!CÁLCULO PRECISIÓN Y SIMETRÍA! ADELANTE INGENIERÍA Docente : M.Sc. Ing. Germán Lizarazu Pantoja 5.1. GENERALIDADES. Las densidades en sitio sirven para determinar el porcentaje de compactación alcanzado en un terraplén, en una capa base y sub-base de una calle, avenida carretera o aeropuerto. Una vez que se han determinado los ensayos de laboratorio, Proctor Estándar o Modificado, se continua con la compactación en campo mediante el uso de equipo de compactación convenientemente elegido de acuerdo con el proyecto y con el tipo de suelo que se está usando. Pasada esta etapa, se procede a realizar las densidades en sitio para verificar el grado de compactación alcanzado con el uso del indicado equipo. 5.2. METODOS DE DENSIDADES EN SITIO Existen numerosos métodos para determinar las densidades en sitio, todos se basan en determinar el volumen de un suelo compactado y conociendo su peso se calcula la densidad de dicho suelo. Estos métodos son: - Método del aceite - Método volumétrico - Método del saca-muestras - Método arena - Método nuclear Se hace notar que: si el % de compactación es mayor o igual a lo especificado, se acepta la compactación en obra; si es inferior se rechaza y se debe volver a compactar. 5.3. METODO DEL ACEITE En este método, al igual que en los otros, primero se determina el peso de la muestra extraida de un hoyo excavado y luego con el aceite se determina el volumen del hoyo para conocer por simple división la densidad del suelo. Para esto se prepara un área de 0.60 cm. de diámetro y se nivela la superficie del suelo donde se va ha realizar el ensayo. Luego se extrae el material del hoyo recién excavado, el diámetro del hoyo es aprox. Igual a 10cm y de 10 a 20 cm de altura que depende del espesor de la capa compactada. La muestra extraída se vierte a un recipiente que evite la pérdida de humedad, luego se pesa la muestra y se la coloca en el horno a 105 ºC durante 24 Hrs. para determinar el peso de la muestra seca. EJEMPLO Conocido el peso de la muestra, se procede a la determinación del volumen del hoyo. Para esto se mide y se anota el volumen del aceite en un recipiente, luego se vierte el aceite dentro del hueco hasta que quede al nivel del suelo, finalmente se mide el volumen del aceite que ha quedado en el recipiente. Este volumen, se calcula por la diferencia de lecturas del recipiente. Continua Ejemplo 11.827,0gr Densidad seca en obra = ---------------- = 1.557 gr/cm3 7.598,0 cm3 Densidad seca en lab. al 95 % = 1.68 gr/cm3 ; luego el 1.557 gr/cm3 % de compactación = ------------------- 100 = 92.7 % < 95.0% 1.68 gr/cm3 Se rechaza por no cumplir las especificaciones y se vuelve a compactar. El método del aceite se lo utiliza para todo tipo de suelo, es un método rápido pero no muy exacto y bastante caro. 5.4. METODO VOLUMÉTRICO Este método utiliza un aparato como el de la figura. No es más que un instrumento de lectura directa para determinar la densidad in situ (en obra). El cilindro está graduado para medir volúmenes y es de fácil manejo, no requiere de corrección alguna. El procedimiento consiste en realizar 2 lecturas: la inicial y la final, la diferencia nos mide el volumen del hoyo excavado. Una vez escogido el lugar a realizar el ensayo, se coloca la placa para excavaciones y sobre éste el medidor de volúmenes (volumen measure), mediante la bomba de goma se acciona para que el balón del agua nos de la lectura inicial. Seguidamente, se retira el medidor de volúmenes y se comienza a excavar el hoyo teniendo cuidado de no perder el material que se lo coloca en una bolsa de plástico para su posterior peso. Una vez concluido el hoyo, se vuelve a colocar sobre la placa el medidor y se procede a introducir el balón con agua en el hoyo, cuando el nivel del agua alcanza su nivel más bajo se realiza la lectura final. Se invierte la bomba y se extrae del hoyo el balón con agua hacia la parte interior del tubo y se cierra la llave de seguridad. Este método se utiliza más en suelos finos, es muy rápido pero sus resultados no son muy exactos. Se debe tener mucho cuidado con el balón de goma, pues su rotura provoca problemas en el contenido de agua que tiene el suelo donde se realiza el ensayo. EJEMPLO Si la densidad seca en lab. al 95 % es 1.68 gr/cm3; luego el % de compactación será =(1.74 gr/cm3/ 1.68 gr/cm3) x 100 = 103.6 % › 95 %. Por lo tanto se aprueba la capa compactada y se continúa con la siguiente capa. 5.5. METODO DE SACAMUESTRAS Este método utiliza un molde de volumen conocido; es decir, un sacamuestras cuyas dimensiones se conocen de antemano. Volumen del molde de 6” de h= 0.0982 pies3 = 2781 cc Volumen del molde de 7” de h= 0.1145 pies3 = 3242 cc El procedimiento consiste en hincar el sacamuestras en el lugar en que se va a realizar el ensayo y luego se obtiene la muestra inalterada, seguidamente se extrae la muestra del molde, se pesa y se lo deja en horno a 105 ºC por 24Hrs al cabo de las cuales se vuelve a pesar. EJEMPLO. El siguiente ejemplo nos ayudará mejor este método. Volumen del molde = Peso de la muestra hum + molde = Peso del molde = Peso de la muestra = Peso seco de la muestra = a comprender 2781 cc 9070 g 3580 g 5490 g 4530 g Este método se aplica a suelos finos, arenosos. Resulta no ser muy exacto, pero es muy económico, además de ser muy rápido. 5.5. METODO DE LA ARENA Este método, que es el más efectivo, se lo puede usar en todo tipo de suelo, para esto se utiliza arena seca calibrada. El equipo consiste en un frasco de 1 galón (3.78 L), un embudo, arena limpia seca y que esté calibrada entre los tamices #20 y #30. El procedimiento indica que primero se debe determinar el volumen del frasco incluyendo el cono hasta la válvula. Se pesa el aparato vacio ya montado, luego se lo coloca con el embudo hacia arriba y se abre la válvula para llenar el frasco con agua hasta el enrace de la misma. Se pesa el aparato lleno de agua y se lo debe hacer por lo menos de 3 a 5 veces y sacar el promedio. Seguidamente, se calcula la densidad aparente de la arena que se va a usar, para esto se coloca el aparato vacio hacia arriba sobre una superficie horizontal y se cierra la válvula, y se llena el embudo con arena , luego se abre la válvula y manteniendo el embudo con arena, por lo menos hasta la mitad, se llena el frasco con arena. Se cierra la válvula y se vacía el exceso de arena, para determinar el peso de la arena por sustracción del peso del aparato vacio, esto se realiza de 3 a 5 veces y se saca promedio . A continuación se determina el peso de la arena que se necesita para llenar el embudo; para esto, se llena el aparato con arena y se pesa todo el equipo más arena, luego se invierte el aparato y se abre la válvula para dejar que la arena llene el embudo, enseguida se cierra la válvula y se pesa el aparato con la arena que queda y se calcula la pérdida de arena que representa el peso de la arena para llenar el embudo. La densidad del suelo in situ (en obra) se calcula de la sgte. manera: se prepara una superficie y se coloca la placa para realizar la excavación del hoyo, cuya altura debe ser igual a 2/3 del espesor de la capa compactada. El peso del suelo removido debe ser pesado y evitar alguna pérdida para posteriormente hacerlo secar al horno a 110 grados de temperatura y determinar el peso del suelo seco. Luego, se coloca el equipo invertido sobre la placa y se abre la válvula para dejar que el hoyo se llene con arena y después que esta deja de fluir, se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena que quedó en el frasco. Los cálculos se lo realiza de la siguiente manera: Se calcula la densidad aparente de la arena en gr/cm3: γ (arena) = W1 / V1 donde: W1 = peso de la arena(gr) que se requiere para llenar el frasco V1 = volumen del frasco (cm3) Se determina el contenido de humedad y el peso seco del suelo extraído del hoyo excavado en la capa compactada . w = (W2 – W3)/W3 x 100 donde: w = % de humedad del suelo excavado del ensayo W2 = peso húmedo de la muestra para el contenido de humedad (gr) W3 = peso seco de la muestra para el contenido de humedad (gr) W5 = W4 / (w + 100 ) W4 = peso húmedo total del suelo excavado (%) W5 = peso seco total del suelo excavado (%) Luego se calcula la densidad seca “in situ” del suelo excavado V hoyo = ( W6 – W7 ) / γ(arena) donde: V hoyo = volumen del hoyo excavado (cm3) W6 = peso arena utilizada (gr) en el ensayo W7 = peso arena en el embudo (gr) γseca = W5 / V hoyo γseca = densidad seca del suelo ensayado (gr/cm3) Este método es un método muy económico, tiene gran exactitud y es un tanto lento, pero una vez que el Ingeniero civil se familiariza con el mismo es rápido. EJEMPLO MÉTODO NUCLEAR El método Nuclear es muy exacto, rápido, pero lo dificultoso es obtener el equipo, lo que lo convierte en un método caro. Este método permite determinar el contenido de humedad y la densidad de los suelos, tanto en la superficie como a diferentes profundidades. Consiste en inyectar en el suelo, que se desea investigar, una fuente radioactiva de neutrones de alta energía y luego de haber efectuado el proceso de “dispersión” de energía se registra el número de neutrones por unidad de tiempo. Como el hidrógeno es el único elemento de bajo peso atómico, el conteo de neutrones por unidad de tiempo nos permite conocer la concentración de átomos de hidrógeno en el suelo y como aquel está en las moléculas de agua libre, nos indica la humedad del suelo estudiado. La densidad del suelo estudiado se determina en base a la interacción de los rayos gamma en el suelo. Cuando una fuente radioactiva de rayos gamma se coloca en el suelo, los rayos emitidos se dispersan en toda dirección. Esta dispersión se calcula a través de un detector de rayos gamma, ubicada a cierta distancia de la fuente radioactiva. Como el número de electrones presentes por unidad de volumen del suelo es proporcional a la densidad de este, es posible correlacionar el número de rayos gamma dispersos y registrarlo en el detector con la densidad del suelo. La cantidad de rayos registrados por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la densidad húmeda del suelo. El problema de éste método es el costo elevado de estos “registradores”, en comparación con los costos bajos de los otros métodos convencionales.