *ashington y el m+todo del cono de arena &Nch -.', los cuales consisten en reali"ar un oricio en el suelo, determinar el peso seco del material y el volumen que dicho material ocupa$a! Entre otros m+todos tradicionales se encuentran/ el 0+todo del 1al#n de goma, el de los 1loques, el de Sumergir en 2arana y otros mas en donde todos coinciden en la )orma de o$tener del suelo natural su peso seco, pero dieren en la determinaci#n de su volumen!
3 DENSIDAD 4E5ATI6A 5a densidad relativa es una propiedad índice de los suelos y se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi e(clusivamente partículas mayores a 7!789 mm &malla :377'! 5a densidad relativa es una manera de indicar el grado de compacidad &compactaci#n' de un suelo y se puede emplear tanto para suelos en estado natural como para rellenos compactados articialmente! El uso de la densidad relativa es importante en mecánica de suelos de$ido a la correlaci#n correlaci#n directa que ella tiene con otros parámetros como por e;emplo/ el ensayo 2roctor, el ensayo
dos primeros se reali"an en la$oratorio y el ultimo se de$e reali"ar en terreno! El ensaye es aplica$le a suelos que contengan hasta un 3= de partículas nas y un tama>o má(imo nominal de ?7 mm!
Tabla de densidades
Suelo Arenoso Suelo Arcilloso
1.20 a 1.80 gr/cm3 1.00 a 1.60 gr/cm3
Segn Archer y Smith !"#$%&
Suelo de textura arena fina Suelo franco arenoso Suelo franco limoso Suelo franco arcilloso
1.75 gr/cm3 1.50 gr/cm3 1.40 gr/cm3 1.20 r/cm3
! Método del Cono de arena 'a calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este m(todo de conocer el grado de compactación es un m(todo destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material e)traído de una cala, la cual se reali*a sobre la capa de material ya compactada.
-
AAS+- ""/0% AS1 2"33%/04
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
5alan*a.
6ilindro.
1artillo, pico, pala.
7lacas de madera, sacos 7lásticos.
5andeja de Aluminio.
8ernier.
+orno.
aras, espátula.
Aparato cono de arena.
PROCEDIMIENTO
Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro9 despu(s se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca (ste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que (sta se derrame9 se cierra la válvula una ve* que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enra*a el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa9 por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos proporcionará el peso volum(trico. Se repite el proceso anterior de : a 3 veces dependiendo las variaciones en el peso de la arena. 7ara obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente; se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana !en este caso la charola&, se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante. El siguiente paso es la obtención del peso volum(trico de campo, para ello se pesa el equipo con arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se reali*ará la prueba se debe nivelar, colocar la placa y tra*ar el diámetro de (sta, se e)trae el material procurando
evitar p(rdidas hasta una profundidad de a "< cm. El material e)traído deberá colocarse en una bolsa de plástico para evitar que pierda agua. 2espu(s se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando est( listo se abre la válvula para que fluya la arena dentro de la cala y el cono, cuando se llenen ambos elementos, se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se pesa el material e)traído de la cala y de ahí mismo se obtiene una muestra representativa que será pesada para obtener el contenido de humedad, con estos datos se obtiene el peso específico seco má)imo de campo y dividi(ndolo entre el peso volum(trico seco má)imo de laboratorio nos indica el grado de compactación de campo. 7or medio de ella podemos conocer el grado de compactación de una capa en campo, es muy sencilla, no necesita mucho tiempo !con e)cepción de esperar a que se seque la muestra e)traída de la cala&, además de que la información que nos proporciona es muy cercana a la realidad. Voluen del !o"o# Sacamos el peso inicial de la arena obtenida en el tarado del frasco.
7eso residual de la arena, que se obtiene de la resta de la arena restante y el peso del
frasco. 'uego obtenemos el peso de la arena usada que es producto de la resta de la arena
inicial y la arena residual. 6alculamos el peso de la masa e)traída obteni(ndola del peso de la muestra e)traída
menos el peso de la bolsa que la contiene. 1ediante fórmulas calculamos el volumen del hoyo que consiste en la resta
volumen usado y el volumen del cono. El volumen usado se calcula previamente ya que obtenemos la densidad de la arena y el peso de la arena usada. 2eterminamos la densidad hmeda
2eterminar el contenido de humedad y densidad seca. =
RESULTADO
2e la operación de tarado, obtener el peso de la arena y el agua que corresponde al volumen del recipiente, de estos datos calcular la densidad de la arena dividiendo el primero por el segundo. 'a densidad >?@ S?B se obtiene dividiendo el peso de la tierra e)traída seca, por el volumen del hoyo. Este se calcula a partir de la densidad de la arena y del peso de la que cabe en el hoyo. 6uando el suelo contenido partículas de tamaCo superior a D, al calcular la densidad >?@ S?B se resta el peso y el volumen del material total e)traído. El peso de estas partículas se ha obtenido directamente y su volumen se calcula a partir de este y su peso específico tambi(n. $% Método del Cilindro% O&'ETIVO
-btener una muestra inalterada del suelo haciendo uso de un pequeCo cilindro de volumen conocido.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS •
6ilindro 1etálico !hueco&
•
8ernier
•
1artillo
•
Espátula
•
+orno el(ctrico
•
ecipientes de humedad o taras
•
2os balan*as, con apreciación de " gr
•
7lacas de área mayor al cilindro metálico.
PROCEDIMIENTO
". 2el cilindro empleado en campo se toman dos muestras, una de la parte superior, otra de la parte inferior. %. 'as dos muestras se colocan en capsulas separadas, las cuales deben estar previamente pesadas. :. Se colocan las muestras en el horno para su secado, con el que posteriormente se determinara su humedad. 4. Se determina la humedad promedio con las dos muestras secadas previamente. 3. Empleando el vernier se determina el diámetro del cilindro y su altura respectivamente. 0. Se determina el volumen del cilindro una ve* obtenidas sus dimensiones con el vernier. $. eali*ar los cálculos de las densidades seca y hmeda empleando las formulas correspondientes.
:. Método del A(eite
Es aplicable a suelos finos que sean impermeables al aceite. Este m(todo consiste, esencialmente, en la medición del volumen del suelo e)cavado mediante el vertido de aceite de elevada viscosidad en el hoyo de donde se e)trajo el material.
Este m(todo constituye una alternativa al m(todo de sustitución con arena, con la restricción de no ser apto para suelos blandos que se deformen bajo la presión hidrostática generada por el ensayo, o que las paredes del hoyo no puedan permanecer estables, o que el suelo est( constituido por partículas gruesas !arenas gruesas, gravas, etc.& que originen p(rdida del fluido.
O&'ETIVO
-btener el peso en seco de una muestra de suelo y el volumen que ocupaba en el terreno. En el presente m(todo, dicho volumen se determina midiendo el volumen del aceite que ocupa el hoyo.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
•
6ilindro Fraduado de "<<< ml.
•
Aceite quemado
•
" placa de base de 4 pulgadas de diámetro.
•
" espátula pequeCa y cuchara.
•
" regla de :< cm.
•
ecipientes de humedad o taras
•
2os balan*as, con apreciación de " gr.
•
Envase !lata& para colocar el suelo removido del hueco.
•
+orno el(ctrico.
PROCEDIMIENTO
". En un cilindro graduado vertemos cierta cantidad de aceite y leemos el volumen ocupado por el aceite !lectura inicial&. %. Se nivela la superficie del suelo y colocamos la placa de 4 pulgadas de diámetro :. 6avamos un hoyo de 3 cm a cm de profundidad apro)imadamente, recogiendo el suelo que se vaya e)trayendo, e introduci(ndolo dentro de un envase herm(ticamente cerrado para posteriormente determinar su peso. 4. Se vierte el aceite dentro del hoyo hasta que quede a nivel con la superficie del suelo. 3. Se lee el volumen de aceite que quedo dentro de la cilindro y por diferencia se determina el volumen de aceite en el hoyo.
0. 6on el peso de la muestra determinado y haciendo uso de la fórmula de densidad se determina la densidad >in situB. RESULTADO
2ividiendo el peso de la tierra seca e)traída del hoyo, por el volumen del hoyo, se obtendrá la densidad. El volumen del hoyo se obtiene por diferencia entre el volumen de aceite en la probeta antes y despu(s de llenar el hoyo.
)% Método de la Para*ina%
Este e)perimento permite determinar el peso unitario de suelos cohesivos. El procedimiento se basa en el principio de Arquímedes, el cual permite determinar el volumen de una muestra a trav(s del volumen de agua que despla*a. 6onocido el volumen y el peso de la muestra, se podrá determinar el peso unitario de la muestra. 7ara proteger la muestra se utili*a cera en este procedimiento. El volumen de la cera utili*ada se descontara del volumen total.
Se aplica cuando se tiene una muestra inalterada de un suelo. 6onsiste en revestir la muestra con parafina y obtener su volumen introduci(ndola dentro de un cilindro graduado. O&'ETIVO
7ermite determinar el peso unitario de suelos cohesivos.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
•
Espátula y cuchillo
•
5alan*a con apreciación de " gr
•
6ilindro graduado de capacidad "<<< ml
•
7arafina
•
+ilo
•
1uestra de suelo.
PROCEDIMIENTO
". Se e)trae una pequeCa muestra inalterada de suelo hmeda y se pesa. %. Se cubre la muestra con parafina y se pesa. :. Se vierte en un cilindro graduado cierta cantidad de agua !lectura inicial& 4. Se introduce la muestra de suelo cubierta con parafina en el cilindro y se lee el nuevo volumen !lectura final& 3. Se resta lectura final G lectura inicial y se obtiene el volumen de la muestra con parafina 0. Se determina el volumen de la parafina, previamente conocida la cantidad de parafina usada para cubrir la muestra $. estar al volumen de la parafina con muestra el volumen de la parafina y se obtiene el volumen de la muestra. RESULTADO
Se obtiene el volumen y el peso de la muestra, y por lo tanto se determina el peso unitario de la muestra. Se utili*a cera para proteger la muestra, y así el volumen de la cera utili*ada se descontara del volumen total. Esto se aplica solo cuando se tiene una muestra inalterada de un suelo. &I&LIO+RA,IA Internet#
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•
&O-LES, Koseph E.
1A@A' 2E 'A5-A-?- 2E SE'-S E@ ?@F. 6?8?' Editorial 1c FraH/+ill, S.A.9 5ogotá, 6olombia, "#". 7ág. 3 # al 0:. •
OVIEDO C., Fustavo
1A@A' 2?2A6?6-; E@SAL-S 2E 1E6A@?6A 2E SE'-S 'a niversidad del Mulia !'M&9 1aracaibo, 8ene*uela, "#$. 7ág. : al 43. •
&ADILLO, Kuáre* G RODRI+UEZ, ico
1E6A@?6A 2E SE'-S, omo ? Editorial 'imusa, S.A. de 689 1()ico 2.N., 1()ico, %<<:. 7ág. 03 al $".
ni!ersidad de "riente #$cleo %ol&!ar 'scuela de (iencias de la tierra )e*artamento de ingenier&a geol+gica
Densidad In Situ
2ro)esor/ 1achiller/ @avier 4amos @ose Ar+valo 3!3.9!93?
