Subido por Mauricio Soto

Beltran Edison Practica4

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,
PETRÓLEO Y AMBIENTAL
CARRERA DE GEOLOGÍA
MECÁNICA DE SUELOS
TEMA: PRACTICA 4: DETERMINAR DENSIDADES EN
CAMPO
AUTOR: BELTRÁN EDISON
CURSO: GEOLOGÍA
FECHA DE EJECUCIÓN: 07-12-2018
FECHA DE ENTREGA: 14-12-2018
QUITO – ECUADOR
OBJETIVOS



Determinar los pesos volumétricos húmedos y seco, y el contenido de humedad de
un material en campo, en su condición natural in situ con los diferentes métodos.
Comprender con exactitud la metodología y procedimientos usados en el ensayo,
para saber cuál de los métodos es el más exacto para medir las densidades (Método
de cono y arena y Densímetro eléctrico)
Conocer los diferentes equipos que se pueden utilizar para determinar densidades
entendiendo sus mecanismos de uso.
MARCO TEÓRICO
Suelo
El suelo es la capa superficial de la corteza terrestre que se forma por la descomposición
de rocas por cambios bruscos de temperatura y la acción de la humedad, aire y seres vivos.
El proceso mediante el cual los fragmentos de roca se hacen cada vez más pequeños, se
disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce como meteorización.
Los productos rocosos de la meteorización se mezclan con el aire, agua y restos orgánicos
provenientes de plantas y animales para formar suelos. Este proceso tarda muchos años,
razón por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables. (Ramírez,
2010)
Características del suelo
Color
La tonalidad del suelo, es una característica importante que puede dar un indicio de los
componentes de dicho suelo. (Ramírez A. 2010)
Olor
El olor del suelo se lo distingue por el contenido de materia orgánica en el suelo. (Ramírez
A. 2010)
Humedad
Es la cantidad relativa de agua que se encuentra en un suelo respecto a la masa de sólidos
(Ramírez y Monge, 2004) (Flores H. 1998).
Consistencia
La consistencia es una propiedad propia de suelos finos, los cuales dependiendo de su
facilidad a aplastarse se los puede considerar desde muy blanda, firme hasta muy dura, de
acuerdo a su resistencia a la compresión simple (Geo tecnología, s.f.).
Método del cono de arena
El ensayo de densidad IN SITU por el método del CONO DE ARENA permite obtener la
densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los resultados obtenidos
en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las especificaciones técnicas en
cuanto a la humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado, y así
poder determinar la calidad del suelo donde se vayan o se están ejecutando proyectos de
ingeniería. Entre los métodos utilizados para determinar la Densidad del Terreno se
encuentra el Método del Densímetro Nuclear, Método del Cono de Arena, este último que
es el descrito en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tamaños de partículas
sean menores a 1 ½” (38mm); y se basa en la relación hecha entre el Peso del Suelo
Húmedo (sacado de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y
generalmente del espesor de la capa compactada) con el volumen del dicho agujero. Para
luego proceder a calcular el peso unitario seco. En este informe se detallará los
fundamentos básicos para la realización del ensayo, así como el procedimiento de
ejecución y la toma de datos que serán indispensables para calcular el contenido de
humedad, densidad de la arena y calibración del cono. En consecuencia, también se
determinará el grado de compactación de la capa del suelo (en este caso suelo de
SUBRASANTE), para analizar la calidad del suelo de obra. SlideShare, (2016).
Método del 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.
El Densímetro Eléctrico (EDG) es capaz de proporcionar mediciones precisas de la
densidad, contenido de humedad, y porcentaje de compactación en suelos utilizados
generalmente para caminos y fundaciones. Estableciendo como parámetro los datos físicos
precisos de un tipo de suelo.
No requieren de un personal altamente calificado y especializado para poder realizar las
pruebas. Además, no requiere de los permisos por parte de las entidades de salud y
seguridad social para poder usarlo.
El procedimiento que seguir para realizar la prueba es simple, seguro y permite obtener
resultados rápidamente. El equipo es compacto y fácil de trasladar de un punto a otro Runco
Sa. (sf)
Método del densímetro nuclear
Permite determinar rápidamente y con precisión la densidad seca y la humedad de los
suelos en el campo, sin el uso de métodos de intervención física.
El equipo utiliza para este ensayo, determina la densidad mediante la trasmisión, directa o
retrodispersa, de rayos gamma, cuantificando el número de fotones emitidos por la fuente
de cesio 137. Para determinar la humedad de los suelos se utiliza el principio de
termalización de neutrones, el hidrogeno en el material frena los neutrones emitidos por
una fuente construida de Americio 241: Berilio.
El densímetro tiene dos modos de operación: transmisión directa y retrodispersión.
 Transmisión directa: mediante el uso de una varilla con una fuente de Cesio 173, se
introduce en el terreno hasta la profundidad deseada, donde chocan con los
electrones ahí presentes. Una alta densidad del material supone un alto número de
choques correspondientes, lo que reduce el número de fotones que llegan a los
detectores, es decir, mientras menor sea de Número de Fotones que alcancen a los
detectores, mayor será la Densidad del material.
 Retrodispersion: los fotones gamma deben ser dispersados por lo menos una vez
anes de alcanzar a los detectores en la sonda. Se coloca la varilla de manera que
la fuente y los detectores se encuentran en el mismo plano, denominado posición
de retrodispersión. SlideShare, (2016).
MATERIALES Y EQUIPO
Balanza apreciación=0.01 gr
Porta tarros y 2 tarros metálicos
Cono y arena
Cono y capsula
Densímetro eléctrico
Cuchara y placa metálica
Cincel y martillo
Balanza eléctrica
SUSTANCIAS Y REACTIVOS. Ninguna
METODOLOGÍA
Método del cono y arena







1.
2.
3.
4.

Antes de iniciar el ensayo, se debe calibrar el equipo de densidad de campo, para
de esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de arena
calibrada que queda en el cono después de ejecutar el ensayo; datos que nos sirven
en la determinación de la Densidad de Campo.
Se debe pesar el cono y la muestra de arena total
Después se sale a campo para poder tomar muestra del suelo a analizar, una vez
seleccionado el lugar de donde se tomará la muestra se realiza lo siguiente:
Se nivela el suelo compactado en el campo y se retira el material suelto.
A continuación, se coloca la placa y se comienza a hacer una perforación, teniendo
como guía el agujero interior de la placa, a una profundidad de 10 a 12 cm.
Todo el material que se saque del agujero se coloca en una bolsa plástica y se pesa.
Para determinar el volumen del agujero, utilizamos el equipo de densidad de campo
de la siguiente forma:
Se determina el peso inicial del frasco con la arena calibrada. Luego se invierte y se
coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del agujero; se abre
la llave del cono, permitiendo el paso de la arena.
Cuando el agujero y el cono están llenos de arena, se cierra la llave y se procede a
determinar el peso final del frasco y la arena contenida en él.
Por la diferencia de los pesos del frasco más la arena inicial y del frasco más la
arena final, obtenemos el peso de la arena contenida en el agujero y el cono. A este
valor le restamos el peso de la arena que cabe en el cono, obteniendo de esta forma
el peso de la arena contenida en el agujero.
El peso de la arena dividida por su densidad, obtenida en el laboratorio mediante la
calibración, nos da el volumen del agujero. Finalmente se debe determinar en el
laboratorio, la densidad seca máxima y la humedad de la muestra recuperada del
agujero, para de esta forma, determinar el Grado de Compactación.
Finalmente se debe determinar en el laboratorio, la densidad seca máxima y la
humedad de la muestra recuperada del agujero, para de esta forma, determinar el
Grado de Compactación
Método del densímetro eléctrico





Primero debemos prender el instrumento y proceder a realizar la calibración.
Colocar el instrumento sobre la superficie de suelo en el cual se vaya a realizar el
análisis.
Se debe por lo menos realizar 4 mediciones en diferentes posiciones.
El instrumento a partir de los datos obtenidos realizará un promedio y mostrará los
resultados en la pantalla.
Se obtendrá datos como la compactación, el contenido de humedad, la densidad
húmeda del suelo y su densidad seca.
CUADRO DE RESULTADOS, CODIFICACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS
Método del cono y arena
Descripción de muestras
DESCRIPCIÓN
Muestra de partículas gruesas
Color: café oscuro
Tamaño: arena gruesa a fina
Humedad: media
Plasticidad: baja
Relleno: raíces y hojas
Determinación de humedad:
Cálculos:
𝜑 (%) =
56,79−49,71
×
49,71−7.82
100 = 14,24%, Humedad del vaso 173.
𝜑 (%) =
56,74−50,75
×
50,75−7.71
100 = 11,8%, Humedad del vaso 041.
Resultados:
Vaso
Peso del
recipiente (g)
173
041
7,82
7,71
W recipiente + suelo
(g)
Húmedo
Seco
56,79
49,71
56,74
50,75
Contenido de agua
% Parcial
14,24
11,8
% Promedio
13,02
Método cono y arena:
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = 4152 𝑔𝑟.
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆+𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 = 5619 𝑔𝑟.
𝑽𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 = 940𝑐𝑚3
𝝆=
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆+𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 − 𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
𝑽𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂
𝝆=
(5619 − 4152 ) 𝑔𝑟
940𝑐𝑚3
𝝆 = 1,560 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 densidad de arena de ottawa
𝒎𝒊 𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = 5936 𝑔𝑟.
𝒎𝒇.
𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
= 4276 𝑔𝑟.
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 =
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆+𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 − 𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
𝝆
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 =
(5936 − 4276)𝑔𝑟.
1,560 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 = 1064,102 𝑐𝑚3 volumen del cono
𝒎𝒊 𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = 5940 𝑔𝑟.
𝒎𝒇.
𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
= 1956 𝑔𝑟.
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 =
𝒎𝒇 𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 − 𝒎 𝒊.𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
𝝆
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 =
(5940 − 1956)𝑔𝑟.
1,560 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 = 2553,846 𝑐𝑚3 volumen del cono + hoyo
𝑽𝒉𝒐𝒚𝒐 = 2553,846 𝑐𝑚3 − 1064,102 𝑐𝑚3 = 1489,774 𝑐𝑚3 volumen del hoyo
𝝆=
𝝆=
𝒎𝒉𝒐𝒚𝒐
𝑽𝒉𝒐𝒚𝒐
994𝑔𝑟
1489,774 𝑐𝑚3
𝝆 = 0,667 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 densidad del hoyo
Densidad húmeda y seca
𝜹𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂 =
𝜹𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂 =
2756.08 𝑔𝑟
= 1.85 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
1489,774 𝑐𝑚3
𝜹𝒔𝒆𝒄𝒂 =
𝜹𝒔𝒆𝒄𝒂 =
𝒎𝒉
𝑽𝒉
𝒎𝑯 𝒊𝒏𝒊𝒂𝒍
%𝑾
𝟏+
𝟏𝟎𝟎
1.85 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 .
= 1.63 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
13,02
1 + 100
Método del densímetro eléctrico
Se toma 4 medidas y el densímetro obtiene un promedio.
Resultados obtenidos en densímetro eléctrico
Compactación
%humedad
D. húmeda
D. seca
110.7%
7.1%
1,896
1,771
Fórmulas y cálculos
Fórmula para el contenido de humedad retenido en las muestras:
𝑾=
(𝑺𝒉 − 𝑺𝒔 )
𝒙 𝟏𝟎𝟎
𝑺𝒔
Fórmula para el cálculo de densidad de la arena de ottawa
𝝆=
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆+𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 − 𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
𝑽𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂
Fórmula para el cálculo del volumen del cono
𝑽𝒄𝒐𝒏𝒐 =
𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆+𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂 − 𝒎𝒓𝒆𝒄𝒊𝒑𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆
𝝆
Fórmula para el cálculo de la densidad húmeda
𝜹𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂 =
𝒎𝒉
𝑽𝒉
Fórmula para el cálculo de la densidad seca
𝜹𝒔𝒆𝒄𝒂 =
𝒎𝑯 𝒊𝒏𝒊𝒂𝒍
%𝑾
𝟏+
𝟏𝟎𝟎
Fórmula para el cálculo de densidades
𝝆=
𝑴
𝑽
Conclusiones





Entre los dos métodos realizados en la práctica se puede deducir que la medida de
densidad a través del método de cono y arena es un método más exacto que el
densímetro eléctrico, ya que en este método se toma en cuenta varias propiedades
como la humedad adicional a esto los cálculos son manuales y por ende son más
confiables que el densímetro eléctrico, aunque el problema o la desventaja de este
método es el tiempo y fallas de cálculo por perdida de material
Con respecto al método del densímetro eléctrico se puede decir que es de fácil uso
aunque menos preciso pero la verdadera ventaja es el tiempo ya que calcula con
gran precisión y facilidad varios parámetros como compactación, densidad humeda,
densidad seca y porcentaje de humedad, la desventaja es que no es tan exacto
como el método de cono y arena
Con respecto al densímetro nuclear es el instrumento más efectivo para determinar
la densidad en campo, la ventaja es que es el método más preciso de todos los
estudiados y la desventaja es su riesgo para la salud humana, su complejo uso,
costo y mantenimiento.
La precisión de los dos métodos se puede observar claramente en los resultados
obtenidos en la práctica ya que los valores de densidad obtenidos son muy
diferentes ya que en el densímetro eléctrico se obtuvo (1.77-1.86) en comparación
a los registrados por el método de cono y arena (1.75-1.6) con lo cual se deduce
que el mas preciso y confiable es el cono y arena.
El cálculo de la densidad y grado de compactación que posee un suelo o material
es de gran importancia para la construcción de cualquier obra de ingeniería ya que
con estos datos se puede saber la estabilidad y cimentación de las obras.
Bibliografía y Referencias

Badillo E. & Rodríguez, A. (2000). Mecánica de Suelos, Tomo 1,
Fundamentos de la Mecánica de suelos: Colombia.

BOWLES E. JOSEPH, Propiedades Geofísicas de los Suelos, Editorial Mc
Graw-Hill, Bogotá.

Ramírez Tejeira, A. (2010). El Color del Suelo. Facultad de Ciencias
Agropecuarias, 1-20.

Ramírez, P., y Monge, L. (2004). Mecánica de Rocas: Fundamentos e
Ingeniería de Taludes.

Runco Sa. (sf) Guía del uso del densímetro eléctrico obtenido de:
www.runco.com.ar/descargar/?archivo=IMG/pdf/GuiaDENSIMETRO.pdf


SlideShare, (2016). Densidad en campo obtenida de:
http://es.slideshare.net/krisclementecahuaya/densidaddecampomtododelco
nodearena
Vallejo, L., Ferrer, M., Ortuño, L., Oteo, C. (2002). Ingeniería Geológica.
PEARSON Educación: Madrid.
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