Densidad en Sitio1

Laboratorio de Mecánica de Suelos Grupo #5

ENSAYO DE DENSIDAD DE SITIO

OBJETIVOS.-

Para la presente practica la cual se denomina “Ensayo de

Densidad en sitio” entre sus objetivos mas principales podemos

destacar lo siguiente:

- Como un principal objetivo podemos destacar la importancia

que tiene esta practica de laboratorio la cual nos instruye y nos

ayuda a estudiar en forma practica la obtención de la gravedad

especifica de un suelo sin ninguna clasificación.

- Otro de los objetivos es el de estudiar los dos métodos

comúnmente utilizados para determinar densidades de sitio,

básicamente, tanto el método del cono de arena como el

método del balón de densidades utilizan los mismos principios.

FUNDAMENTO TEORICO.-

El termino suelo, tal como es usado por los ingenieros y

como se adoptado en mecánica de suelos, cubre una mayor

extensión y variedad de materiales que el mismo termino cuando

es usado por los legos o bien en la forma definida por los

agrónomos.

Pero de acuerdo con el concepto de ingeniería que es más

amplio, se considera que los suelos incluyen todos los materiales

Univ: Sergio Cavallotti Vaca U.A.J.M.S1


terrosos, orgánicas e inorgánicos que se encuentran en la o capa

directamente encima de la corteza rocosa de nuestro planeta.

Las propiedades físicas del suelo estas incluyen las

propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y acústicas de los

suelos. Aún cuando él termino física de suelos a sido aceptado en

trabajos agrícolas, la mecánica de suelos es usada en ingeniería

practica; de ahí que no se tenga necesidad de confusión dado que

la definición anterior de física de suelos incluye ambos términos.

Mecánica de suelos es el nombre dado a la interpretación

científica del comportamiento del suelo. Puede definirse como la

ciencia que trata con todos los fenómenos que afectan el

comportamiento del suelo en un empleo de alguna manera ligada

con la ingeniería.

PROPIEDADES SIMPLES DE SUELOS.-

Una masa de suelo se considera comúnmente como

consistente de un arreglo o red de partículas sólidas, las cuales

envuelven vacíos o espacios huecos de diferentes tamaños.

Los espacios “vacíos” pueden estar llenos u ocupados por

agua, aire o con parte de agua y parte de aire.

El volumen total de una muestra determinada de suelo se

designa como V y consistente de dos partes esenciales, el

volumen de materia sólida Vs y el volumen de vacíos Vv. El



volumen de vacíos se subdivide, a su vez, en volumen de agua

Vw y volumen de gas Vg.

Esta representación es conocida como la representación

diagramatica, puesto que es evidente que todos los vacíos y los

volúmenes sólidos no pueden segregarse tal y como se muestra.

El peso total de una muestra de suelo se designa como W, El

Peso de los sólidos como Ws y el peso del agua como Ww. En la

relación de pesos la que mayor empleo tiene es el contenido de

agua.

Después de haber definido y aclarado la importancia que

tiene el Suelo no aboquemos al tema que en esta practica nos

interesa la cual es el contenido de humedad que contiene cierta

muestra de suelo para esto definiremos algunos conceptos

importantes.

La gravedad especifica es definida en los libros de física

como la relación entre el peso unitario de unitario de una

sustancia y el peso unitario de otra sustancia usada como

comparación, y la cual en la mayoría de los casos es agua pura a

4ºC.

Por lo tanto las ecuaciones estrictamente correctas para la

gravedad específica de la masa Gm la gravedad especifica Gs y la

gravedad especifica del agua Gw Son:



Gm = t /o

Gs = s /o

Gw = w /o

Sin embargo o en las ecuaciones anteriores es con

frecuencia remplazada por w ya que la diferencia entre estos

dos valores es casi siempre inapreciable.

PRUEBAS DE COMPACTACION.-

Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al

menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de

compactación de campo. Todos ellos pensados para estudiar,

además, los distintos factores que gobiernan la compactación de

suelos.

Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica

actual, es él debido a R. protor 1 y es conocido hoy en ida como

Prueba Protor Estándar o A.A.S.H.O. (american Asociados of State

Highway Officials) Estándar.

La prueba consiste en tres capas, dentro de un molde de

dimensiones y forma especificas, por medio de golpes de un

pisón, también especificado, que se dejan caer libremente desde

una altura prefijada.



Con este procedimiento de compactación Protor estudio la

influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de aguas

del suelo, encontrando que tal valor era de fundamental

importancia en la compactación lograda. En efecto, observo que a

contenido de humedad creciente, a partir de valores bajos, se

obtienen más altos pesos específicos seco y, por lo tanto, mejores

compactaciones del suelo.

Se debe tomar en cuenta que para la compactación por el

método T-180 que de tiene que dar 56 golpes en 5 capas o por el

método de T-99 se tiene que dar 25 golpes y 3 capas para poder

obtener el volumen del suelo compactado se utiliza el ensayo de

Densidad en sitio.

Las investigaciones experimentales comprueban que en el

primer caso se obtienen pesos específicos secos mayores que en

el segundo, para un mismo suelo y a los mismos contenidos de

agua; este efecto parece ser particularmente notable en suelos

finos plásticos con contenido de agua inferior al optimo.

A un mismo contenido de humedad se tienen entonces

condiciones diferentes en los grupos de suelo; en el primer caso,

en que el agua se agrego, la presión capilar entre los grupos será

menor por el exceso de agua en comparación con el segundo

caso, en que la evaporación hace que los meniscos se desarrollen

mas. Por lo tanto, en el primer caso la ligazón entre los grupos Univ: Sergio Cavallotti Vaca U.A.J.M.S5


será menor, haciendo que en una misma energía de compactación

sea mas eficiente para compactar al suelo en el segundo caso.

Las practicas recomendada a estos efectos es proceder en la

prueba a partir de un suelo relativamente seco incorporando agua

a distintas porciones del mismo en la proporción necesaria para

alcanzar los contenidos de agua deseables, dejando cada porción

24 horas en reposo a fin de permitir la uniformizaron de la

humedad.

Es común en la practica de ciertos laboratorios el usar la

misma muestra de suelo para la obtención de los puntos sucesivos

de la curva de compactación: ello implica la continuada

“recompactación” del mismo suelo.

Esta practica se ha rebelado como totalmente inconveniente

toda vez que la investigación experimental ha demostrado, sin

genero de duda, que procediendo con un suelo recompactado los

pesos específicos obtenidos con nuestra virgen, por lo que en

suelos “recompactados” la prueba puede llegar a dejar de ser

representativa.



Parece que en una explicación simple del efecto anterior

reside en la formación volumétrica del tipo plástico producida por

las sucesivas compactaciones.

Como en el campo el suelo no sufre una recompactación, la

practica de laboratorio debe ser, consecuente, el usar muestras de

suelo diferentes para la obtención de cada punto de la curva de

compactación.

EL ENSAYO DE DENSIDAD SITIO.-

Una vez establecidos, para que el suelo que se va utilizar en

un sitio determinado, los criterios de compactacion, generalmente

con limitaciones de humedad y densidad, es necesario utilizar

algún método para verificar los resultados.

En todos los proyectos pequeños y casi todos los proyectos

grandes, esta verificación se logra bien por el cono de arena por el

método del balón de densidad.

Básicamente, tanto el método del cono de arena como el

método del balón de densidades utilizan los mismos principios. O

sea, se obtienen el peso de suelo húmedo de una pequeña

excavación de forma algo irregular hecho sobre la superficie del

suelo.



Si es posible determinar el volumen de dicho hueco, la

densidad humedad del suelo se calcula simplemente como:

Hum = Peso del suelo Húmedo Volumen del Hueco

El método del cono de arena representa una forma indirecta

de obtener el volumen del agujero. La arena utilizada (a menudo

arena de otlwa) es generalmente material que pasa el tamiz Nº20

y esta retenido en el Nº30.

Aunque el material menor que el tamiz Nº 30 y mayor que el

tamiz Nº 40 o el material menor que el tamiz Nº30 y mayor que el

tamiz Nº50 puede también utilizarse, generalmente es deseable

tener una arena uniforme o “ de un solo tamaño” para evitar

problemas de segregación (un volumen de arena fina puede pesar

mas que el mismo volumen de arena gruesa y volumen de la

mezcla puede pesar aun mas), de forma que las mismas

condiciones de vaciado pueda lograrse la misma estructura del

suelo de la misma densidad y duplicación requerida.

El aparato de cono de arena mas comúnmente usado utiliza

un recipiente de arena plástico o de vidrio de 3785 cm³ (1 galón)

con suficiente materia para llenar un hueco y el respectivo cono

no mayor de 3800 cm³ dependiendo de cuan cuidadosamente se

haya llenado el recipiente antes de ser usados.

ENSAYOS IN SITU .-



En algunos suelos, como limos y arcillas blandas y sensibles,

así como en suelos gruesos sin cohesión, resulta difícil (algunas

veces imposibles) obtener buenas muestras inalteradas. También

se dificulta reproducir en el laboratorio las condiciones

representativas verdaderas de la estructura y/o la presión de poro,

bajo ciertas condiciones de campo; por ejemplo, aluviones muy

blandos. Debido a esto, se han diseñado varios procedimientos de

prueba in situ bastante simples, que permiten lograr buenas

estimaciones de las propiedades del suelo en las condiciones

reales del mismo. Aunque en los ensayos in situ, el grado de

exactitud y control es más bajo que el que sería de esperarse en

el laboratorio, esto queda compensado por el gran número de

pruebas que se pueden llevar a cabo.

En la tabla 12.1 se incluye una lista de las pruebas in situ

más importantes, junto con una descripción de la medición

principal que tienen como objetivo. Los métodos de interpretación

y sus aplicaciones se pueden encontrar en otros textos.

PRUEBA DE EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS .-

En la sección 3.6 se describió ya la prueba del extractor de

núcleos, que se puede estudiar en detalle en el BS 1377. El

objetivo de esta prueba consiste en determinar la densidad total

del suelo que se ha colocado por compactación, o bien la de un

suelo natural; después de medir la humedad, es posible

determinar la densidad seca. El aparato (Fig. 3.9) consiste de un

cilindro de acero con un diámetro interno de 100 mm y 130 mm



de longitud, maquinado en forma de cuchilla cortadora por uno de

sus extremos. Con el extremo superior protegido por el rema-

chador, la cuchilla se entierra en el suelo usando un martinete de

diseño especial; después se extrae, se recortan los bordes de

suelo sobresalientes y se pesa.

PRUEBA DE SUSTITUCIÓN CON ARENA .-

Éste es otro método para la determinación de densidad de

suelos; también se mencionó en la sección 3.6 y se detalla en BS

1377. A través de una perforación con un brocal especial, se

excava un orificio cilíndrico de aproximadamente 100 mm de

diámetro y 150 mm de profundidad; el material extraído se coloca

en una charola y se pesa con cuidado. El cilindro vertedor de

arena (Fig. 3.10) se coloca sobre el orificio y se deja caer arena

hasta llenarlo, con lo cual se determina su volumen. Existen dos

tamaños de cilindros vertedores de arena, para suelos de grano

fino intermedios y para suelos de grano grueso.

PRUEBA DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR .-

Esta prueba es muy común cuando se están efectuando

perforaciones para estimar la densidad relativa y las

características de resistencia al corte. Se usa un muestreador

estándar de tubo partido (Fig. 12.5c) de 50 mm de diámetro, que

se hinca en el suelo en el fondo de una perforación, por medio de

un martinete de 65 kg de masa, que se deja caer desde 0.76 m de

altura. El muestreador se hinca un total de 450 mm en el suelo y



se registra el número de golpes del martinete para los últimos 300

mm de penetración. La interpretación de los resultados se explicó

en la sección 11.8. Para arenas y suelos cohesivos, se usa la

zapata de corte cilíndrica, tomando muestras al mismo tiempo;

para suelos de granos más gruesos se prefiere una zapata cónica

ciega, que produce resultados idénticos. Esta prueba se describe

en forma detallada en BS 1377.

PRUEBA DE PENETRACIÓN DE CONO .-

La prueba de cono es un ensayo de penetración estática, en

el que el instrumento (Fig. 12.6) se empuja en lugar de hincarse

por golpeteo. El cono, que tiene un ángulo de ápice de 600 y un

diámetro de base de 35.7 mm (lo que equivale a un área de 1000

mm2), está unido a una varilla; ésta se protege con una camisa

exterior. Aplicando a la varilla una fuerza medida, el cono se

empuja unos 80 mm en el suelo, a una velocidad de penetración

uniforme de 20 mm/s. La relación de la fuerza requerida al área

del cono se llama resistencia a la penetración del cono (q0). La

interpretación de los resultados se estudió en la sección 11.8.

Los resultados son más confiables para arenas y limos que

tienen menos de 85% de saturación. Un desarrollo más reciente

es el penetrómetro de cono “eléctrico”, en el que se incorpora una

celda de carga, lo que permite un registro de gráfica continua de

la resistencia a la penetración en función de la profundidad. Se da

una descripción detallada de la prueba y su interpretación en

Meigh (1987).



PRUEBA DE VELETA DE CORTE .-

Con mucha frecuencia, los limos y las arcillas, en especial las

de origen aluvial o de aguas poco profundas, presentan grandes

dificultades para el muestreo. La prueba de veleta de corte está

diseñada para medir la resistencia in situ al corte sin drenar de

estos suelos. La interpretación de los resultados se explicó en la

sección 7.19, y el procedimiento se detalla en el BS 1377.

Una veleta de cuatro aspas (Fig. 12.7), montada en el

extremo de una varilla, se hinca en el suelo y se hace girar a una

velocidad constante de entre 6 y 12 grados/mm, hasta que se

produce el corte del cilindro de suelo contenido en las aspas. Se

registra la torsión máxima necesaria para este corte. Se

recomienda que para suelos débiles (Cu < 50 kN/m2), el tamaño

del aspa sea de 75 mm de ancho y 150 mm de longitud; mientras

que para suelos un poco más resistentes (50< Cu <100 kN/m2), el

tamaño debe ser de 50 x 100 mm.

La varilla de la veleta y las extensiones se protegen con una

camisa para evitar que se adhiera el suelo durante la aplicación

de la torsión. Dependiendo de la naturaleza del suelo, las pruebas

de veleta pueden efectuarse a profundidades hasta de 60—70 m.

PRUEBA DE CARGA CON PLACA .-

El objetivo de la prueba de carga con placa es la

obtención de una curva carga asentamiento. Estas



pruebas suelen ser tediosas y costosas, y frecuentemente

producen resultados poco confiables. No obstante,

pueden resultar útiles en ciertas circunstancias cuando es

difícil o imposible aplicar otros procedimientos; por

ejemplo, en ensayos de rocas alteradas por

intemperismo, formaciones de yeso o rellenos duros.

Primero, se excava un foso de prueba hasta la profundidad

requerida, el fondo del foso se empareja y se coloca firmemente

una placa de acero. Después, sé aplica a la placa una carga

estática con una serie de incrementos, y se mide el grado y la

velocidad de asentamiento (desplazamiento vertical de la placa).

Los incrementos de carga se siguen aplicando hasta provocar la

fluencia del suelo. Sé requieren varias pruebas con diferentes

diámetros de placa a diversas profundidades; los diámetros varían

entre 300 mm y 1 m. Los errores en las estimaciones del

asentamiento provienen casi siempre de la diferencia entre el

área de la placa y el área de la zapata real de cimentación, y del

hecho de que una estructura de mucho mayor tamaño afecta a un

volumen de suelo más considerable: las capas profundas pueden

quedar sometidas a un esfuerzo, debido a la estructura real, pero

son afectadas por la placa. Otra fuente de error suele ser la falta

de cuidado en la colocación de la placa, efecto que puede evitarse

usando yeso como lecho de apoyo.

DENSIDAD RELATIVA DE ESTRATOS DE ARENA .-



La densidad relativa de los estratos de arena ejerce una

influencia decisiva sobre el ángulo de fricción interna de la misma

(articulo 17), sobre su capacidad de carga (artículo 33), y sobre el

asentamiento de zapatas que descansan en dicho material. Si una

arena sumergida es muy suelta, un choque brusco puede

trasformar el material en una suspensión con las propiedades de

un líquido viscoso (artículo 17). En estado denso, la misma arena

es insensible a los choques y perfectamente adecuada como base

de las estructuras más pesadas. Por ello, la densidad relativa de

una arena es mucho más importante que cualquiera de sus otras

propiedades, excepto posiblemente su permeabilidad.

Siempre que se realizan perforaciones exploratorias>

pueden obtenerse datos con respecto a la densidad relativa de

estratos de arena efectuando ensayos normales de penetración

(página 30C), toda vez que se toma una muestra con la cuchara

correspondiente. Dada la extraordinaria importancia de la

densidad relativa, el ensayo normal de penetración debiera

considerarse como una parte esencial de las operaciones de

sondeo. La tabla 45.1 da relaciones aproximadas entre e1 número

de golpes N y la densidad relativa

La correspondencia entre el número de golpes y- densidad

relativa de la tabla 45.1, debe usarse con cautela y solamente en

os casos en que los ensayos de penetración se han realizado de

una manera escrupulosa. Por ejemplo: si la arena está situada

debajo del nivel freático y un perforador inexperto permite que el

nivel del agua dentro de la perforación descienda por debajo del



nivel piezométrico existente en la arena donde se realiza el

ensayo, ésta puede tornarse fluida y pasar a un estado suelto, con

lo cual se obtendría para N un valor demasiado bajo. El simple

retiro de las herramientas de perforación a una velocidad

demasiado rápida que no permita que él agita aportada por el

suelo reemplace el volumen de las barras de perforación

retiradas, puede causar este descenso del nivel del agua. Por otro

lado, la existencia de cantos rodados o piedras bochas de un

tamaño mayor que el diámetro del sacatestigos puede conducir a

valores excesivos de N.

En una arena fina o en una arena limosa con una densidad

relativa moderada a alta y un tamaño efectivo comprendido entre

0,1 y 0,05 mm, el número de golpes puede tornarse

exageradamente grande debido a la tendencia que tales

materiales tienen a la dilatancia durante la rotura por corte tajo

condiciones no drenadas (artículo 15). Por ello, en estos casos los

ensayos normales de penetración deben ser contrastados con

procedimientos más seguros o, de lo contrario los resultados ser

interpretados de manera más conservadora.

En trabajos importantes, la información concerniente a la

densidad relativa de la arena, obtenida de los ensayos de

penetración normales, debe ser completada con auscultaciones.

Dichas auscultaciones proporcionan registros continuos, como los

indicados en las figuras 44.12 y 44.16, de las variaciones de la

resistencia a penetración con la profundidad. Sin embargo, en

arena, la resistencia a penetración de un penetrómetro, o la



energía necesaria para producir una penetración dada, depende

no solo de la densidad relativa sino que también de las

dimensiones de la punta y del vástago (le prolongación, así como

en cierto grado de la forma de los granos y de la granulometría.

Por ello, todo método nuevo de auscultación, así como todo nuevo

uso de un método dado en una localidad inexplorada, requiere la

realización de una serie de ensayos de calibración que propor-

cionen datos que permitan interpretar los resultados.

Puede efectuarse una calibración aproximada haciendo una

auscultación al lado de una perforación donde se hayan realizado

ensayos de penetración normales. Mucho más engorrosa, aunque

también mucho más exacta, es la ejecución de una serie de

ensayos de carga a distintas profundidades, ejecutados en una

excavación a cielo abierto cercana al punto donde se ha realizado

una auscultación. Los ensayos se efectúan sobre placas de 80 X

30 cm que descansan sobre la superficie horizontal de la arena,

sin colocar sobre-carga alguna hasta una distancia de por lo

menos 90 centímetros a contar desde el borde de la placa. La

figura 45. 3a muestra la relación entre la carga unitaria y el

asentamiento para ensayos realizados en distintas arenas. Las

curvas 1 y 2 fueron obtenidas de ensayos en arenas muy densas,

la curva 4 en arena de densidad mediana y la curva 5 en arena

suelta. La capacidad de carga aumenta rápidamente con la

densidad relativa, y e1 asentamiento bajo una carga dada

disminuye en la misma forma. La figura 45.3a muestra que, de

acuerdo con la experiencia en el terreno y en discordancia con la



opinión generalizada el tamaño del grano no tiene influencia sobre

la densidad relativa y la capacidad de carga de una arena.

La parte derecha de la figura 44.16 muestra los resultados

de ensayos de carga efectuados con cl propósito de calibrar el

penetrómetro a inyección de la figura 44.13d. El procedimiento

utilizado en estos ensayos fue descripto en la página 318.

Con los resultados de ensayos de carga normales, como los

indicados en la figura 45.34, puede determinarse la densidad

relativa utilizando el diagrama de la figura 45.Sb. Para este

propósito las curvas obtenidas de los ensayos de calibración son

comparadas con las de dicho diagrama tipo. Como cada curva

obtenida corresponde a una resistencia de penetración dada,

según cuál sea su posición con respecto a las zonas delimitadas

en dicha figura se tendrá la respectiva densidad relativa en

función de la resistencia a penetración.

Un ensayo de carga normal puede, no obstante, conducir a

resultados engañosos si la arena que se ensaya es fina o muy fina

y contiene una cantidad de humedad apreciable. Debido a la

aparente cohesión provocada por las fuerzas capilares (articulo

20), la arena puede aparecer como más resistente y menos

compresible de lo que sería cl mismo material sin la presencia del

efecto causado por la humedad. La influencia de la cohesión

aparente decrece rápidamente a medida que aumenta el ancho

del área cargada, pero puede ser demasiado grande para ser



ignorada si el área de ensayo solo alcanza a un cuadrado de 30

cm de lado.

Se pueden obtener datos aún más exactos respecto de la

densidad relativa de arenas, efectuando ensayos de laboratorio

sobre muestras inalteradas cortadas a mano de pozos excavados

o extraídas de perforaciones con uno de los métodos descritos en

el artículo 44. Todas las perforaciones de donde se extraen las

muestras se ejecutan cerca de los puntos en que previamente se

habían efectuado auscultaciones. Correlacionando los resultados

de los ensayos con las correspondientes resistencias a

penetración, se obtienen datos para la interpretación correcta de

los resultados arrojados por todas las otras auscultaciones. Sin

embargo, son muy raros los casos en que tales refinamientos se

hallan justificados.

PERMEABILIDAD DE LOS ESTRATOS DE ARENA.-

El conocimiento de la permeabilidad de los estratos de arena

puede tener como causa cualquiera de los dos propósitos

siguientes: calcular la cantidad de agua que filtra hacia una

excavaci6n con dimensiones dadas cuando la napa está a una

altura también dada, o bien determinar hasta qué profundidad

debe llevarse la pantalla de pie de un dique de embalse, situado

sobre una fundación permeable, para reducir las pérdidas por

filtración a un valor menor del especificado como admisible.



Para calcular la filtración hacia una excavación a cielo

abierto, la forma más conveniente de obtener los datos

respectivos estriba en la ejecución de ensayos de bombeo

(artículo 44). Los resultados de los ensayos permiten calcular el

coeficiente de permeabilidad medio del subsuelo en la dirección

horizontal. Una vez conocido dicho coeficiente, todos los

problemas relativos a la filtración hacia la excavación pueden

resolverse con las leyes de la hidráulica. Si la obra demanda la

depresión de la napa por medio de pozos filtrantes (artículo 47),

se puede proyectar el sistema de pozos y calcular la capacidad de

las bombas que se requerirán- para mantener durante la

construcción el nivel de la napa por debajo del fondo de la

excavación.

Para resolver problemas relacionados con pantallas

impermeables y en general, con las filtraciones en obras de

embalse, es necesario determinar no solo la permeabilidad media

del subsuelo sino que también las variaciones más importantes en

la permeabilidad del estrato de arena situado por debajo y en los

alrededores de la estructura del embalse. Esta determinación se

puede realizar solo con la ejecución de ensayos de permeabilidad

sobre una serie bastante continua de muestras, obtenidas de un

número considerable de perforaciones.

Pero los depósitos naturales no son nunca homogéneos y el

agua circula a través de los mismos a lo largo de líneas más o

menos tortuosas, siguiendo aquellos lentes y capas compuestas

de los constituyentes más gruesos. Además, la permeabilidad en



la dirección vertical es usualmente mucho menor que la

permeabilidad en sentido horizontal. Por ello, cualesquiera sean

las investigaciones de laboratorio que se realicen, no se puede

esperar que éstas provean otra cosa que un orden de magnitud de

la permeabilidad del depósito, aun cuando los ensayos se

practiquen provocando el escarmiento del agua en forma

separada en sentido horizontal y vertical a través de muestras

inalteradas. Como los testigos nunca son continuos, una delgada

capa de limo situada entre dos muestras adyacentes de arena

puede ejercer una influencia radical sobre la relación entre la

permeabilidad horizontal y la vertical. La presencia de tales capas

delgadas no es un hecho excepcional> como lo muestra la figura

45.4.

Por las razones expuestas, el uso de muestras inalteradas

para realizar ensayos de permeabilidad apenas si se justifica. Se

pueden obtener resultados que no son menos fehacientes

ensayando muestras recuperadas por medio de sacamuestras

equipados con retén (fig. 44.24), o bien por medio de un balde

rascador (fig. 44.4). Los componentes de estas muestras deben

ser cuidadosamente mezclados antes del ensayo. Después de

haber realizado 15 6 20 ensayos de permeabilidad sobre muestras

de un estrato dado se puede estimar e1 coeficiente de

permeabilidad de los otros estratos en base a su textura y

apariencia general. Estas estimaciones y resultados de ensayos se

deben ajustar para tener en cuenta la diferencia entre la densidad

relativa del material amasado y del material en el lugar. La

relación entre la permeabilidad en sentido vertical y la



permeabilidad en sentido horizontal se puede juzgar sobre la base

de las ecuaciones 11.10 y 11.11.

Raramente se justifican, desde el punto de vista econ6mico,

investigaciones elaboradas de este tipo. La determinación de la

permeabilidad en depósitos naturales por debajo del nivel freático

por ensayos de permeabilidad in situ es siempre mucho más

fehaciente que la obtenida por medio de ensayos de laboratorio.

Se han desarrollado procedimientos para evaluar la

permeabilidad de estratos de arena situados por encima del nivel

freático partiendo de la cantidad de agua que penetra dentro del

suelo a través del tramo de perforación que se extiende por

debajo de la camisa. Los resultados no constituyen más que

crudas estimaciones y pueden resultar muy poco fehacientes

debido a que la forma de escurrimiento del agua dentro del suelo

permanece desconocida y a que la formación de una película

filtrante en la superficie de entrada difícilmente puede evitarse. El

procedimiento (Zangar, 1953) es similar al descripto para los

ensayos de permeabilidad realizados en perforaciones por debajo

del nivel freático.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD EN EL SITIO (IN-PLACE) Y DEL

PORCENTAJE DE COMPACTACION DE MATERIALES DE SUELO.-

(Método del cono de arena)

Discusión.-



La determinación de la densidad de un suelo compactado o

del suelo inalterado en zonas de excavación tiene importancia

como una medida de control, como un medio de verificar el

trabajo junto con los requisitos de las especificaciones, y para el

cálculo de los factores de contracción, que se emplean para

estimar el volumen de excavación necesario para lograr terra-

plenes de las dimensiones dadas.

Las pruebas de densidad del suelo en “el sitio” se realizan

midiendo el peso, el volumen y el contenido de humedad de

muestras inalteradas, o por medición del volumen del espacio

ocupado por la muestra alterada antes de extraerla y registrando

cl peso y el contenido de humedad del suelo que se saca.

La densidad de una capa del suelo puede determinarse

obteniendo el peso de una muestra alterada y midiendo el

volumen ocupado por la muestra antes de extraerla. Este volumen

puede medirse llenando el espacio con una cantidad pesada de

algún medio cuyo peso por unidad de volumen es conocido. Como

medios para medir el volumen primitivo ocupado por la muestra,

pueden usarse la arena, un aceite lubricante pesado o agua en

una bolsa de goma. Con los tres el procedimiento es idéntico y

sólo se diferencia en la determinación del peso por unidad de

volumen del medio utilizado. Se describirá con detalle el

procedimiento que utiliza la arena. Es importante advertir, sin em-

bargo, que el procedimiento de ensayo es aplicable solamente a

suelos o mezclas superficiales con una graduación tal, que el



material menor que el N° 4 sea suficiente para llenar los vacíos

del material mayor que N° 4 en la masa compactada.

EL APARATO.-

El aparato consiste de lo siguiente:

1. Dispositivo con cono para la arena. Este artefacto consta de

dos embudos de metal de forma cónica con una válvula de

latón acoplada a su unión; uno de los embudos tiene

exactamente forma cónica, el otro embudo va provisto de

una prolongación roscada que ajuste exactamente en la

boca (7 cm de diámetro) de un frasco “Mason” standard.

2. Base de acero. Una placa cuadrada de acero de 9.5 mm de

diámetro de unos 30 cm de lado con un orificio central de 11

cm de diámetro aproximadamente. El orificio de la lámina se

ajustará exactamente sobre el borde superior del molde de

compactación sin el collar. La parte superior de la lámina en

esa posesión asentara sobre el borde del molde y quedará a

nivel con él.

3. Frascos. Tres o cuatro frascos “Mason” de unos 4.1 con boca

de 7 cm de diámetro.

4. Arena para densidad. Provisión de arena limpia, secada al

aire(Unos 9 Kg por lo menos) y de tamaño uniforme. Se ha

visto que una arena que pase el tamiz N° 10 y se retenga en



el N° 30, da resultados muy satisfactorios; no obstante,

cualquier arena unifórmente graduada que pase el tamiz N°

10 y contenga cantidades mínimas de pasa N° 200 será

suficiente.

5. Balanzas. Una báscula de 32 Kg de capacidad, con

sensibilidad de 0.01 Kg y una balanza con capacidad para

200 gramos y sensibilidad de 0.01 gr.

6. Horno de disecación. Un horno termostáticamente

controlado para mantener una temperatura de 1100 C (2300

F) para secar las muestras de humedad.

7. Tamices. Un tamiz N° 4.

8. Embudo. Un embudo de boca ancha, provisto de

prolongación roscada que ajuste en la boca (de 7 cm de

diámetro) de un frasco “Mason” standard.

9. Herramientas para excavar. Una pala de borde recto con el

extremo del mango en ‘D”; un barreno para suelos (auger)

de 7.5 cm de diámetro; una cuchara de mango largo y

algunas otras herramientas pequeñas para abrir hoyos en las

capas de base o subbase compactadas.



Calibración de arena para densidad

Consiste en realizar una determinación del peso unitario de

la arena empleando utensilios y métodos similares a los

empleados en la prueba de densidad en “el sitio”. Los resultados

de la calibración de la arena así como los otros datos del ensayo

se anotan en los espacios dispuestos para ello en la

correspondiente hoja de trabajo. El procedimiento para calibrar sé

describe a continuación: los apartados 1, 2, 3, etc., se refieren a

las casillas numeradas de la hoja o planilla.

Coloque el molde de compactación sin el collar sobre una

superficie plana, y ajuste la placa sobre el borde del molde,

procurando que el tope esté a nivel con cl tope de la placa.

Determine el peso de arena necesario para llenar el molde y

el cono de la manera siguiente: Llene un frasco de 3.7 litros

(Masonjar) con arena para densidad, instale el cono en él y pese.

Coloque el conjunto en la placa manteniendo la válvula cerrada,

centrando el cono mayor sobre el molde. Abra la válvula para que

fluya la arena, hasta que se hayan llenado el molde y el cono

mayor, golpee ligeramente la válvula con el lápiz para asegurarse

de que la arena no queda detenida o atascada en ella. A

continuación, cierre la válvula y pese, la pérdida de peso

representa la cantidad de arena necesaria para llenar el molde y

el cono. Repita tres veces esta operación y anote cl promedio en

el apartado 3.



Determine el volumen combinado del molde más el coito

(apartado 6). El volumen de la arena del cono permanece

constante a menos que el aparato se doble o melle, en cuyo caso

será devuelto al laboratorio central para substituirlo.

Determine el peso unitario de la arena para densidad, como

se indica a continuación y anótelo en el apartado 7.

Peso arena para llenar cono + molde

Volumen del cono + molde

El peso unitario de la arena calibrada se supone que

permanece constante, mientras su graduación y condiciones de

humedad permanezcan constantes. Si sé recupera la arena

después de la prueba de campo (lo cual es recomendable), el

material recuperado será nuevamente secado, tamizado y

calibrado para nuevas pruebas de densidad en el lugar.

PREPARACIÓN DEL HOYO .-

Los siguientes pasos detallan el procedimiento para la

preparación del hoyo necesario para el ensayo:

Prepare la superficie del lugar que se va a ensayar, retirando

previamente el material suelto en un área de por lo menos 38

centímetros en cuadro; a continuación labre una superficie plana y

a nivel, empleando para ello la pala de borde recto y el borde de



una regla de acero. Asiente la placa en la superficie alisada y

ajústela estableciendo un contacto firme.

Con la placa fija en su posición, excave el hoyo para

densidad, a través de la abertura circular de la misma en toda la

profundidad de la capa de suelo que se va a ensayar, teniendo en

cuenta que la profundidad del hoyo no debe exceder de 25 cm.

La excavación del hoyo puede llevarse a cabo con un

barreno para suelos (auger), u otras herramientas pequeñas para

excavar. El principal objetivo en la preparación del hoyo, será

obtener un hoyo que tenga tanto como sea posible, todas sus

superficies interiores formadas por material inalterado, evitando

que quede en él material suelto; además, el hoyo tendrá apro-

ximadamente el mismo diámetro que la abertura de la placa; no

se debe excavar inmediatamente debajo de la placa. La

preparación de este hoyo suele ser cosa sencilla con materiales

cohesivos de grano fino, no obstante, con materiales que

contienen apreciables cantidades de piedras, como en las capas

de base, deben obtenerse con el auxilio de herramientas

pequeñas para excavar; también debe tenerse especial cuidado al

hacer cl hoyo, para estar seguro de que las superficies interiores

quedan formadas por materiales inalterados. Esto se aplica

especialmente a las determinaciones de densidad de capas de

liase superficiales de grava.

A medida que se avanza en la excavación del hoyo se va

recogiendo material desprendido del hoyo y colocándolo

inmediatamente en una ¡ata de medio galón de capacidad,



previamente tarado. Use un embudo en esta operación, para

evitar perdidas de material.

Después que todo el material del hoyo fue introducido en el

recipiente, ciérrelo inmediatamente para evitar pérdidas de

humedad. Pese el recipiente conteniendo el material húmedo

procedente del hoyo para determinar el peso húmedo de la

muestra (Apartado 10). No le toque a la placa hasta terminar cl

ensayo.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL HOYO .-

Los pasos siguientes detallan el procedimiento para

determinar el volumen del hoyo:

Determine el peso de arena necesario para llenar el hoyo

más la placa más el cono, así: Llene un frasco con arena calibrada

para densidad, acople el cono y pese. Con la válvula cerrada,

invierta el conjunto y centre el cono sobre el agujero de la placa

de acero. Abra la válvula y deje fluir la arena hasta que sé llenen

el hoyo y el cono, golpee ligeramente la válvula con el lápiz por La

razón apuntada anteriormente. A continuación cierre la válvula y

pese; la perdida de peso representa la cantidad de arena

necesaria para llenar el hoyo, la placa y el cono; el resultado sé

anota en el Apartado 20.

Se determina el volumen del hoyo (Apartado 23), diviviendo

el peso de arena utilizado (Apartado 20), por mi peso unitario de la



arena calibrada (Apartado 7) y restando luego el volumen

combinado de la placa y él cono (Apartado 22); el resultado se

anota como Apartado 23.

CORRECCIÓN DEL VOLUMEN DEL HOYO DEBIDA AL MATERIAL

RETENIDO EN TAMIZ N” 4.-

Los siguientes pasos detallan el procedimiento para corregir

el volumen del hoyo por el material retenido en N° 4, contenido

en la muestra de ensayo:

Tamice a mano cl material obtenido del hoyo, con un tamiz

N° 4 y determine el peso húmedo del material retenido (Apartado

11). (Una inspección visual indicará cuando este paso es

necesario).

Determine el peso húmedo y el porcentaje del material N° 4

(Apartado 17), de acuerdo con TD-2, “Determinación del

contenido de humedad’, Método – A - de secado. Si las

limitaciones de tiempo y espacio no permiten el empleo de la

muestra completa, úsese una muestra de 100 gramos. En la hoja

de trabajo sé incluye un espacio para el cálculo del contenido de

humedad (Apartados 14 a 17).

Determine el volumen del material que pasa al tamiz N° 4

(Apartado 24.) mediante la siguiente fórmula (Vol. -4- N? 4) x

0.006. Esta fórmula es solamente aproximada y se basa en



suponer que el peso específico es 2.65. Si los resultados obtenidos

de los ensayos son dudosos y hay razones pata suponer que hay

error en la corrección por el material que pasa el tamiz N° 4,

puede calcularse el volumen de dicho material (Apartado 24)

mediante la fórmula, más exacta, siguiente:

Vol. + N° 4 = Peso seco + N 0 4 Peso esp. x 62.4

El peso específico del material retenido en N° 4 se determina

dé acuerdo con AASHO T-lOO-S4, “Peso específico de agregados”.

Determine el volumen del material retenido en N9 4

(Apartado 25) por substracción del volumen de material retenido

en N° 4 (Apartado 24) del volumen del hoyo (Apartado 23).

Cálculo de la densidad y del porcentaje de compactación

El cálculo de densidad y porcentaje, es como sigue:

a. Densidad húmeda. La densidad húmeda del material retenido

en N° 4, se calcula dividiendo el peso húmedo del material

retenido en N° 4, (Apartado 21) el volumen del material retenido

en N° 4 (Apartado 25); el resultado se anota como Apartado 26.

b. Densidad seca. La densidad seca del material retenido en N° 4 se

calcula mediante la siguiente fórmula:

Densidad seca = Dens. húm. + N° 4 x 100100 + porcentaje de hum.



Donde cl porcentaje de humedad es el del material—No 4

(Apartado 17).

PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN.-

El porcentaje de compactación del material retenido en N° 4

se determina dividiendo la densidad seca en “el lugar” del

material retenido en N° 4 por la “densidad seca máxima” obtenida

de la curva de compactación (TD-3 “Prueba standard de

compactación para suelos”) obtenida con el mismo material; el

resultado se anota en el Apartado 29.

Para el Calculo de la densidad de sitio este se divide en tres

partes las cuales indicaremos a continuación:

CALIBRACIÓN DEL APARATO DE DENSIDADES.-

1. Peso del Aparato mas agua

2. Peso del aparato vacío

3. Peso del Agua [(1)-(2)]

4. Volumen de frasco de plástico y tapa (3)

5. Peso Arena secada al aire mas peso de aparato.

6. Peso aparato (2).

7. Peso de arena secada al aire {(5) - (6)}.

8. Densidad de la arena secada al aire (7)/(4).

9. Peso de aparato mas Arena seca después de llenar el embudo.

10. Peso de aparato más arena seca (5).

11. Peso arena seca para llenar el embudo {(9)-(10)}.



DETERMINACIÓN DEL PESO SECO Y HÚMEDO.-

PH = peso Húmedo PS= Peso Seco

PS = Peso Seco PT = peso tara

Dif (1) = diferencia (1) Dif(2) = diferencia (2)

12. Por ciento de Humedad = Dif (1) *100

Dif (2)

13. Peso Suelo retirado del hoyo más vasija.

14. Peso vasija.

15. Peso suelo retirado del hoyo {(13)-(14)}.

16. Peso Suelo seco retirado del hoyo = (15) *100

100+(12)

Determinación del Volumen y Densidad en Sitio

17. Peso arena calibrada mas aparato = (5)

18. Peso Arena que queda más aparato.

19. Peso Arena necesaria para llenar hoyo y embudo (17-18)

20. Peso arena en el embudo = (11)

21. Peso Arena para llenar = (19-20)

22. Volumen del Hoyo = (21)/(8)

23. Densidad del suelo Seco = (16)/(22)

24. Densidad máxima de la curva de compactación (en lab)

25. Por ciento de compactacion que se obtiene = (23)/(24)*100



MATERIAL.-

El material utilizado para esta practica denominada

“Ensayo de densidad de sitio” fue la siguiente:

1. Aparato de Cono de Arena.

2. Herramienta para Excavar.

3. Latas con tapas herméticas.

4. Tamices Nº30 y Nº 50.

5. Balanza de presión 0.1 gr.

6. Horno.

7. Recipientes de metal.

8. Una Talega.

PROCEDIMIENTO.-

En esta práctica el procedimiento realizado fue el siguiente:

1. Después de una explicación detallada del ingeniero

experto de la materia, sobre la practica a realizar.

Procedimos a instalar los instrumentos asignados para la

practica el cual ya mencionamos anteriormente,

obteniendo los instrumentos empezamos a familiarizaron

con ellos y a manejar con sumo cuidado ya que son

instrumentos muy frailes.

2. Antes de realizar la practica procedimos al tamizado de la

arena en el tamiz Nº30 retenido en el tamiz Nº50 de ahí

procedimos a lavar la arena y luego a su secado para que



nos facilite el trabajo al realizar la calibración de esta en

el aparato del cono de arena para la determinación de la

densidad de sitio.

3. Primeramente procedimos a pesar el aparato del cono de

arena vacío, una vez obtenido este peso, procedimos a

introducir la arena en el aparato, echando suavemente la

arena desde una altura de 5 centímetros y moviendo el

aparato lentamente. Una ves lleno el aparato, procedimos

a pesar luego de pesar procedimos a llenar el cono y

nuevamente lo pesamos.

4. Una vez obtenidos los pesos, salimos al campo a excavar

un hoyo de 12 centímetros de altura, obtenido el hoyo

procedimos a utilizar el cono de arena para así poder

obtener su volumen.

5. Una vez obtenido el volumen del suelo procedimos a

pesar lo que quedaba de la arena mas el aparato y del

suelo que se extrajo del hoyo.

6. Extrajimos una pequeña muestra del suelo del hoyo para

poder obtener su humedad, pesamos esa pequeña

muestra mas la tara y lo introducimos al horno para su

secado.

7. Luego procedimos a introducir agua en el aparato del

cono de arena y luego lo pesamos para la calibración del

mismo.

8. También uno de los factores mas importantes para esta

practica fue el medir la temperatura en cada picnómetro

ya que este es un dato muy importante.



9. Obteniendo los datos respectivos para poder realizar los

cálculos requeridos de la practica.

CALCULOS Y RESULTADOS.-

Calibración del Aparato de Densidades

1. Peso del Aparato mas agua = 7.340 Kg.

2. Peso del aparato vacío = 1.6265 Kg.

3. Peso del Agua = 5.7135 Kg.

4. Volumen de frasco de vidrio y tapa = 5.7135 dm3.

5. Peso Arena secada al aire + peso de aparato = 11.1365

Kg.

6. Peso aparato = 1.6265 Kg.

7. Peso de arena secada al aire = 9.51 Kg.

8. Densidad de la arena secada al aire = 1.6644788 Kg/cm3

9. Peso de aparato mas Arena seca (después de llenar el

embudo) = 12.7485 Kg.

10. Peso de aparato más arena seca = 11.1365 Kg.

11. Peso arena seca para llenar el embudo = 1.612 Kg.

Determinación del Peso Seco y Húmedo

PH = 2.855 Kg. PS = 2.02 Kg.

PS = 2.02 Kg. PT = 0.1 Kg.



Dif(1)= 0.835 Kg. Dif(2) = 1.92 kg.

12.Por ciento de Humedad = 0.835 Kg. *100

1.92 Kg.

Por ciento de Humedad = 43.4896 %

13. Peso Suelo retirado del hoyo mas vasija = 2.855 Kg.

14. peso vasija =0

15. Peso suelo retirado del hoyo = 2.855 Kg.

16. Peso Suelo seco retirado del hoyo = 2.855 *100

100+43.4896

Peso Suelo seco retirado del hoyo = 1.98969147 Kg.

Determinación del Volumen y Densidad en Sitio

17. Peso arena calibrada más aparato = 11.1365 Kg.

18. Peso Arena que queda + aparato = 6.190 Kg.

19. Peso Arena necesaria para hoyo + embudo = 4.9465 Kg.

20. Peso arena en el embudo = 1.612 Kg.



21. Peso Arena para llenar = 3.3345 Kg.

22. Volumen del Hoyo = 2.003329811 Kg.

23. Densidad del suelo Seco = 1.00832124 Kg.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

- Después de realizada la practica, llegamos a las siguientes

conclusiones, acompañadas de algunas recomendaciones.

- Es importante conocer los ensayos que se van a practicar, para

evitar algún tipo de errores.

- Una parte importante de la practica fue el familiarizarnos con

los aparatos correspondientes al estudio de La gravedad

especifica de los sólidos los materiales tenían que ser utilizados

con mucho cuidado ya que son muy frailes.

- Una ves obtenidos los dato es importantes del volumen de los

picnómetros procedimos a realizar la gráfica la cual nos ayuda

a poder darnos cuenta que el volumen de los picnómetros no

son exactos sino que varían.

- También es importante conocer que tipo de fórmulas se van a

utilizar, como y de que manera para no cometer errores en los

cálculos.

- A la conclusión mas importante que pude llegar es que La

muestra estudio es que cada muestra de suelo tiene su propia

Gravedad especifica.

- El tamaño de la muestra que se debe tomar depende de la

cantidad de material que se vaya a usar.



- Para obtener los pesos exactos es necesario calibrar la

balanza.

- Para poder obtener una practica es necesario tener en cuenta

algunas recomendaciones:

- Una de las principales recomendaciones es que se debe

preparar los materiales 24 hrs. antes de realizar la practica.

- Para obtener los pesos exactos es necesario calibrar la balanza.

- También es necesario usar una buena cantidad de suelo para

que así no tener ningún tipo de problemas.

- Tomar en cuenta el peso inicial para poder controlar los

diferentes pesos de las partículas.

- También es necesario tener cuidado con los instrumentos

utilizados.


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Densidad en Sitio1