Peso unitario del suelo in situ

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA DE SUELOS II

PRÁCTICA N° 02

TEMA:

“Peso unitario del suelo in situ”

Grupo N° 03

INTEGRANTES:

• Ayala Cruz John Stalin
• Catucuamba Cacoango Diana Marisol
• Estacio Bastidas Omar Alejandro
• Logacho Morales Andrea Estefanía
• Molina Freire Wilson Steven

Semestre:        5                                                Paralelo: 1

Profesor: Ing. Diego Cárdenas

Fecha de Realización: 2018 – 10 – 15

Fecha de Entrega: 2018 – 10 – 22

Septiembre 2108 – Febrero 2019

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1. INTRODUCCIÓN

DENSIDAD

“Es una propiedad física característica de cualquier materia. Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo (m/v); es decir, es la cantidad de materia (masa) que tiene un cuerpo en una unidad de volumen. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico, pero por razones prácticas se utiliza normalmente el gramo por centímetro cúbico. Cada sustancia, en su estado natural, tiene una densidad característica.” (Concepto Definicion, 2013)

Para el campo de estudio de la mecánica de suelos, la densidad es una propiedad sumamente importante en el estudio de una muestra de suelo, pues en base a esta se pueden calcular su peso específico y con esto y su porcentaje de humedad, todas sus relaciones fundamentales. Esto nos sirve para determinar los esfuerzos existentes en un determinado estrato de suelo, lo que es de suma importancia a la hora de realizar el cálculo de cimentaciones. Existen varios métodos para el cálculo de la densidad en el campo, entre los cuales se encuentran 3 principales, el método del cono de arena, el método del densímetro eléctrico y el método del densímetro nuclear, los cuales detallaremos a continuación. Así mismo, estos se utilizan para determinar el grado de compactación de un suelo en base a su densidad, lo cual también es una característica de gran importancia a la hora de diseñar cimentaciones.

Método del cono de arena

“La 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 método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de un hoyo, el cual se realiza sobre la capa de material ya compactada.

Es importante aclarar que este ensayo únicamente puede aplicarse para suelos granulares y que sean cohesivos. Así mismo, se deben evitar las vibraciones en el lugar en cual se está ejecutando el ensayo, pues esto causará que la arena se compacte y el resultado del volumen obtenido no será real.” (Badillo, 2012)

Densímetro nuclear

“Un Densímetro Nuclear es un equipo que emite radiaciones Ionizantes. Se utiliza para medir la humedad y densidad de suelos bases, hormigón y asfalto. Se usa mucho en la Geología.

Procedimiento para el trabajo en terreno

Al llegar a la obra el laboratorista debe identificar posibles focos de accidente. Antes de la toma de muestra debe procurar buscar un lugar seguro para realizar su procedimiento laboral.

Mantener siempre estado de alerta para identificar medidas de seguridad y estar siempre atentos a señalizaciones, bocinas de precaución o alerta y posibles eventos que puedan presentarse durante se realicen labores.” (WikiCharlie, 2016)

Densímetro eléctrico

“El Densímetro Eléctrico (EDG) es una alternativa no nuclear en la determinación de la humedad y densidad de los suelos compactados usados en las bases, Sub-bases y fundaciones. Instrumento portátil, accionado por batería que se puede utilizar en cualquier lugar sin los problemas asociados a la seguridad nuclear. 

• No requiere de un técnico con licencia o alto entrenamiento.
• No requiere de un tratamiento especial para transporte ni cumplimiento de regulaciones para materiales peligrosos.
• Fácil de aprender y de utilizar con su menú guiado paso a paso.
• Liviano y fácil de transportar.
• Su exactitud y repetitividad con resultados comparables a los mejores métodos de ensayo.” (Kessel, 2015)

Fuente:

Badillo, J. (2012). Mecánica de suelos. México: Lambe.

Concepto Definicion. (21 de Agosto de 2013). Definición de Densidad. Obtenido de Definición de Densidad: https://conceptodefinicion.de/densidad/

Kessel. (Octubre de 2015). Densímetro Eléctrico. Obtenido de Densímetro Eléctrico: http://www.hwkessel.com.pe/productos-destacados/densimetro-electrico

WikiCharlie. (12 de Enero de 2016). Densímetro Nuclear. Obtenido de Densímetro Nuclear: https://wikicharlie.cl/w/Dens%C3%ADmetro_Nuclear

1. OBJETIVOS

1. OBJETIVOS GENERALES

• Determinar la densidad in situ del suelo por medio del método del cono y arena.
• Identificar los factores que modifican la densidad in situ y obtenida en el laboratorio.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Calcular el peso unitario del suelo seco y el contenido de agua del suelo en el campo.
•  Evaluar el grado de compactación que presenta el suelo y la diferencia de contenido de agua.

1. EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

1. EQUIPO

• Frasco y cono de medición
• Arena estándar (que pasa el tamiz N°20 y es retenido en el tamiz N°30).
• Balanza Digital ( A ± 0.001 kg)

1. HERRAMIENTAS

• Martillo
• Cincel metálico
• Cuchara
• Recipiente metálico
• Clavos de Acero
• Brocha

1. MATERIALES

• Fundas de plástico

1. PROCEDIMIENTO

1. DESCRIPCIÓN E IDENTIFICACIÓN DEL SUELO

1. Se toma una porción del suelo para por identificarlo siendo en nuestro caso un suelo fino, de humedad baja, plasticidad baja y una consistencia blanda.
2. Según el reconocimiento visual se puede decir que este suelo es inorgánico de color marrón

1. DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DEL SUELO IN SITU.

1. Determinar el peso del recipiente plástico en el que posteriormente se colocara la arena, haciendo uso de la balanza de electrónica.
2. Determinar el peso del frasco con el cono y la arena, teniendo en cuenta el número del frasco.
3. Escoger un lugar lo más plano y uniforme posible para la excavación del agujero.
4. Limpiar y enrasar la superficie donde se ubicara la placa- base y colocarla sobre ésta posteriormente.
5. Clavar en el suelo clavos de 3 pulgadas, uno por lado de la placa-base con ayuda del martillo, para ajustar la misma y asegurar que no se mueva durante la realización del agujero.
6. Excavar a través del orificio de la placa base con ayuda del cincel metálico y el martillo, hasta una profundidad aproximada de 10 (cm).
7. Retirar el suelo excavado con ayuda de la cuchara metálica y depositarlo en la funda, cerrando la misma mientras no se coloque suelo en ella, para no perder humedad.
8. Dar los últimos detalles al agujero con el cincel y la cuchara metálica.
9. Retirar lo que resta de suelo en la placa-base con ayuda de la brocha y lo que quedo en el agujero con la cuchara.
10. Cerrar adecuadamente la funda que contiene el suelo e identificarlo para pesarlo posteriormente.
11. Colocar una funda plástica en el agujero, cubriendo toda la superficie del mismo así como también gran parte de la placa-base.
12. Ubicar el frasco con el cono y la arena ya pesados, invertidos, apuntando el diámetro mayor del cono hacia el orificio de la placa-base.
13. Abrir la válvula del cono con ayuda del playo, y esperar hasta que el nivel de arena en el frasco sea constante.
14. Cerrar la válvula y retirar cuidadosamente el frasco con el cono y la arena restante.
15. Determinar el peso del frasco con el cono y la arena restante en la balanza de electrónica.
16. Extraer cuidadosamente la arena ubicada en el agujero y en la placa base, depositándola en su respectivo recipiente plástico.
17. Determinar el peso de la arena más el recipiente plástico en la balanza electrónica.

1. DETERMINACIÓN DEL PESO DEL SUELO Y SU CONTENIDO DE AGUA.

1. Determinar en la balanza electrónica el peso de un recipiente metálico.
2. Colocar el suelo identificado y extraído del campo en el recipiente metálico.
3. Pesar el suelo más el recipiente en la balanza electrónica.
4. Colocar el recipiente metálico y llevar al horno.
5. Retirar el recipiente metálico con las muestra de suelo al día siguiente y determinar el contenido de humedad del suelo.

1. CALIBRACION DEL EQUIPO

A. Densidad de la Arena de Ottawa

1. Con el calibrador realizar la medición del recipiente tanto de la altura como del diámetro interno.

2. Determinar el Volumen del Recipiente (Vr).

3. Determinar el peso del recipiente (Wr).

4. Llenar el recipiente con arena y pesar del recipiente más arena. (Wr+s)

5. Calcular la masa (Ws) y la densidad (ρaren) de la arena.

B. CALIBRACIÓN DEL VOLUMEN DEL CONO SOBRE LA PLACA-BASE

1. Determinar y registrar el peso del frasco y arena seca en conjunto (W4); colocar el cono en el frasco.
2. Colocar la placa-base sobre la mesa de trabajo limpia y el cono en coincidencia sobre la escotadura.
3. Abrir la válvula del cono con ayuda de un playo y esperar que la arena llene el orificio de la placa—base y el cono.
4. Cerrar la válvula y retirar el frasco y cono. Determinar el peso del frasco y el resto de la arena contenida después del ensayo (W5).
5. Calcular el peso de la arena utilizada para llenar el cono y el orificio de la placa—base restando el peso del conjunto (W4) y (W5).
6. Obteniendo la densidad de la arena (ρaren) calcular el Volumen del cono (Vc)

1. CODIFICACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

1. CÁLCULOS TÍPICOS

(Los cálculos deben ser realizados a mano en hojas de papel bond)

1. CONCLUSIONES

1. Referentes a los Resultados Arrojados en la Práctica

      Molina Freire Wilson Steven

• Al calcular la densidad in situ mediante el método del cono de arena nos damos cuenta que obtenemos resultados precisos, además este es el método más empleado para determinar la densidad de un suelo en obra.(
• Al efectuar la calibración, se obtuvo la densidad de la arena empleada, la cual tiene un valor de gr/ cm3. 
• Este ensayo de laboratorio es muy interesante, puesto que por medio de él podemos conocer el grado de compactación de una capa de suelo en campo, es muy sencillo no necesita mucho tiempo (con excepción de esperar que se seque la muestra extraída del suelo).

Estacio Bastidas Omar Alejandro

• El método del cono de arena es el más antiguo de los métodos y su valor es el más cercano a la realidad. El único inconveniente es la demora a la hora de obtener los resultados, en lo cual, son más convenientes los otros métodos.
• El densímetro nuclear tiene la limitante de todos los permisos y restricciones requeridas para el manejo del mismo, dado que se necesita personal altamente calificado para maniobrar el artefacto, así como consideraciones de salud por la radiación emitida por este.
• El densímetro eléctrico es una muy buena opción, su único inconveniente es que requiere hacer un análisis detallado de la muestra de suelo antes de realizar el ensayo, lo que puede traducirse en un mayor costo, sin embargo, arroja resultados sumamente precisos si se conocen las propiedades del suelo estudiado.

Logacho Morales Andrea Estefanía

• Se consiguió el peso unitario del suelo seco extraído de la Universidad Central Del Ecuador en las zonas verdes del mismo, dando un valor de 1.047 g/cm3, mediante el cual nos permitirá saber el grado de compactación existente el sitio, para así en posteriores futuras construcciones tomar las consideraciones necesarias para saber en qué tipo de suelo se está trabajando y el uso que se le puede dar.
• Por razones de estudio y no comerciales se tuvo que realizar estos dos ensayos con diferentes suelos, por lo tanto los valores encontrados sirvieron como referencia a lo que se realiza en un trabajo de compactación de suelo ya que se pudo determinar el grado de compactación y contenido de humedad que da como resultado los valores anteriormente descritos.
• Comparando los resultados obtenidos del ensayo “proctor modificado” y el ensayo de “cono y arena” podemos apreciar que existe una diferencia notable en los pesos unitarios resultantes, siendo de 1,286   para el ensayo “proctor modificado “y de 1,047     para el ensayo de “cono y arena “. La variación en los resultados es a causa de que los suelos ensayados para ambos casos son de diferente procedencia. [pic 3][pic 4]

Catucuamba Cacoango Diana Marisol

• Cualquier suelo u otro material que puede ser excavado con herramientas de mano puede ser ensayado, siempre y cuando los vacíos o las aberturas de los poros en la masa son lo suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo se introduzca en los vacíos naturales. El suelo u otro material siendo ensayado deberá tener la suficiente cohesión o atracción entre partículas para mantener estable los lados de un hueco pequeño o excavación.
• Este método sirve para suelos que no contiene cantidades apreciables de rocas o de material grueso de tamaño superior a 38mm de diámetro, caso contrario los resultados que nos arrojaría no serían valídos ya que obtendríamos una densidad errónea no podríamos analizarla, en comparación a los resultados que obtenemos son correctos ya que era un suelo arenoso con un diámetro menor al aceptable, esto se puede verificar en la norma ASTM D4917 o la ASTM D5030.
• Obtuvimos  una densidad de 2165 kg/cm³ lo cual podemos sacar el grado de saturación del suelo y podemos observar y analizar la compactación que tiene el tipo de suelo .

1. Referentes a la Carrera de Ingeniería Civil

      Molina Freire Wilson Steven

• Este ensayo es de mucha importancia y de mucho uso en lo que respecta al campo de carreteras, ya que sirve parar medir el grado de compactación del suelo, sobre el cual va a ir la capa de rodadura.
• Este método de ensayo generalmente es utilizado para determinar la densidad seca del suelo para la construcción de terraplenes, rellenos viales y rellenos estructurales entre otros. .

      Estacio Bastidas Omar Alejandro

• En una obra civil, el método más conveniente en nuestro medio si no se cuenta con una gran cantidad de recursos es el método del cono de arena, pues este se puede realizar en casi cualquier condición sin necesidad de personal altamente calificado.
• Si se busca rapidez en los resultados, es conveniente el uso del densímetro nuclear, sin embargo, se debe tener en cuenta todas las recomendaciones de seguridad para evitar inconvenientes relacionados a la radiación.

Logacho Morales Andrea Estefania

• Al conocer el contenido de humedad, la densidad del suelo seco dentro de una obra y a su vez a través de un ensayo de compactación la densidad máxima del suelo seco nos permitirá estimar el grado de compactación del suelo ensayado, valor el cual nos permite conocer el tipo de uso que se le puede dar dentro de una obra civil al suelo.
• El método de “cono y arena”, es bastante antiguo y para obtener los resultados del terreno se requiere varios días, Afortunadamente existen otros métodos como por ejemplo el “Densímetro Nuclear”, el cual a diferencia del anterior es un método no destructivo y arroja resultados inmediatos, lo cual es muy útil para realizar rápidamente el ensayo y no retrasar el proyecto. Sin embargo, el costo del densímetro es más elevado que el método de cono y arena, lo cual es una desventaja.  

Catucuamba Cacoango Diana Marisol

• Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo compactados utilizados en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica o a un porcentaje de la densidad máxima determinada por un método de ensayo estándar.
• El método de de “cono de arena” es el más preciso pero en comparación con el Decímetro eléctrico y el Decímetro nuclear son mejores estos ya que obtenedremos  resultados en un tiempo muy corto, pero al ser mucho más costosos no se utilizan mucho. Aunque tampoco estos tipos de métodos no son muy utilizados al no ser más comercializados en nuestro país.

1. RECOMENDACIONES

1. Referentes a los Resultados Arrojados en la Práctica 

      Molina Freire Wilson Steven

• El terreno no debe tener exceso de humedad, ya que la arena podría esponjarse, adquiriendo una densidad impredecible.
• Que en el momento de realizar las medidas o pesadas del material se debe tener la mayor precisión posible, además de manejar los equipos con mucho cuidado.
• Todo el suelo extraído se lo debe extraer del hueco con mucho cuidado y evitando la posible pérdida de muestra. 

Estacio Bastidas Omar Alejandro

• Es importante la calibración de la arena una vez se ha llevado a cabo el ensayo, pues en caso de existir impurezas en la misma, su densidad no será la misma, lo que puede llevar a errores en la determinación de la densidad de los suelos.
• Se debe llevar una base de datos de las muestras de suelo estudiadas a la hora de realizar ensayos con el densímetro eléctrico, pues con esto, se acercará los resultados a la realidad al tener pleno conocimiento de las condiciones del suelo

Logacho Morales Andrea Estefanía

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