Densidad de Campo Diapositiva
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Universidad Nacional de Ingeniera Fic Cismid
Ing. Luis Chang ChangLaboratorio GeotcnicoCentro Peruano Japons de Investigaciones Ssmicas y Mitigacin de Desastres (CISMID)
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ndice1. Objetivo2. reas de ejecucin3. Metodologas4. Mtodo Cono de Arena (ASTM D 1556) 4.1 Alcance 4.2 Importancia del uso 4.3 Elementos necesarios 4.4 Hallar el volumen del recipiente 4.5 Densidad volumtrica de la arena 4.6 Calibracin de la arena 4.7 El ensayo
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5. Mtodo Densidad y Peso Unitario por el Globo de Hule (ASTM D 2167)6. Mtodo Nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).7. Valores tpicos
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La densidad es una medida del estado deempaquetamiento de las partculas del suelo ypara esto la densidad seca es una de las medidasmas apropiadas.
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1. Objetivo
Determinar la densidad y peso unitario en unasuperficie de un suelo acabado y compactadopor medios mecnicos tales como:- Rodillo (liso o vibratorio).- Rodillo neumticos.- Rodillo pata de cabra.- Compactador manual (plancha).- Compactador de impacto.- Haber realizado una pre carga.- Pisn manual, etc.
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2. reas de ejecucin
- Rellenos compactados.- Presas de tierra (durante la construccin).- Estructuras de pavimentos ( sub rasante, sub-base, base).- Pista de aterrizaje (aeropuertos).- Terrapln para vas frreas.- Cimentaciones de canales.- Fondos de piscina, veredas, losa deportiva,estructuras para pisos, almacenes, silos, parquesde estacionamiento, etc.
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3. Metodologas
El ensayo de Densidad de Campo In Situ sepuede realizar mediante 3 mtodos:
1. Densidad del suelo por el Cono de Arena( ASTM D 1556 ).
2. Densidad y peso unitario por el Globo de Hule( ASTM 2167).
3. Densmetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).
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4. Mtodo Cono de Arena (ASTM D 1556)4.1 Alcance- Determina la densidad in situ de suelos.- En algn material que pueda ser excavado.- No usar en suelos que comprometan la salud.- Se limita a suelos saturados y muy blandos o muysueltos.
4.2 Importancia del Uso- El mtodo es ampliamente usado.- Determina densidad depsitos naturales yterraplenes.
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4.3 Elementos necesarios
- Recipiente de plstico o metal (4000 cm3)- Cono metlico- Base metlica con un crculo hueco- Esptula y cuchara- Balanza (capacidad 10 k.)- Termmetro y wincha- Recipiente para contenido de humedad- Arena calibrada (malla No. 10 y No. 60)- Comba y cincel- Bolsas plsticas.
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Fig. 1. Aparato Cono de Arena parael Ensayo Densidad de Campo.
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Fig. 2. Aparato de Densidad de Campo (ASTM D1556).
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Fig. 3. Equipo mnimo de Densidad de Campo.
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4.4 Hallar el volumen del recipiente1. Pesar el recipiente + Cono vaco. (m1)2. Llenar de agua al recipiente hasta el nivel dela vlvula.3. Pesar recipiente + Cono vaco + agua. (m2)4. Tomar la temperatura del agua. (K)Repetir el procedimiento 6 veces y promediar.Calcular: V1= K(m1-m2)V1= volumen del recipiente en cm3.K = correccin To C (cm3/g).mi= pesos del recipiente, Cono y agua.
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4.5 Densidad volumtrica de la arena- Colocar el aparato vaco, vlvula cerrada, con el Conohacia arriba y llenarlo con arena. Abra la Vlvula.- Llenarlo del modo anterior hasta la mitad. Abra lavlvula y llenarlo totalmente. Cirrelo y vaciar elexceso de arena del Cono.- Pesar arena en el recipiente + Cono (m3)- Calcular la densidad volumtrica de la arena. m4= m3 m1 (g) d s = m4/V1 (g/cm3)
m4 = masa de arena para llenar el aparato (g) d s = densidad volumtrica de la arena (g/cm3)
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4.6 Calibracin de la arena
- Tamizar arena seca entre las mallas No. 10 yNo. 60 Cu < 2. Arena de tamao uniforme yforma sub redondeada y redondeada.- Lavar la arena en la malla No. 200 y secarlaen el horno.- Medir el volumen y pesos de la arena en elrecipiente tantas veces como fuera posible detal manera se conocer el d y M.- Tomar 6 muestras de arena para realizar elensayo de gravedad especfica y hallar Gs .
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4.7 El ensayo- Conocer el peso del Cono sin arena, con arena y elvolumen del recipiente.- Colocar la base en la superficie nivelada, excavar enforma cilndrica hasta la profundidad a investigar. Pesarla muestra extrada.- Colocar el Cono de arena. Abrir la vlvula, llenar elhueco y el Cono inferior con arena. Retirar el Cono.- Extraer la arena sobrante del Cono inferior y pesarlocon lo anterior.- Extraer la arena del hueco y pesarlo.- Calcular el volumen del hueco.- Determinar la d de la capa investigada.
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5. Mtodo Densidad y Peso Unitario por el Globo de Hule (ASTM D 2167)El procedimiento es similar al del mtodo del Cono dearena; se hace un hueco de prueba y se determinan elpeso hmedo del suelo retirado del hueco y sucontenido de agua. Sin embargo, el volumen del huecose determina introduciendo a ste un globo de hulecon agua de un recipiente calibrado, del cual elvolumen se lee directamente.El peso especfico seco del suelo compactado sedetermina usando la ecuacin: gd = W/VW = peso seco del suelo excavado del hueco (k)V = volumen del hueco (m3).
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Fig. 4. Aparato Globo de Hule.
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Fig. 5. Aparato Globo de Hule.
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6. Mtodo Nuclear (ASTM D 2922 y D 3017)
Los medidores nucleares de densidad son ahora usadoscon frecuencia para determinar el peso especfico secocompactado de suelo. Los densmetros nucleares operanen huecos taladrados o desde la superficie del terreno.El aparato mide el peso de suelo hmedo por volumenunitario y tambin el peso del agua presente en unvolumen unitario de suelo. El peso especfico secode suelo compactado se determina restando el peso delagua del peso especfico hmedo del suelo.
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Fig. 6. Aparato Densmetro Nuclear.(ASTMD 2922 y D 3017).
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7. Valores Tpicos
Despus de muchos ensayos realizados ensuelos naturales se ha llegado ha establecerunos rangos de valores caractersticos y se hanagrupado como: arena y grava, arena, arcilla ysuelos rojos tropicales.
Ver la siguiente tabla.
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Valores Tpicos de Densidad Natural
Densidad Natural (k/m3) Material Densidad Volum. Densidad Seca Muy suelta 1700 1800 1300 1400 Suelta 1800 1900 1400 1500 Medio densa 1900 - 2100 1500 1800 Densa 2000 2200 1700 2000
Arena y grava
Muy densa 2200 - 2300 2000 - 2200 Pobremente gradada 1700 - 1900 1300 1500 Bien gradada 1800 - 2300 1400 2200
Arena
Mezcla arena bien gradada + grava
1900 - 2300 1500 - 2200
Lodo no consolidado 1600 1700 900 1100 Blanda, agrietada 1700 1900 1100 1400 Tpica, norm. Cons. 1800 2200 1300 1900
Arcilla
Morrena (sobrecons) 2000 - 2400 1700 - 2200 Suelos Rojos Tropicales 1700 - 2100 1300 - 1800
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Foto 1. El tcnicollena arena calibrada alrecipiente para pesarloy utilizarlo en el ensayoque se denominaDensidad de Campo.Se observa la balanza,el Cono metlico, labase, el recipiente deplstico y la arenacalibrada que lotransporta en una bolsa.
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Foto 2. La basemetlica puestaen la superficiehorizontal y seexcava segn eldimetro de labase. Se observaque el suelo esarena limosa,medio densay se realiza elensayo a 1.20 m.
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Foto 3. La basey la cuchara. Lapared interior eslo mas perfiladaposible. Se haextrado toda lamuestra hasta laprofundidad queespecifica eldiseo.
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Foto 4. En la base secolocar el Cono y elrecipiente con arenacalibrada.
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Foto 5. El tcnicoest pesando elmaterial extradode la capa que seest investigandopara llevarlo allaboratorio ytomar muestrapara el contenidode humedad.
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Foto 6. El cono estsobre la base paraque la vlvula seaabierta, se llene elhueco y el Conocon arena calibrada.
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Foto 7. El Cono yel recipiente estcolocado sobre labase metlica.
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Foto 8. El tcnicoest llenando laarena sobrante alrecipiente para serpesado.
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Foto 9. Despus dellenar el hueco sepesa la arena quesobra en la botellade plstico.
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Foto 10. El tcnicoest pesando laarena sobrante.
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INFORME : LG01-159
SOLICITANTE : MTC - PRT - PERT
PROYECTO : Evaluacin de la Carretera Corral Quemado - Ro Nieva
UBICACION : Dpto. Amazonas
FECHA : Diciembre, 2001
IDENTIFICACION
Progresiva (Km)
Lado
Tipo de capa
Profundidad (m)
DENSIDAD
Densidad de la arena (g/cm)
Peso del frasco + arena (g)
Peso del frasco + arena sobrante (g)
Peso del cono de arena (g)
Peso del suelo (g)
Densidad hmeda (g/cm)
HUMEDAD
Peso de la tara (g) 14.67 14.76 13.17 14.75 15.89 12.40
Peso de la tara + suelo hmedo (g) 141.02 152.10 142.93 145.46 144.03 139.03
Peso de la tara + suelo seco (g) 136.70 147.11 132.20 134.73 136.05 131.35
Contenido de humedad (%) 3.5 3.8 9.0 8.9 6.6 6.5
RESULTADOS
Contenido de humedad (%)
Densidad seca (g/cm)
OBSERVACION :
3.7
1.34
11000
4945
1658
11000
4585
1.34
1658
Izquierdo
259 + 000
Izquierdo
1.642.08
9.0
7666
2.16
5880
1.79
D 20 - 1 D 20 - 2
0.10 - 0.25 0.30 - 0.45
Base Sub Base
259 + 000 259 + 000
Izquierdo
Suelo Natural
6.5
1.34
11000
4756
1658
6445
1.88
1.20 - 1.35
D 20 - 3
Los ensayos se realizaron a 0.40 m del borde del pavimento.
1.77
ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPOMtodo del Cono de Arena ( ASTM - D1556 )
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Bibliografa
- Bowles, Joseph E. (1981), Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil. McGraw-Hill BookCompany.
- Bowles, Joseph E. (1984), Physical and Geotechnical Properties of Soils. McGraw-Hill Book Company.
- Das, Braja M. (2001), Fundamentos de Ingeniera Geotcnica, Thomson Learning.
- Das, Braja M. (2001), Principios de Ingeniera de Cimentaciones, International Thomson Editores.
- Head, K. H. (1980), Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 1, 2. Pentech Press London: Plymouth.
- JICA TIATC (1988), Irrigation and Drainage Course, Soil Test
- Lambe, T. W. (1951), Soil Testing for Engineers, John Wiley and Son, New York.
- McCarthy, David F. (1988), Essentials of soil Mechanics and Foundations: Basic Geotechnics, Prentice Hall,Englewood Cliffs, New Jersey 07632.
- Universidad Nacional de Ingeniera FIC ( ), Laboratorio de Mecnica de Suelos.
- Valle Rodas, Ral (1982), Carreteras, Calles y Aeropistas, Editorial El Ateneo.
- Vivar Romero, Germn (1990-1991), Diseo y Construccin de Pavimentos, Ediciones CIP.