INTRODUCCIÓN El ensayo de densidad IN SITU por el método del cono de arena permite obtener la densidad del terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los resultados obtenidos en trabajos
de compactación de suelos y compararlos con especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado, y así poder determinar localidad del suelo donde se vayan o se están ejecutando proyectos de ingeniería. Entre los métodos utilizados para determinar la densidad del terreno se encuentra el Método del Densímetro Nuclear, Método del Cono de Arena, este último que es el desarrollo en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 1 ½ (38 mm); y se basa en la relación hecha entre el peso del suelo húmedo (sacado en una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada) con el volumen del dicho agujero. Para luego proceder a calcular el peso unitario seco. Este informe se detallara los fundamentos básicos para la realización del ensayo, asi como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán indispensables para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y la calibración del cono.
INFORME N° 5: CONO Y ARENA El grado de compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la realización de la misma (compactación de la capa de suelo). El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos, en las que existen especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad y la densidad del suelo. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno: Cono de arena Balón de caucho o balón de Hule. Densímetro nuclear.
METODO CONO Y ARENA El método de cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta una oportunidad aproximada de 15cm, y cuyo diámetro de hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo; este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas N° 10 y N° 20 y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado ara esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metálico. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados (arena OTAWA) para llenar el hueco excavado en terreno. Este método de ensayo no es adecuado para: Suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo. Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo.
Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm) o cuando los volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie 3 (2830 cm3) se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a una prueba de laboratorio. Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como Grado de Compactación, que se define como la relación de porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio. El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión:
. =
γ seca campo γ seca max, laboratorio
100
DENSIMETRO NUCLEAR El método nos permite determinar rápidamente y con precisión la Densidad Seca y la Humedad de los suelos en el campo, sin tener que recurrir a métodos de intervención física, tales como la extracción de testigos. 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. Por el contrario, para determinar la Humedad de los suelos y materiales semejantes, se utiliza el principio de termalizacion de neutrones. El Hidrógeno (agua) en el material frena los neutrones emitidos por una fuente construida de Americio 241: Berilio. La detección de los neutrones frenados se hace mediante detectores de Helio-3 situados en la base de la sonda. La utilización de instrumentos nucleares para la determinación de densidades y humedades ha sido aprobada por la ASTM (American Society of Testing and Materials). Funcionamiento del Densímetro tiene dos modos de operación:
Transmisión Directa (la varilla con la fuente perforando el material) La varilla con la fuente de Cesio-173 se introduce en el terreno hasta la profundidad deseada. Los detectores en la base de la sonda cuantifican la radiación emitida por la varilla con la f uente. Para llegar a los detectores, los fotones gamma deben primero pasar a través del material, donde chocan con los electrones ahí presentes. Una alta densidad del material supone un alto número de choques correspondientes, lo que reduce el número de fotones que llegan a los detectores, es decir, mientras menor sea de Número de Fotones que alcancen a los detectores, mayor será la Densidad del material.
Retrodispersión (la varilla se encuentra próxima a la fuente, pero no perforando el material). Los fotones gamma deben ser dispersados (o reflejados) por lo menos una vez, antes de alcanzar a los detectores en la sonda. Para efectuar este proceso, se coloca la varilla de manera que, la fuente y los detectores se encuentran en el mismo plano, denominado Posición de Retrodispersión. Los fotones provenientes de la fuente penetran en el material, y los que se dispersan son medidos por los detectores. A fin de evitar que los fotones puedan acceder a los detectores directamente, sin ser dispersados por el material, la sonda dispone de blindajes entre la fuente y los detectores.
Operación correcta con Densímetro Nuclear en terreno
Antes de proceder a la operación, con el equipo radiactivo, se demarcará el área de trabajo con conos, letreros y el símbolo relacionado con el riesgo de la radiactividad. Solo el operador “autorizado” manipulará el equipo, permaneciendo en las proximidades sólo el personal autorizado y restringiendo el ingreso de personal ajeno a la operación. Primero se perforara y marcara el suelo y el perímetro de la placa para que, posteriormente, el operador baje el vástago procediendo a medir. Nunca debe bajarse el vástago sin que el equipo este completamente apoyado en el suelo y ubicado en la perforación. No se trabajara en zonas de vehículos o maquinarias en movimiento, coordinando los trabajos con la supervisión a fin de determinar, previamente, los accesos, rutas de circulación, zonas de medición y horarios. Verificar que las vías de circulación en el área de operación estén expeditas. Una vez finalizada la tarea se procederá a guardar y mantener en su caja de transporte, el equipo, retirar la señalización en el terreno
EQUIPOS A UTILIZAR Frasco Cono Arena calibrada Placa Cincel Martillo Balanza Recipientes Horno Taras Densímetro nuclear
PROCEDIMIENTO
Para 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 volumétrico de campo, para ello se pesa el equipo con arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se realizará la prueba se debe nivelar, colocar la placa, se extrae el material procurando evitar pérdidas hasta una profundidad de 12 a 15 cm. El material extraído deberá colocarse en una bolsa de plástico para evitar que pierda agua. Después se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando esté listo se abre la válvula para que fluya la arena dentro del hoyo, cuando se llene se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se pesa el material extraído 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 máximo de campo y dividiéndolo entre el peso volumétrico seco máximo de laboratorio nos indica el grado de compactación de campo
CALCULOS
N° Cono
Peso especifico 1
2
1.37 748 5948 4185 472 2332.85 1.79
1.37 748 5948 3710.5 824.5 2075.54 1.78
ᵞ arena
Wcono y arena (gr) Wcono + arena inicial Wsw (gr) Wcono+arena final(gr) Vswa ᵞ
1 2 3 4 5 6 7 8
Punto N° recipiente W recipiente W recipiente sw W recipiente s Ww: 3-4 Ws: 4-2
1 119 14.83 162.91 158.80 4.11 143.97 2.85
w: 100*5/6 w promedio
2 130 18.04 194.68 189.68 5 176.64 2.83
2.84
2
ᵞseco
2.080
1.694
ᵞhumedo
2.141 2.9
1.750 3.3
Ensayo 1: W Arena en el hoyo= 5200-1532- 472 = 3196 96 .
= 2332.85
4 ᵞh = . = 1.79
ᵞd =
.9 +.4
= 1.74
Ensayo 1: W Arena en el hoyo= 5200-1532-824.5 = 2843.5 Vhoyo =
4. .
= 2075.54
. = 1.78 ᵞh = .4
ᵞd =
. +.
= 1.72
134 18.16 177.99 172.49 5.50 154.33 3.56 3.35
Densímetro nuclear 1
W%
Vhoyo =
107 16.65 202.68 197 5.68 180.5 3.15
CONCLUSIONES
Usando los datos del informe anterior de proctor podemos calcular el grado de compactación: =
1.73 2.015
× 100 = 85.85%
La compactación alcanzada aun es baja de acuerdo a la norma. El grado de compactación debe ser del 100%.
RECOMENDACIONES
Una limitante de gran apreciación para dicho ensayo es el contenido de roca o material grueso superior a 38 mm (1 ½”) en la muestra de suelo y por ello es remendable tener cuidado con la muestra de suelo extraída. Es necesario que la arena del equipo tenga una densidad y una gradación, uniforme para evitar la segregación durante la manipulación y uso. En el momento del ensayo en terreno se recomienda evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar un exceso de arena el agujero, puesto que esta no caería libremente sino inducido. No se recomienda reutilizar la arena del equipo y en caso de hacerlo limpiarla de impurezas y volver a tamizar. Para felicitar y optimizar resultados se requiere utilizar un equipo de alta precisión para el estudio de la densidad del suelo, un densímetro nuclear.
BIBLIOGRAFIA
http://es.slideshare.net/ERaCC1/compactacion-de-suelos-15469536 http://es.slideshare.net/angheloalexissalazartello58/informedelensayodelconodearenadensidadencampo http://es.slideshare.net/Richard_C/densidaddecampomtododensmetronuclear1 https://es.scribd.com/doc/316905555/Informe-cono-de-Arena#