Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí Carrera de ingeniería civil Exposición de vías II Tema: densidad o masa unitaria del suelo en el terreno - método del balón de caucho catedrático: ing Gustavo mero Integrantes: Pilligua Michelle Barberan jhon Castro bryan Cedeño jose Chica diego Dominguez junior Macas diego
INTRODUCCION La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante. Cuando el trabajo de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el peso volumétrico especificado se está logrando o no. Tres procedimientos estándar se usan para determinar el peso específico de campo de compactación: 1. Método del cono de arena. 2. Método hidrométrico o del balón. 3. Método del densímetro nuclear.
Densidad en campo o in-situ El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente. Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten obtener 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. Existen diferentes procedimientos, entre ellos el densímetro de Washington y el método del cono de arena (Nch 1516), los cuales consisten en realizar un orificio en el suelo, determinar el peso seco del material y el volumen que dicho material ocupaba. Entre otros métodos tradicionales se encuentran: el Método del Balón de goma, el de los Bloques, el de Sumergir en Parafina.
Densidad relativa La densidad relativa es una manera de indicar el grado de compactación de un suelo y se puede emplear tanto para suelos naturales como para rellenos compactados. Conceptualmente la densidad relativa indica el estado de compactación de cualquier tipo de suelo. Sin embargo, y de acuerdo a como 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 a 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. La Densidad Relativa. Expresada en porcentaje, es el grado de compacidad de un suelo referido a sus estados más sueltos y más compacto que se obtienen siguiendo los procedimientos de laboratorio
Objetivo del ensayo Este método se refiere a la determinación de la masa o densidad unitaria en el terreno, de un suelo compactado o firmemente unido, mediante un aparato con una membrana de caucho. Sin embargo, el aparato descrito no es aconsejable para un suelo muy blando, que se deforme bajo una presión leve, ó en el cual no se pueda mantener con un valor constante el volumen del agujero.
Este método se usa como medida de aceptación o rechazo de rellenos compactados o En terraplenes construidos con suelos finos granulares o suelos granulares con apreciable cantidad de roca o material grueso.
Este método puede ser usado para la determinación en el sitio de la densidad y peso unitario de suelos inalterados in -situ, previendo que el suelo por si solo no se deforme bajo las presiones impuestas durante el ensayo.
Este método no debe ser empleado en suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos, que se deformen bajo las presiones aplicadas durante el ensayo. Este ensayo requiere de especial cuidado para usos en:
· Suelos que contengan materiales granulares sueltos, que no mantienen sus paredes estables en pequeñas excavaciones.
· Suelos que contienen apreciable cantidad de materiales gruesos en exceso de tamaño de 1 ½” (37.5 mm).
· Suelos granulares con alta relación de vacíos ó · Rellenos de materiales que contienen partículas con bordes y puntiagudos.
Para suelos que contienen partículas con excesos de tamaños de 1 ½” (37.5mm), se pueden emplear los métodos descritos en la norma ASTM D4914 o D5030.
Es una práctica común en profesiones de Ingeniería hacer uso de relaciones con unidades de libras (lb) que representan unidades de masa (lbm) y/o unidades de fuerza (lbf). Esta combinación implícita une dos sistemas de unidades independientes, que son: el sistema absoluto y el sistema gravitacional.
Resumen del método 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.
Equipos usados Aparato del balón de caucho – Es un aparato con un cilindro calibrado diseñado para contener un líquido dentro de una membrana relativamente delgada, flexible y elástica (balón de caucho) para medir el volumen del hueco del ensayo bajo las condiciones de este método (ver Figura 1). El aparato deberá estar equipado de manera que se pueda aplicar exteriormente una presión o un vacío parcial al líquido contenido, y deberá ser de un peso y de un tamaño tal que no cause distorsión del hueco excavado ni del área adyacente durante la ejecución del ensayo. Se deberá disponer lo adecuado para colocar pesas (sobrecarga) sobre el aparato y de un indicador de volumen para determinar con aproximación a 0.006 litros (0.00025 pies³) cualquier cambio en el hueco de ensayo. La membrana flexible deberá ser de tamaño y forma tales, que llene completamente el hueco sin pliegues ni dobleces cuando se infla dentro de él, y tener suficiente resistencia para aguantar la presión que sea necesaria para asegurar el completo llenado del agujero de ensayo. La membrana será retirada del agujero una vez se haya realizado el ensayo mediante la aplicación de vacío parcial en el líquido o por otros medios que garanticen una adecuada extracción sin daños en la misma. Se considera satisfactorio cualquier aparato que emplee una membrana flexible (caucho) y un líquido y que se pueda utilizar para medir el volumen del agujero en el suelo bajo las condiciones de este ensayo con aproximación del 1.0 %. Plato de base – Un plato de metal rígido apropiado que sirva como base del aparato del balón de caucho, tendrá una dimensión mínima no menor a dos veces el diámetro del agujero para prevenir la deformación del aparto de ensayo mientras este sobrecargado con las pesas. Balanzas – Una balanza o escala con capacidad mínima de 20 Kg. y sensibilidad de 0.1 g. según los requerimientos de la especifi cación ASTM D4753 para balanzas de 5.0 g de legibilidad. Estufa, horno – u otro aparato adecuado y satisfactorio para secar suelos y muestras para humedad. Equipo Misceláneo – Picas pequeñas, cinceles y cuchara para extracción, bolsas de plástico, cubos con tapas, u otros recipientes metálicos adecuados que puedan cerrarse para contener el suelo extraído de los huecos; termómetro y brocha pequeña; calculadora para efectuar operaciones y pesas de sobrecarga si se requieren para el aparato de ensayo.
PROCEDIMIENTO
Se prepara la superficie del orificio para el ensayo, de manera que quede razonablemente plana y nivelada. Dependiendo del contenido de agua (humedad) y la textura del suelo, la superficie puede ser nivelada usando un buldózer u otro equipo provisto de hojas que prevean un área de ensayo sin deformaciones, ni ondulaciones o disturbios de cualquier índole.
Se instala el aparato del balón de caucho y el plato de base en el sitio de ensayo y se hace una lectura inicial del indicador de volumen del vaso calibrado, empleando la misma presión sobre el líquido en el depósito y el mismo peso de sobrecarga usado en la calibración de comprobación. Luego de efectuada esta lectura inicial sobre el indicador de volumen, se marca el contorno del aparato sobre el sitio del orificio de ensayo. Se anota la presión empleada, la magnitud de la sobrecarga, y la lectura inicial del volumen. Si el aparato fue calibrado con una placa de base, ésta se deberá mantener en el sitio durante el ensayo.
Se remueve el aparato del sitio y se excava un orificio centrado dentro de la marca delineada para el plato de base, usando una cuchara, palustre y otras herramientas necesarias, se tendrá cuidado al excavar el hueco, de manera que el suelo alrededor del borde superior del mismo no se altere. Se coloca todo el suelo removido del agujero en un recipiente hermético para las determinaciones de peso y de humedad. El hueco del ensayo deberá tener el volumen mínimo indicado en la Tabla 2, basados en el tamaño máximo de partículas que contiene el suelo ensayado. Huecos de tamaños mayores proporcionarán mayor precisión y deberán usarse cuando sea posible. Las dimensiones del hueco de ensayo están relacionadas con el diseño del aparato y con la presión empleada; en general, estas dimensiones deberán aproximarse a las empleadas en el procedimiento de comprobación de la calibración.
Después de excavar el orificio, se coloca sobre éste el aparato, en la misma posición empleada para la lectura inicial, se infla la membrana flexible dentro del hueco. Se aplica la sobrecarga y la presión del líquido en el depósito que se usaron durante el procedimiento de verificación de la calibración. Se registra la lectura del indicador de volumen. La diferencia entre esta lectura y la inicial obtenida en la Sección 6.1., es el volumen del hueco de ensayo.
Se determina la masa del suelo húmedo extraído del orificio con aproximación a 5 g, (0.01 lb). Se mezcla completamente el suelo, se toma una muestra para contenido de humedad, de acuerdo con la Tabla 2, y se determina su peso con aproximación a 0.1 g. Se seca la muestra para humedad hasta peso constante a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) y se determina su peso seco con aproximación a 0.1 g.
PRECISIÓN Y TOLERANCIAS
9.1 La precisión de este método depende del operador y esta en función del cuidado en el ejercicio y desarrollo de los pasos del procedimiento aquí dados. Se debe prestar una particular atención al control cuidadoso y sistemático del procedimiento usado. No existen suelos patrones para determinar la precisión de este método bajo condiciones de campo.
9.2 Estudios de laboratorio han determinado la precisión del aparato para determinar el volumen de formas de agujeros conocidas bajo condiciones de laboratorio. Un estudio con pequeños volúmenes de agujeros, indican que la medida del volumen varia de 0.24 a 5.3%; menores que los volúmenes determinados por calibración de agua con la exactitud adecuada, valores que son afectados por el volumen del agujero, la forma, la lisura y la técnica del operador. Un segundo estudio se fundamenta en que volúmenes grandes (10 a 30 l), presentan un error de 0 a 0.6% con un margen de confiabilidad de 0.31%.
9.3 La experiencia permite indicar que los resultados de dos ensayos correctamente realizados por un operador experto en un mismo material en el mismo tiempo y sitio no deberán diferir en más de 1 lb/pie3 (1.6kg/m3) aproximadamente. Instituto Nacional de Vías
E 162 - 11 9.4 Los valores de densidad en sitio para suelos no son absolutos comparados con nuevos suelos ensayados por este método. Por lo tanto este método no determina tolerancias desde los valores obtenidos, solo puede definirse en términos de los resultados dados en esta p
