DENSIDAD MAXIMA Y MINIMANch 1726 of 80
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Profesora : Sara Ojeda H
DETERMINACIÓN ENSAYO DENSIDAD RELATIVA (D.R) GENERALIDADES Se establece un procedimiento para determinar las densidades secas secas máximas y mínimas de suelos no cohesivos, no cementados, de flujo libre, con un tamaño máximo nominal hasta 80 mm y que contiene hasta un 12 % en masa de partículas menores que 0,08 mm nota1: en general se recomienda aplicar este método a aquellos suelos suelos que además tengan un IP igual o menor menor que 5 El método es aplicable a suelos en que la compactación por impacto no produce una curva bien definida de relación humedad densidad y la densidad máxima por impacto resulta generalmente menor que la obtenida por métodos vibratorios
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DETERMINACIÓN ENSAYO DENSIDAD RELATIVA (D.R) GENERALIDADES Se establece un procedimiento para determinar las densidades secas secas máximas y mínimas de suelos no cohesivos, no cementados, de flujo libre, con un tamaño máximo nominal hasta 80 mm y que contiene hasta un 12 % en masa de partículas menores que 0,08 mm nota1: en general se recomienda aplicar este método a aquellos suelos suelos que además tengan un IP igual o menor menor que 5 El método es aplicable a suelos en que la compactación por impacto no produce una curva bien definida de relación humedad densidad y la densidad máxima por impacto resulta generalmente menor que la obtenida por métodos vibratorios
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La densidad máxima se determina mediante compactación por por vibrado y la densidad mínima mediante vaciado. Karl Terzaghi expresó el grado de compacidad de estos suelos en términos de la densidad relativa también denominado índice de densidad (ID), la cual se encuentra en función de las densidades máxima y mínima obtenidas en laboratorio.
METODO PARA DETERMINAR LAS DENSIDAD MAXIMA Y MINIMA DE LOS SUELOS GRANULARES 2.1 OBJETIVO Determinar la densidad máxima máxima y mínima de un suelo suelo no cohesivo
2.2 NORMA A UTILIZAR El ensayo se basa en la norma NCh 1726 Of. 1980 (LNV 96) Terminología: Densidad relativa (D.R): grado de compacidad de un suelo con respecto a los estados más sueltos y más densos obtenidos mediante los procedimientos de laboratorio descritos en este método Densidad máxima: densidad de un suelo en el estado más denso que se puede obtener aplicando el ensaye normalizado Densidad mínima: densidad de un suelo en el estado más suelto que se puede obtener aplicando el ensaye normalizado •
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2.3.-APARATOS Y EQUIPOS
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Mesa vibradora, de acero, con cubierta vibradora de aproximadamente 750 x 750 mm, apoyada sobre amortiguadores y accionada por un vibrador electromagnético. El vibrador debe ser semi-silencioso y con una masa igual o mayor que 45 kg, una frecuencia de 3.660 vibraciones por minuto y una amplitud de vibrado vertical entre 0,05 y 0,64 mm bajo una carga de 1.112 N.
Moldes metálicos, con una capacidad nominal de 2,8 y 14,2 lt respectivamente. Deben cumplir con los requisitos dimensiónales normalizados. Tubos guías, metálicos, ajustables a cada tipo de molde. Con un sistema de ajuste consistente en tres juegos de tornillos, dos de los cuales deben tener tuercas de fijación. Placas base de acero de 12,5 mm de espesor, para cada tamaño de molde. Sobrecargas, una para cada tamaño de molde. La masa total de la sobrecarga y su correspondiente placa base debe ser equivalente a 14 Kpa para el molde en uso •
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Una manilla para cada placa base sujeción del calibre Deformómetro para comparar calibres con indicador de dial, un recorrido de 50 mm y graduaciones de 0,01 mm Barra de calibración, de metal de 75 x 305 x 3 mm aparatos de vaciado. Embudo de 12,5 mm y 25 mm de diámetro por 150 mm de largo, con descarga cilíndrica. La boca de carga debe tener los bordes con pestañas y contar con tarros de metal ajustables, de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura Bandejas de mezclado, de dos tamaños; una de aproximadamente 900 x 600 x 10 mm y la otra de aproximadamente 400 x 400 x 50 mm
Balanzas; una de 100 kg de capacidad y otra de 20 kg de capacidad con resolución de 1g Aparejo para izar; cuerda, cadena o cable y roldana, que soporten a lo menos, 1.400 N de carga Herramientas y accesorios; pala, poruña, brocha, contador de tiempo o cronómetro que indique minutos y segundos, Regla metálica de 400 mm, micrómetro de 0 a 25 mm con una precisión de 0,01 mm y Pie de metro •
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2.4 CALIBRACIÓN volumen del molde Determine el volumen del molde mediante uno de los siguientes procedimientos: por medición directa determine la altura y el diámetro interior del molde, aproximando a 0,1 mm. Calcule y registre el volumen interno del molde aproximando a 1cm3 (1 ml) por llenado con agua: coloque el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal llene el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua
Mida la temperatura del agua y determine su densidad w de acuerdo con la Tabla Nº 1 interpolando si fuese necesario. •
Determine y registre la capacidad volumétrica (Vc) aproximando a 1 cm3 (1 ml), dividiendo la masa del agua que llena el molde por su densidad Vc = mw / w •
Tabla N º 1 Densidad del agua en función de la Temperatura Temperatura (ºC)
Densidad (g /cm3) (kg /l)
16
0,99909
18
0,99859
20
0,99829
23
0,99754
26
0,99678
29
0,99594
Lectura inicial del calibre 1. Determine y registre los espesores de la placa base y la barra de calibración, aproximando a 0,01 mm 2. Coloque la barra de calibración sobre el molde, a lo largo del diámetro que pasa por el eje de los anclajes guía 3. Inserte la sujeción del calibre en cada uno de los anclajes guías, con el vástago del calibre sobre un extremo de la barra de calibración y en el eje de los anclajes guía. Coloque siempre la sujeción del calibre en la misma posición en los anclajes guía, mediante marcas de referencia en las guías y en la sujeción.
4. Determine seis lecturas del calibre, tres en cada lado y calcule el promedio de las seis lecturas. 5. Calcule y registre la lectura inicial del calibre (Li) sumando el espesor de la placa base más el promedio de las seis lecturas y restando el espesor de la barra de calibración, con aproximación a 0,01 mm. nota2: la lectura inicial es constante para cada combinación de medida (molde) y placa base determinación de la masa inicial del molde. 6. Pese y registre la masa del molde vacío aproximando a 100 gr para el molde de 14 lt y a 1 gr para el molde de 3 lt
2.5 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Muestreo Las muestra de suelos para los ensayes que se indican en este método se deben obtener de acuerdo a lo indicado por las especificaciones técnicas correspondientes, en el caso de controles de obra o por lo indicado por el profesional responsable, en el caso de prospecciones. Tamaño de la muestra Obtenga una muestra de ensaye representativa del tamaño indicado en Tabla Nº 2 de acuerdo con el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio •
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Tabla Nº 2 Tamaño de la muestra de ensaye Tamaño máximo Tamaño mínimo de la muestra de ensaye nominal de partículas, Dn (kg) (mm) 80
45
40
10
20
10
10
10
5
10
Acondicionamiento de la muestra Seque la muestra a 110 ± 5 ºC y pase por un tamiz de abertura suficientemente pequeña para romper todas las partículas débilmente cementadas 2.6 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 2.6.1 Determinación de la densidad mínima ( máximo índice de huecos) Seleccione el aparato de llenado y el molde según Tabla Nº 3, en función del tamaño máximo nominal de partículas. •
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Tabla Nº 3 Aparato de llenado y molde Tamaño máximo Aparato de llenado Capacidad nominal de molde nominal de para densidad partículas mínima (l) (mm) 80
Pala o poruña
14,2
40
Poruña
2,8
20
Poruña
2,8
10
Embudo de 25 mm
2,8
5
Embudo mm
de
12,5 2,8
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Coloque el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. Llene con material de la muestra acondicionada y enrase mediante uno de los procedimientos siguientes, según el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio y evitando golpear y/o vibrar el molde
tamaño máximo nominal igual o menor que 10 mm
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Coloque el material en el molde tan suelto como sea posible, vaciándolo en un flujo constante y ajustando la altura de la descarga de modo que la caída del suelo sea de 25 mm. Simultáneamente, mueva el embudo en espiral desde la pared del molde hacia el centro a fin de formar una capa de espesor uniforme, sin segregación. Llene hasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde Enrase el material excedente mediante una pasada continua con la regla de acero, procurando no compactar el material. Si no se remueve todo el material excedente, efectúe una pasada adicional
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Tamaño máximo nominal mayor que 10 mm Coloque el material en el molde de modo que se deslice, en lugar de caer, sobre el fondo del molde o sobre el material previamente colocado. Al efecto, coloque el aparato de llenado tan cerca como sea posible y si es necesario, sujete con la mano las partículas mayores para impedir que rueden afuera. Llene hasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde. Enrase el material excedente mediante una pasada continua con la regla de acero (y ayudándose con los dedos, cuando sea necesario) de modo que cualquiera leve proyección de las partículas mayores por sobre el borde del molde, compense aproximadamente los huecos superficiales mayores
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Pese el molde con el suelo, determine y registre la masa seca del suelo que llena el molde (ms) aproximando a 100 gr para el molde de 14,2 lt y a 1 gr para el molde de 2,8 lt Repita los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes. Registre el valor más bajo conseguido
Determinación de la densidad máxima ( mínimo índice de huecos) Determine mediante uno de los siguientes procedimiento:
Método seco •
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mezcle el material de la muestra acondicionada hasta obtener una distribución homogénea de las partículas con la menor segregación posible coloque el tubo guía sobre el borde del molde y ajuste el sistema de fijación de modo que la pared interna del tubo quede alineada con la pared interna del molde ajuste las dos tuercas de fijación en sus respectivos tornillos. Suelte el tornillo restante y retire el tubo guía llene el molde por el procedimiento establecido en 2.6.2 ó 2.6.3 según corresponda nota3: normalmente se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determino la densidad mínima
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fije el tubo guía al molde y coloque la placa base sobre la superficie del suelo. Coloque la sobrecarga encima de la placa base ( empleando el aparejo de izar en el caso del molde de 14,2 lt ). coloque el control del vibrador a la amplitud máxima y vibre el molde cargado durante un periodo de 8 min. Retire la sobrecarga y el tubo guía
nota4: en algunos casos es posible obtener una densidad mayor aplicando amplitudes de vibración menores que la máxima
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obtenga y registre dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa base. Determine y registre el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a 0.01 mm pese el molde con el suelo. Determine y registre la masa seca del suelo que llena el molde (ms) aproximando a 100 gr para el molde de 14,2 lt y a 1 gr para el molde de 2,8 lt nota5: si se emplea el mismo molde lleno con el suelo que se determinó la densidad mínima, aplicar la misma (ms) de 10.7 a menos que se pierda una cantidad apreciable de finos durante la vibración repita los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes. Registre el valor más alto conseguido
Método húmedo •
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el método húmedo puede efectuarse con el material de la muestra acondicionada agregando suficiente agua o, si se prefiere, con el suelo húmedo del terreno. Si se agrega agua al suelo seco, deje transcurrir un periodo mínimo de remojo de 30 min. llene el molde con suelo húmedo por medio de una poruña o pala. Agregue la cantidad de agua el llenado nota6: la cantidad correcta de agua puede estimarse de acuerdo con el índice de huecos a la densidad máxima esperada o por experimentación con el suelo
durante e inmediatamente después de llenar el molde, vibre el suelo por un lapso total de 6 min, cuidando de reducir la amplitud del vibrador tanto como sea necesario para evitar que se agite excesivamente. Durante los minutos finales de este vibrado remueva el agua que aparezca sobre la superficie del suelo arme el conjunto de tubo guía, placa base y sobrecarga de acuerdo con 2.6.4.1 vibre el molde cargado durante un periodo de 8 min. Retire la sobrecarga y el tubo guía; obtenga y registre dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa, determine y registre el promedio de ambas lecturas (Lf), aproximando a 0,01mm
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retire cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y seque hasta masa constante. Pese y registre la masa seca del suelo que llena el molde (ms) aproximando a 100 gr para el molde de 14,2 lt y a 1 gr para el molde de 2,8 lt repita los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes. Registre el valor más alto que consiga
nota7: •
aunque el método seco asegura resultados en un periodo más breve, en algunos suelos se obtiene una densidad máxima mayor en estado saturado. Al comienzo de un programa de ensayes o cuando hay un cambio notorio de materiales, el ensaye de densidad máxima debe efectuarse en ambas condiciones, seca y húmeda, para determinar con cual de las dos se obtiene la mayor densidad máxima. Si con el ensayo del método húmedo se obtienen densidades superiores al 1%, en los ensayes siguientes debe continuar con este mismo método
EXPRESIÓN DE RESULTADOS Densidad seca mínima Calcule la densidad seca mínima en g/cm3 de acuerdo con la formula siguiente, aproximando a 10 g/cm3 min = ms /v donde: min : densidad seca mínima (g/cm3) ms : masa del suelo seco que llena el molde (g) v : capacidad volumétrica del molde (cm3) •
densidad seca máxima •
Calcule la densidad seca máxima en gr/cm3 de acuerdo con la formula siguiente aproximando a 10 gr/cm3 máx
= ms / Vc
donde: máx : densidad seca máxima (gr/cm3) ms : masa seca del suelo que llena el molde (gr) Vc : volumen del suelo compactado, de acuerdo con la formula siguiente, aproximando a 1cm3
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Vc = V (Li Lf) /10 · A donde : Li : lectura inicial del calibre (mm) Lf : lectura final del calibre (mm) A : área seccional del molde (cm2) –
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Densidad de terreno •
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Determine la densidad del suelo en el terreno (in situ), mediante el método del cono de arena, Densidad relativa (D.R) Determine la densidad relativa (D.R) como un porcentaje, de acuerdo a la siguiente expresión: D.R = [ máx (t mín)] / [ t (máx mín)] · 100 (%) –
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donde: D.R : densidad relativa (%) : densidad del suelo en el terreno ( in t situ) (g /cm3) mín : densidad seca mínima (g /cm3) máx : densidad seca máxima (g /cm3) nota 8: la densidad relativa (D.R) puede expresarse también en términos del índice de huecos, de acuerdo a la siguiente formula: D.R = ( emáx e ) / ( emáx emín ) · 100 •
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donde: •
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emáx emín e el terreno (%)
: índice máximo de huecos (%) : índice mínimo de huecos (%) : índice de huecos del suelo en
para valorar los índices de huecos se determina previamente la densidad de partículas sólidas de acuerdo con el método descrito en el acápite ensaye Nº 8
