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ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO (CONO DE ARENA)

El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad.

Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.).

MATERIALES

• Aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio central de igual diámetro al del embudo (figura 2.11.).
• Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,85 mm.) y queda retenida en la malla Nº 30 ASTM (0,60 mm.).
•  Dos balanzas, de capacidad superior a 10 kgs. y 1000 grs., con precisión de 1 gr. y de 0,01 gr. Respectivamente.
• Equipo de secado, podrá ser un hornillo o estufa de terreno. - Molde patrón de compactación de 4" de diámetro y 944 cc. de capacidad  

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  MONTAJE DEL ENSAYO
  
  
  
    Se coloca la placa y se procede a cavar con ayuda de un cincel
  
  
  
  
  Se procede a pesar el cono con la arena ya en su interior como peso inicial
  
  
  
  Se observa ya la cavidad formada se procura que las paredes estén uniformes, también se ve el materia extraído se procura que no pierda su humedad natural 
  
  
  
   Se procede a colocar el cono de arena y abrir la llave hasta que se llene de arena la cavidad hecha
  
  
  
  Se procede a pesar el cono de arena con el resto de arena que quedo como peso final.

DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

La compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir una densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las características mecánicas necesarias del suelo. En primer lugar se lanza sobre el suelo natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o de presión. Para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y, muchas veces, de su accesibilidad.

Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en determinar cual es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.

Es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la óptima. A partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.

Los análisis son realizados en laboratorio por medio de probetas de compactación a las cuales se agrega agua. Los ensayos más importante son el Proctor Normal o estándar y el Proctor modificado. En ambos análisis son usadas porciones de la muestra de suelo mezclándolas con cantidades distintas de agua, colocándolas en un molde y compactándolas con una masa, anotando las humedades y densidades secas correspondientes. En poder de estos parámetros, humedad/ densidad seca (humedad en %), se colocan los valores conseguidos en un gráfico cartesiano donde la abscisa corresponde a la humedad y la ordenada a la densidad seca. Es así posible diseñar una curva suave y conseguir el punto donde se produce un máximo al cual corresponda la densidad seca máxima y la humedad óptima.

Beneficios de la compactación

a. Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor.

b. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

c. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

e. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

ESPECIFICACIONES DE LOS METODOS

DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada. En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

MATERIALES

• Molde de acero de 4" de diámetro y aprox. 12 cm de altura
• Martillo de compactación con guía
• Base y extensión para el molde
• W del martillo ( prueba estándar):  
• W del martillo ( prueba modificada):  
• Malla del No. 4
• Cucharón
• Enrazador
• Probeta de 100ml
• 5 cápsulas de aluminio
• Desarmador plano
• Charola cuadrada
• Balanza con aproximación de un gramo
• Balanza electrónica

EQUIPO DE COMPACTACION PROCTOR ESTANDAR

EQUIPO DE COMPACTACION PROCTOR MODIFICADO

COMPUESTOS DEL CEMENTO

COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO

SILICATO TRICALCICO (3CaO * SiO2)

Desarrolla una resistencia inicial elevada, su calor de hidratación es elevado. Su fraguado es lento y su endurecimiento es bastante rápido.

SILICATO DICALCICO (2CaO * SiO2)

Es el componente que otorga al cemento su resistencia a largo plazo, al ser lento su fraguado y muy lento su endurecimiento. Su calor de hidratación es el más bajo de los cuatro.

ALUMINATO TRICALCICO (3CaO * Al2O3)

Suministra al cemento un calor de hidratación muy alto, contiene silicatos que condicionan el fraguado violento actuando como catalizador por lo cual es necesario añadir yeso en el proceso (3% - 6%) para controlarlo; es el responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que al reaccionar con estos produce sulfoaluminatos con propiedades expansivas por lo q se debe limitar su contenido.

FERRITO ALUMINATO TETRACALCICO (4CaO * Al2O3 * Fe2O3)

No participa prácticamente en las resistencias mecánicas, su presencia

se debe a la alta necesidad de utilizar fundentes que contienen hierro

en la fabricación de clinker. Responsable de la resistencia a los ataques químicos. Tiene trascendencia en la velocidad de hidratación y secundariamente en el calor de hidratación

COMPUESTOS SECUNDARIOS DEL CEMENTO

OXIDO DE MAGNESIO (MgO)

Pese a ser un componente menor, tiene importancia ya que si tiene un contenido mayor a un 5% trae problemas de expansion en la pasta hidratada y endurecida.

OXIDOS DE POTASIO Y SODIO (K2O, Na2O) Alcalis

Tienen imoportancia para casos especiales de reacciones quimicas en ciertos agregados y los solubles en agua contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcareos.

OXIDO DE MANGANESO (Mn2 O3)

No tiene importancia en las propiedades del cemento salvo en su coloracion que tiende a ser marron en algunos casos si se excede el contenido al 3%; en algunos casos se ha detectado que si se excede el5% se obtiene una reduccion de la resistencia a largo plazo.

OXIDO DE TITANIO (TiO2)

Tiene cierta influencia en la resistencia, reduciendo su resistencia para contenidosmayores a 5%. Para contenidos menores notiene mayor trascendencia

OXIDO DE FIERRO

Tiene una gran influencia en el color que toma el cemento.

Fuentes de materias primas usadas en la fabricación de cemento Pórtland

Cal	Silice	Alumina
CaO	SiO2	Al2O3
Aragonita	Arcilla	Arcilla
Arcilla	Arcilla Calcarea (Marga)	Arcilla Calcarea (Marga)
Arcilla Calcarea (Marga)	Arena	Bauxita
Calcita	Areniscas	Cenizas volatiles
Conchas marinas	Basalto	Deshechos demineral de aluminio
Deshechos alcalinos	Cenizas volatiles	Escoria decobre
Escorias	Cenizas de cascaras de arroz	Escorias
Marmol	Cuarzitas	Estaurolita
Piedra caliza	Escorias	Granodioritas
Pizarras	Piedras calizas	Piedra caliza
Polvo residuo de Clinker	Roca calcaea	Pizarras
Roca calcarea	Silicato de calcio	Residuos de lavado de mineral de aluminio
Tiza		Roca calcarea
HIerro Fe2O3	Yeso CaSO4* 2H2O	Magnesia MgO
Arcilla	Anhidrita	Escorias
Ceniza de altos hornos	Sulfato de calcio	Piedra caliza
Escoroiadepirita	Yeso natural	Roca calcarea
Laminaciones de hierro
Mineral de hierro
Pizarras
Residuos de lavado de mineral de hierro