pesos volumetricos
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Práctica 7 de Mecánica de Suelos del plan de Estudios de la Universidad Autónoma ChapingoTRANSCRIPT
I. INTRODUCCIÓN
El hecho de que para medir la resistencia, compresibilidad, permeabilidad y el resto de las
propiedades relevantes de los suelos requiera pruebas especializadas, que requieren
laboratorios con un cierto equipo y largo tiempo de ejecución para controlar un proceso de
compactación de manera normal, nos lleva a buscar alguna característica del suelo compactado
que de alguna forma nos dé una idea sobre dichas con suficiente confiabilidad y que además se
pueda conocer de manera rápida, concluyéndose que la característica buscada era el peso
volumétrico seco, el cual varía cuando varía el volumen de suelo (Rico y Castillo, 1992).
Con la prueba de peso volumétrico seco se redujo el tiempo de espera de resultados para el
contratista, de manera que las pruebas pueden ser llevadas a cabo en campo y obtener
resultados en el mismo día, facilitando la ejecución de compactación en área de trabajo (Rico y
Castillo, 1992).
II. OBJETIVO
Conocer los métodos que existen para la obtención de pesos volumétricos de suelo en las
pruebas de compactación así como aplicar algunos de estos métodos para obtener el Grado ce
Compactación (Gc) con fines ilustrativos.
III. REVISIÓN DE LITERATURA
1. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE PESOS VOLUMÉTRICOS
Existe gran diversidad de métodos para la obtención del peso volumétrico en campo, los cuales
en determinado momento deberán adaptarse al tipo de material y a las condiciones en que
éste se encuentre. La determinación del peso específico o volumétrico en el lugar, consiste
esencialmente en hacer una excavación en el sitio de prueba elegido, pesar el material extraído
y relacionar este peso con el volumen del sondeo.
Los ensayos para determinar los pesos volumétricos del suelo seco In – Situ se pueden resumir
en:
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Densidad del suelo por el Cono de Arena (ASTM D 1556).
Densidad y peso unitario por el Globo de Hule (ASTM – 2167).
Densímetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).
Método de la probeta.
1.1 MÉTODO DE LA PROBETA
Éste método consiste en utilizar una probeta de 1000 ml de volumen, la cual se va a llenar de
arena de graduación 20 – 30 hasta los 1000 ml, pero debemos tener cuidado al verter la arena
en la probeta, ya que no debemos de agitarla ni moverla bruscamente, ya que se puede
compactar y el volumen que midamos no sería el correcto; por ello, la arena es vertida sobre la
probeta de forma suave, y cuando llenamos la probeta, ésta se va girando lentamente para
hacer que la arena pierda cualquier compactación que haya ocurrido (Rico y Castillo, 1992).
Una vez que tenemos los 1000 ml de volumen de arena de Ottawa bien medida y no
compactada, procedemos a verter la arena lentamente sobre la excavación que realizamos,
hasta rellenar toda la excavación que realizamos. Después, por diferencia de volúmenes
determinamos el volumen utilizado en la excavación, y con ello determinamos el contenido de
humedad y la densidad del suelo (Rico y Castillo, 1992).
1.2 METODO DEL CONO DE ARENA
Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo compactado utilizado 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 (Proctor). Este método puede es usado para determinar la densidad in-situ de suelos
naturales, agregados, mezclas de suelos u otro material similar (Campos y Vásquez, 1992).
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Figura 1. Cono para la arena y sus aditamentos.
1.2.1 Condiciones en las que se puede llevar a cabo el método
El uso de este método está generalmente limitado a un suelo en una condición no saturada y
no es recomendable para suelos que son blandos o fáciles de pulverizar o que estén en una
condición de humedad tal que el agua escurra en un hueco excavado a mano. La precisión del
ensayo puede ser afectada para suelos que se deforman fácilmente o que sufran cambios
volumétricos en el hueco excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del
hueco durante la prueba (Campos y Vásquez, 1992).
Se puede usar con cualquier suelo u otro material que puede ser excavado con herramientas de
mano, siempre y cuando los vacíos o las aberturas de los poros en la masa sean lo
suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo se introduzca en los
vacíos naturales. Así mismo, el suelo ensayado deberá tener la suficiente cohesión o atracción
entre partículas para mantener estable los lados de un hueco pequeño o excavación y éste
deberá ser lo suficientemente firme para soportar las presiones pequeñas ejercidas al excavar
el hueco y colocar el aparato sobre él, sin deformarse o desplazarse (Campos y Vásquez, 1992).
1.3 DENSIDAD Y PESO UNITARIO OBTENIDOS EN EL MEDIDOR HIDRÁULICO
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El procedimiento es similar al del método del Cono de arena; se hace un hueco de prueba y se
determinan el peso húmedo del suelo retirado del hueco y su contenido de agua. Sin embargo,
el volumen del hueco se determina introduciendo a éste un globo de hule con agua de un
recipiente calibrado, del cual el volumen se lee directamente. El peso específico seco del suelo
compactado se determina usando la ecuación: Gd = W/V, W = peso seco del suelo excavado del
hueco (k). V = volumen del hueco (m3).
Imagen 1. Equipo de globo de hule
1.4 DENSÍMETRO NUCLEAR
Los medidores nucleares para medir la densidad son ahora usados con frecuencia para
determinar el peso específico seco compactado de suelo. Los densímetros nucleares operan en
huecos taladrados o desde la superficie del terreno. El aparato mide el peso de suelo húmedo y
el peso del agua por volumen unitario de suelo, el peso específico seco de suelo compactado se
determina restando el peso del agua del peso específico húmedo del suelo.
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Imagen 2. Densímetro nuclear.
1.5 CARACTERÍSTICAS DE LA ARENA EMPLEADA EN EL MÉTODO DEL CONO Y DE LA
PROBETA.
De acuerdo a Campos y Vásquez (1992), la arena empleada en el método de la Probeta y el
método del Cono, debe cumplir con los siguientes requerimientos.
Arena, deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que discurra libremente.
Su coeficiente de uniformidad (Cu = D60/D10) debe ser menor que 2.0, un tamaño máximo de las partículas menor que 2.00 mm (malla N° 10) y menos del 3% en peso que pase los 250 μm (malla N° 60).
La graduación deberá ser determinada de acuerdo con el Método D136 Se necesita arena libre de finos y partículas de arena fina para prevenir cambios
significativos en la densidad de la masa con las alteraciones diarias en la humedad atmosférica.
La arena debe tener partículas naturales redondeadas o subredondeadas, triturada o que tenga partículas angulares pueden no tener un libre escurrimiento, por lo que esta condición puede causar una acción puente y por lo tanto imprecisión en la determinación de la densidad.
Para seleccionar la arena de una cantera potencial, se debe determinar cinco densidades de masa por separado, las cuales tienen que ser hechas para cada recipiente o saco de arena.
Es una arena aceptable si la variación entre cualquier determinación y el promedio no es mayor del 1% del promedio.
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Antes de usar la arena en las determinaciones de la densidad, ésta debe estar seca, luego dejar que tome la humedad del aire del sitio donde va a ser usada.
La arena no podrá volver a usarse si es que no se ha eliminado cualquier suelo contaminante y verificado la gradación y secado.
Los ensayos de densidad de masa deberán ser hechos en intervalos que no excedan los 14 días, siempre después de cualquier cambio significativo en la humedad atmosférica, antes de volver a usar la arena y antes de usar un nuevo material previamente aprobado.
2. EFICIENCIA DE COMPACTACIÓN EN OBRA O GRADO DE COMPACTACIÓN
La eficacia de la compactación se refiere al grado de compactación se refiere a la relación que
existe entre el peso volumétrico seco actual del suelo y el obtenido en laboratorio mediante la
prueba Proctor (comúnmente). Dicha eficiencia depende, entre otros factores, de:
• Naturaleza del suelo a compactar.
• Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de
contacto, frecuencia de vibración, etc.
• La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de
volumen durante el proceso mecánico de que se trate).
• Contenido de humedad del suelo.
• Cantidad y espesor de las capas del terraplén.
• Número de pasadas del equipo de compactación. Los métodos usados para la
compactación dependen del tipo de suelo.
Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas
vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos:
rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos (Rosetti & Begliardo, 2005).
IV. METODOLOGÍA
a) Material empleado
Barretas Probeta
Cono de metal acoplado a frasco de vidrio lleno de arena
Base metálica el cono
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Bolsas Balanza Horno
Malla No. 20 y 30 Brocha
b) Método del Cono.
Despejamos de basura o cobertura vegetal una pequeña área donde se va a poner la
base de acero del cono de arena, después se efectuó una excavación dentro de la base
de arena y el suelo obtenido se guardó en una bolsa para posteriormente pesarlo.
Posteriormente se colocó sobre esta base, el cono doble lleno en su parte superior con
arena fina de graduación 20 – 30, en este caso arena de Ottawa, previamente pesada y
calibrada con exactitud. Después se abrió la válvula y la arena fluyó hacia abajo, hasta
llenar completamente el hueco de la excavación y el cono interior. Se procedió a cerrar
la válvula, a remover el cono doble y después a pesarlo en laboratorio para conocer el
volumen de la muestra de suelo excavada, el cual se calculó a partir del volumen de
arena empleado y densidad de la misma. Se tomó una muestra de suelo aparte para
obtener un testigo del contenido de humedad.
c) Método de la Probeta:
La determinación del peso volumétrico seco con este método se llevó a cabo de la
misma forma que el método del cono, con la excepción de que en este no fue necesaria
la determinación del peso de arena empleado.
Para este método se hizo una pequeña excavación en el suelo en forma de un cubo de 5
cm aproximadamente. El suelo resultante se recolecto para posteriormente pesarlo y
obtener un testigo de humedad. Con ayuda de una probeta llena de arena, se llenó la
excavación con la arena y se registró el volumen empleado, el cual se empleó para el
cálculo de del peso volumétrico de suelo húmedo.
Una vez que se obtuvo el peso volumétrico húmedo y el testigo de humedad para cada uno de
los métodos, se procedió a calcular el peso volumétrico del suelo seco y el Grado de
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Compactación, referido a un valor de Peso Volumétrico Óptimo obtenido a partir de la prueba
Proctor.
Imagen 3-4.. Frasco de vidrio con arena y cono metálico acoplado y Medidor Hidráulico
V. RESULTADOS
En las siguientes tablas se presentan los dados correspondientes a las mediciones hechas en
laboratorio así como los valores calculados para los pesos volumétricos del suelo seco por los 2
métodos empleados.
Tabla 1. Datos referentes al método de la Probeta.
Parámetros Valor UnidadPeso Excavado 0.743 kg
Volumen Final de Arena 1000 cm3
Volumen Inicial de Arena 590 cm3
Volumen Excavado 410 cm3
%HumedadNo. Tara 1
Peso de Tara 16.41 grPeso de Tara + Suelo Húmedo 98.31 gr
Peso de Tara + Suelo Seco 81.84 grPeso del Agua 16.47 gr
%H 25.17 %Peso Volumétrico Húmedo 1812.20 kg/m3
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Peso Volumétrico Seco 1447.76 kg/m3
Tabla 2. Datos referentes al método del Cono.
Parámetros Valor UnidadProfundidad 0-30 cm
Peso de Suelo Excavado 1.723 kgPeso Inicial Frasco + Cono 7.759 kg/m3
Peso Final Frasco + Cono 4.089 kgPeso de Arena Utilizada 3.67 kgPeso de Arena en Cono 1.915 kgPeso de Arena en Pozo 1.755 kg
Peso Volumétrico de la Arena 1525 kg/m3
Volumen del Pozo 1150.82 cm3
%HumedadNo. Tara No. 10
Peso de Tara 15.9 grPeso de Tara + Suelo Húmedo 81.46 gr
Peso de Tara + Suelo Seco 70.77 grPeso de Agua 10.69 gr
%H 19.48 grPeso Volumétrico Húmedo 1497.19 kg/m3
Peso Volumétrico Seco 1253.07 kg/m3
Tabla 3. Grado de Compactación Obtenido
Peso Volumétrico
ÓptimoMétodo
Peso volumétrico
de suelo seco
Grado de
Compactación (Gc)
1609 kg/m3
Probeta 1447.76 kg/m3 89.98%
Cono 1253.07 kg/m3 77.88%
Como podemos ver, hay una diferencia notable entre los valores del peso volumétrico seco de
suelo obtenido por los 2 métodos, siendo la diferencia porcentual de 15% respecto al método
del cono. Una de las posible explicaciones a esta diferencia es el hecho de que si no se tiene
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cuidado al momento de manipular la arena, ésta puede estar expuesta a movimientos fuertes
que hacen que el volumen disminuya y consecuentemente, el peso volumétrico calculado sea
más grande al disminuir el volumen que se asocia al peso de suelo.
El inconveniente anterior se apreció en campo y por ende se sostienen que el peso volumétrico
obtenido por el método de la probeta está sobreestimado, tomando entonces como peso
volumétrico del suelo muestreado, el peso obtenido con el método de cono.
En el caso del grado de compactación referido a la prueba Proctor, podemos ver que el suelo
no tienen un grado de compactación aceptable puesto que como ya se ha mención, el resultado
obtenido con el método de la probeta difiere mucho del obtenido por medio del método del
cono, el cual, por la calibración que se hace, se considera el más preciso. Sin embargo, es
importante recalcar que el Grado de Compactación aceptable depende del uso que se le valla a
dar al material, por lo que a pesar de que el Gc sea bajo, es necesario saber en qué se va a usar
el material para dar una conclusión definitiva.
VI. CONCLUSIÓN
El Grado de Compactación (Gc) obtenido para el suelo muestreado es relativamente bajo al
usar el peso volumétrico obtenido con el método del cono (77.88%), lo cual hace que el suelo
no sea apto para ser usado en estas condiciones en alguna obra, al requerirse de un Gc de entre
90% y 95% en la mayoría de los casos.
Se considera al peso volumétrico obtenido con el método del cono como el más preciso debido
a que se trabaja con pesos y no con volúmenes de arena, además de que el método requiere de
una calibración, haciendo un poco más precisas las determinaciones.
La precisión de los resultados obtenidos por ambos métodos de fundamenta en la elección del
material adecuado para determinar los volúmenes correspondientes así como los cuidados
necesarios al momento de proceder a la manipulación del material, para de esta forma evitar
errores como los que se inducen al disminuir el volumen de la arena.
VII. LITERATURA CITADA
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Rico R. Alfonso y Castillo M. Hermilo, .IMT (Instituto Mexicano del Transporte), SCT.
Consideraciones sobre compactación de suelos en obras de infraestructura de transporte. ISSN
0188-7114. Documento Técnico No. 7
Sanfandila, Qro, 1992
Rosetti, Rubén C. & Begliardo Hugo F. GENERALIDADES SOBRE COMPACTACIÓN DE SUELOS.
Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica Nacional. Serie: Notas Técnicas NT-
003, F.R.Rafaela Bv.Roca y Artigas, Argentina, 2005.
Ing. Antonio Campos Sigüenza e Ing. Oscar Vásquez Huamaní. Seminario taller de mecánica de
suelos y exploración geotécnica. CISMID-FIC-UNI, Universidad Nacional de Ingeniería Facultad
de Ingeniería Civil. 1992.
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