Ensayo Cono y Arena

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Texto completo

(1)

ENSAYO CONO Y ARENA

MARCO TEORICO

La densidad relativa es una propiedad índice de estado de los suelos que se emplea normalmente

en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad de partículas menores que

0.074 mm. (Malla # 200). La densidad relativa indica el grado de compactación del material y se

emplea tanto en suelos naturales como en rellenos compactados.

Según la norma, el porcentaje de finos no debe sobrepasar un 12% para que la densidad relativa

sea aplicable. Para mayores contenidos de finos se utiliza por tanto el ensayo de compactación. La

razón de esta limitación reside en la ineficacia del procedimiento de vibrado utilizado en la

determinación de la densidad máxima. En casos límites, se recomienda realizar, tanto el ensayo de

densidad relativa como el de compactación, cuando el porcentaje de finos se encuentra entre 10 y

12%, conservando los resultados del mejor de ellos. Hay que hacer notar que el ensayo de

densidad relativa puede ser válido en suelos que superan el contenido de finos indicado cuando

éstos no poseen plasticidad alguna, como es el caso de algunos materiales de relaves (residuos de

la lixiviación de minerales, por ejemplo, de cobre) y finos tales como el polvo de roca.

La densidad relativa tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con

otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de roce interno y la resistencia a la

penetración de cuchara normal. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los

asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en la

densidad relativa. Existen sin embargo dificultades para determinar la densidad relativa en suelos

granulares de grandes tamaños.

Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menos

que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, la

densidad relativa adquiere importancia porque permitiría reproducir esta condición de estado en

el laboratorio.

(2)

Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de

los casos, esta determinación se realiza utilizando el método del cono de arena. Cuando el trabajo

de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el peso volumétrico

especificado se está logrando o no. Dentro de esto existe un procedimiento estándar que se usa

para determinar el peso específico de campo de compactación.

El aparato usado en este método consiste en un recipiente de vidrio o plástico con un cono de

metal unido a su parte superior. El recipiente se llena con arena Ottawa seca muy uniforme. Se

determina el peso del envase, del cono y de la arena que llena el recipiente (W1). En el campo se

excava un pequeño agujero en el área donde el suelo fue compactado. Si el peso del suelo

húmedo excavado del agujero (W2) se determina y se conoce el contenido de agua del suelo

excavado, el peso seco del suelo (W3) se obtiene con:

W3= W2/(1+(w(%)/100) ) (1)

Donde w = contenido de agua

Después de excavado el agujero, el cono con el recipiente unido a él se invierte y se coloca sobre

el agujero. Se permite que la arena fluya del envase al agujero y al cono. Una vez que el agujero y

el cono están llenos, se determina el peso del recipiente, del cono y de la arena restante en el

envase (W4), de modo que:

W5=W1 = W4 (2)

Donde W5 = Peso de la arena para llenar el agujero y el cono.

CONCLUSIÓN

Esta práctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el

grado de compactación de una capa en campo, es muy sencilla, no necesita

mucho tiempo (con excepción de esperar a que se seque la muestra extraída de la

cala), además de que la información que nos proporciona es muy cercana a la

realidad.

INFORME Nº 2

(3)

NOMBRE DE LA PRACTICA.

DENSIDAD NATURAL – METODO : CONO DE ARENA.

1.- RESUMEN.

Mediante el uso del método del cono de arena se logra determinar la densidad o masa unitaria del

suelo en el sitio o campo, este método también es utilizado para hallar el grado de compactación

del suelo, el cual se aplica para establecer un mejoramiento del terreno para la construcción de

terraplenes, realizar un control de calidad de compactación en subrasantes para carreteras.

2.- MARCO TEORICO.

La compactación de suelos es un proceso artificial en el cual las partículas de suelo son obligadas a

estar más en contacto (unidas) las unas con las otras, mediante una reducción de vacíos,

empleando algún medio mecánico, esto se realiza para mejorar las propiedades ingenieriles del

suelo.

La importancia de la compactación de suelos radica en el aumento de la resistencia y disminución

en la capacidad de deformación que se obtiene al someter al suelo a técnicas, que aumenten el

peso específico seco, disminuyendo los vacíos.

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que

se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos

vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga

estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo

disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos.

(4)

a. Aumenta la capacidad para soportar cargas

b. Impide el hundimiento del suelo

c. Reduce el escurrimiento del agua

d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo

e. Impide los daños de las heladas

3.- OBJETIVOS.

- El objetivo principal de la práctica se centra en determinar mediante un ensayo (en el sitio donde

se toma la muestra) la densidad o masa unitaria del suelo usando el método del cono de arena.

- Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicación

al diseño o construcción.

- Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de información que se obtengan en el laboratorio para

adquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.

2.- EQUIPO Y MATERIALES

* Equipo de Cono de arena.

* Arena calibrada

* Balanza digital

* Cucharón

* Cuchara

* Molde de proctor estándar

* Brocha

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* Recipientes para la muestra.

*

* Recipiente plano para material.

3.- PROCEDIMIENTO.

*

Primeramente, antes de ir al campo, se realiza el factor de corrección, pesando la arena

graduada que entra en el cono de arena, proceso que debe repetirse 2 o 3 veces y sacar un

promedio, el cual se utilizará en los cálculos posteriores. Se realizó dos pesos, el primero de 910 gr

y el segundo de 1035 gr, en nuestro caso se tomó el de 1035 gr.

*

Luego se llena la arena graduada en el molde del proctor, para hallar su densidad, se hace

en caída libre, luego se enraza y se limpia con la brocha lo que ha caído fuera del molde.

*

Luego se pesa con el molde y da un peso de 4210 gr. El peso del molde sólo es de 2920 gr,

luego el peso de la arena es de 1290 gr.

*

Luego para obtener el volumen del molde se mide el diámetro= 10 cm. Y su altura 13.4 cm.

Por lo que el volumen es 1052.43 cm3.

*

Con los datos obtenidos se halla la densidad , D = P/V -- D = 1290 gr /1052.43 cm3 . Luego

D = 1.22 gr/cm3.

*

Posteriormente toda la arena graduada se vacía en el frasco y se realiza el pesado de

arena + frasco con el cono = 5425 gr.

*

Luego se va al campo y con la ayuda del plato del equipo de cono de arena se nivela el

terreno y se excava un hoyo de forma cilíndrica de diámetro igual a la abertura del plato y de

aproximadamente 10 a 15 cms. de profundidad.

*

El material producto de la excavación es recogida en una bolsa plástica para llevarla a su

pesado y obtención de la humedad. Hay que tener en consideración que si se encuentra partículas

superiores a lo estándar del suelo, se deberá escoger otro lugar para la excavación y obtención de

la muestra. ( En el laboratorio se obtuvo el peso de la muestra = 3020 gr.)

*

Seguidamente una vez bien limpio y nivelado el hoyo excavado, se pone el cono en la

abertura de la base (plato) y se deja caer la arena por gravedad, hasta quew se llene el hoyo y se

cierra la válvula; luego se procede a pesar la arena que queda + el frasco = 1850 gr.

(6)

*

Nuevamente en el laboratorio con ayuda de una malla de ¾” se separa la grava mayor que

se retiene y se pesa = 100 gr. Y se calcula su volumen por el método de desplazamiento ayudado

de la probeta graduada = 40 cm3.

*

Todos los datos obtenidos se anotan en el formato correspondiente y se procede a hacer

los cálculos para obtener la densidad del terreno.

*

Los resultados se comparan con los obtenidos previamente en el ensayo de proctor y

humedad óptima (para el caso en el casillero correspondiente se asumió el valor de máxima

densidad).

4.- APLICACIONES DEL ENSAYO.

Este ensayo se utiliza sobre todo en los estudios de suelos para carreteras para determinar el

grado de compactación del material de base o sub base de las mismas y también en los materiales

que servirán para hacer rellenos compactados.

De igual modo el ensayo puede aplicarse en reservorios, estanques y represas.

5.- RESULTADO DEL ENSAYO.

Se obtiene la densidad seca natural del suelo, realizando los cálculos que se muestran en anexo

adjunto.

6.- CONCLUSIONES.

* El presente ensayo nos da información que grado de compactación tiene el suelo y si está en

un rango aceptable (generalmente entre 95 % y 105%) si los resultados están por debajo de 95%

entonces se dirá que al suelo le falta compactación y si está por encima, quiere decir que algo está

mal y se tendrá que tomar medidas correctivas necesarias.

(7)

* Se debe hacer el ensayo con las debidas precauciones y medidas de aproximación

correspondientes, debido a que de los resultados depende la compactación en mayor grado o no

de un suelo sobre todo en carretera, lo cual influye económicamente en el costo de las obras.

* Se debe tener cuidado en la recogido de la muestra de campo y su traslado lo más inmediato

posible al laboratorio para evitar propiedades como humedad y otros. Del mismo modo tratar de

recoger la arena graduada sin mezcla del suelo, porque la misma servirá para otros ensayos

similares.

OBJETIVO GENERAL

* Determinar mediante dos ensayos la densidad o masa unitaria del suelo usando el método del

Cono de Arena y el de Densímetro Nuclear.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

* Determinar la densidad in-situ de una muestra de suelo aplicando Ensayo Cono de Arena.

* Conocer el funcionamiento y operación de un Densímetro Nuclear.

* Comparar la compactación obtenida por el ensayo de Cono de Arena con un valor referencial

de Proctor.

* Determinar el peso unitario total, el porcentaje de humedad y el peso unitario seco, para una

muestra obtenida en campo por el método del Cono de Arena y por el método del Densímetro

nuclear.

* Calcular el porcentaje de Compactación de una muestra de campo.

MATERIALES Y EQUIPO

Para el ensayo del Cono de Arena se utilizó:

(8)

* Placa base

* Cuchara

* Brocha

* Cincel y Porra

* Recipientes varios para manejo de la muestra y de la arena

Para el ensayo del Densímetro nuclear se utilizó:

* Densímetro nuclear

* Porra

* Bloque de calibración

* Placa niveladora de terreno

* Cincel

* Porra

En los dos ensayos se utilizó una muestra de suelo obtenida del frente del edificio de ingeniería

civil, 350, de la Universidad del Valle.

APLICACIONES

Estos ensayos se usan en obra para:

* Llevar un control de calidad de compactación en subrasantes para carreteras.

* Aumentar la capacidad de soporte del suelo y reducir los asentamientos del terreno para

establecer un mejoramiento del terreno en la construcción de terraplenes.

* Hoy en día es muy importante saber el estado de la superficie sobre la cual se quiere construir

de acuerdo al uso que se le va a dar y una de las formas más confiable es a través de un

(9)

Densímetro Nuclear, método indirecto; y otro aun más utilizado que a su vez es un método más

directo, el Cono de arena.

PROCEDIMIENTO

Método del Cono de Arena:

1. Se obtuvo los pesos del cono, con la arena a utilizar, y de todos los recipientes.

2. Se llevó el cono y los materiales al campo.

3. Se ubicó la placa base en el suelo.

4. Se rompió el suelo con el cincel, a través de la placa, para obtener la muestra a trabajar.

5. Se removió la muestra sin perder material y se pasó por tamiz ¾, regresando lo que no pasaba

al hueco.

6. Se abrió la llave del cono para dar paso a la arena que, en cuanto llenó el hueco, dio paso al

cerramiento de la llave.

7. Se levantó el cono del sitio para llevar a tomar su peso de nuevo.

8. Debido al costo de la arena, se recoge del hueco para después tamizar y lavar para poderla

usar de nuevo.

Método del Densímetro nuclear:

1. Se puso a cargar el densímetro.

2. Se traslado a campo.

3. Se ubicó la Placa niveladora en el suelo, creando una superficie horizontal aproximada con

adición de arena.

4. Se ubicó el densímetro, en el hueco hecho con la porra y el cincel a través de uno de los

agujeros de la placa, en el terreno.

(10)

5. Se encendió el densímetro y se tomaron 2 mediciones, durante periodos de 4 minutos para

mayor precisión.

DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO

Método del Cono de Arena:

MUESTRA

|

|

Peso Cono + Arena inicial (Pi) | 6530 g

|

Peso Cono + Arena final (Pf)

| 3800 g

|

Constante Cono (k)

| 1670 g

|

Peso Suelo (W) | 1211,93 g

|

| 105 lb/pie3 |

|

|

TESTIGO DE HUMEDAD

|

|

Recipiente

| 33,93 g

|

Recipiente + Muestra Total

| 435,75 g

|

Recipiente + Sólidos

| 381,86 g

|

Muestra húmeda

| 401,82 g

|

Sólidos | 347,93 g

|

Método del Densímetro Nuclear:

MEDICIÓN 1: |

|

| 10,5 |

(11)

|

|

Compactación (%)

| 123 |

MEDICIÓN 2: |

|

| 12

|

|

|

|

|

Compactación (%)

| 109,6 |

CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Peso de la arena que ocupa el hueco:

2. Volumen del hueco:

3. Densidad húmeda:

4. Porcentaje de humedad del suelo:

5. Densidad seca del suelo:

6. Porcentaje de compactación:

(12)

* Para el cálculo del porcentaje de compactación, se utilizó un peso específico seco máximo

asumido en el laboratorio.

* Debido que el porcentaje de humedad que mostró el suelo en el ensayo de Cono de Arena es

más alto que el que se encontró en el ensayo del densímetro, era de esperarse que, de la misma

forma, el porcentaje de compactación en primer ensayo fuera menor que en el segundo. A mayor

contenido de humedad, menor compactación.

* Del ensayo del cono de arena, al ser un método directo, se obtuvo el grado real de

compactación fue de un 93,45%, el cual está cerca al óptimo de compactación que oscila entre

95% y 100%, esto indica que la humedad presente en la muestra de suelo es suficiente para

alcanzar una compactación adecuada.

DENSIDAD O MASA UNITARIA DEL SUELO EN EL TERRENO

MÉTODO DEL CONO DE ARENA

I.N.V. E – 161 – 07

PRÁCTICA No.

Presentado por:

Presentado a:

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

SANTA MARTA

2011 - l

(13)

La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un

material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el

contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad

aproximadamente constante.

En la práctica, de compactación se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para

rellenos en la construcción de terraplenes, pero también puede realizarse in situ con suelos

naturales en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenieriles del material, tales

como:

* Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la

capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

* Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

* Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.

* Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.

El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la

densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende

de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también

depende del contenido de humedad durante la misma.

Las relaciones típicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energía de

compactación se obtiene a partir de ensayos de compactación en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro

conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluación

involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad optima correspondiente a

la capa de material ya compactado. Este método es para conocer el grado de compactación, es un

método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del

material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado

RESUMEN

Este ensayo tiene como finalidad establecer el peso unitario seco de los suelos en el terreno que

contengan partículas no mayores de 50 mm (2") de diámetro. El procedimiento consiste en que se

excava manualmente un agujero en el suelo que se va a ensayar y todo el material del hueco se

guarda en un recipiente. Se llena el hueco con arena de densidad conocida, la cual debe fluir

(14)

libremente, y se determina el volumen. Se calcula luego la densidad del suelo húmedo, in situ,

dividiendo la masa del material húmedo removido por el volumen del agujero. Y por último se

determina el contenido de humedad del material extraído del hueco y se calcula su masa seca y la

densidad seca del suelo en el campo, usando la masa húmeda del suelo, la humedad y el volumen

del hueco. El parámetro aquí medido es un indicador del grado de compactación presente en las

subbases, bases granulares y afirmados de carreteras y que usualmente es comparado con el peso

especifico máximo obtenido en laboratorio después de realizar los ensayos de compactación

Proctor o Proctor modificado para verificar si el material fue o no adecuadamente compactado.

PROCEDIMIENTO

Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el

cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro

evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame;

se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del contenedor y se enraza el

cilindro ayudado por un elemento inocuo para evitar ejercer presión, se limpia la base con la

brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el

volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico.

Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se

pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana, se cierra la válvula y se

coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el

movimiento de la arena dentro del contenedor se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena

sobrante.

El siguiente paso es la obtención del peso volumétrico de campo, para ello se pesa el equipo con

arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se realizará la prueba se debe nivelar, colocar la

placa y trazar el diámetro de ésta, se extrae el material procurando evitar pérdidas hasta una

profundidad de 8 a 10 cm. El material extraído deberá colocarse en una bolsa de plástico para

evitar que pierda agua. Después se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando esté

listo se abre la válvula para que fluya la arena dentro del agujero y el cono, cuando se llenen

ambos elementos, se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se pesa el material

extraído del agujero y de ahí mismo se obtiene una muestra representativa que será pesada para

obtener el contenido de humedad, con estos datos se obtiene el peso específico seco máximo de

campo y dividiéndolo entre el peso volumétrico seco máximo de laboratorio nos indica el grado de

compactación de campo

(15)

CÁLCULOS

DATOS:

Wo cono y arena = 5644,8gr

Wf cono y arena = 1896,6gr

Wt material = 3376gr

w natural= 1,6%

Ccono=1643

δ 1=1,37 gr/cm3

Warena que lleno el hueco=W0 cono y arena-Wf cono y arena

Warena que lleno el hueco=5644.8-1896,6

Warena que lleno el hueco=3748.2 gr

Vdel hueco=Warena que lleno el hueco-Cconoδ1

Vdel hueco=3748,2-16431,37

Vdel hueco=1536,64 cm3

Wmasa removida=100*Wt materialwnatural+100

Wmasa removida=100*33761,6+100

Wmasa removida=3322.83 gr

δm=Wt materialVdel hueco

δm=3748,21536,64

(16)

δd=Wmasa removidaVdel hueco

δd=3322,831536,64

δd=2,16grcm3

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Esta práctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el grado de

compactación de una capa en campo, es muy sencilla, no necesita mucho tiempo (con excepción

de esperar a que se seque la muestra extraída del agujero), además de que la información que nos

proporciona es muy cercana a la realidad. Igualmente es coherente el dato obtenido e igualmente

es de suma importancia tener más de un punto de información para una aproximación estadística

más rigurosa.

Es de vital importancia recomendar el seguimiento estricto de la norma INV E – 161, dado a

que resulta un ensayo simple, pero, no hay q escatimar que esos valores por cualquier descuido,

pueden variar

DENSIDAD IN SITU (METODO DEL CONO DE ARENA)

v

INTRODUCCIÓN

La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante.

En la práctica, de compactación se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos en la construcción de terraplenes, pero también puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenierìles del material, tales como:  Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la

capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

 Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.  Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.

(17)

 Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.

El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la misma.

Las relaciones típicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energía de compactación se obtiene a partir de ensayos de compactación en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso especifico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Esta método es para conocer el grado de compactación, es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso especifico seco de campo a partir del material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado.

OBJETIVOS

 Este método de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo del aparato descrito aquí está restringido a suelos que contengan partículas no mayores de 50 mm (2") de diámetro.

 Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicación al diseño o construcción.

 Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de información que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.

MARCO TEORICO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO METODO CONO DE ARENA ( ASTM D1556-64)

Una vez que se han definido los criterios de compactación - en la forma de especificaciones técnicas - para las obras en terreno, es necesario utilizar un método para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la compactación.

Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno: Cono de arena

Balón de densidad Densímetro nuclear

En esta guía nos referiremos solamente el primero.

El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca.

El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad

(18)

que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metálico.

MATERIALES

1. Aparato del cono de arena :

el aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación cuando este en posición completamente abierta o completamente cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas.

Placa base para su uso esto puede hacer mas difícil la nivelación pero permite en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base mas constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo.

2. Arena:

La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Además deberá tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina (menor que 250 m, N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica. Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como mínimo, cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al aire”, en la zona en que va a ser usada.

3. Balanzas:

Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de capacidad de 200g. y sensibilidad de 0.1g.

4. Equipo para el secamiento:

(19)

5. Equipo misceláneo:

Pequeña pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela para freír de 224mm.(10”) o cualquier otro recipiente adecuado para secar muestras; canastillas con tapas, canecas con tapas, sacos de lona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el peso unitario de la arena respectivamente, termómetro, pequeña brocha de pintura, cuaderno y cartera, etc.

PROCEDIMIENTO

Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el volumen del orificio de la válvula de la siguiente manera:

Pesamos el conjunto del aparato, se coloco el aparato hacia arriba y se abrió la válvula, llenamos el conjunto con el agua hasta la válvula, el recipiente y el agua teniendo en cuenta la temperatura del agua.

Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser usada en le campo de la siguiente forma: Colocamos el aparato vació hacia arriba sobre una superficie firme y a nivel, se cerro la válvula y llenamos el embudo con arena.

Se procedió a abrir la válvula y, manteniendo el embudo con arena por lo menos hasta la mitad, llenamos el aparato. Se cerro la válvula se saco el exceso de arena. Se peso el aparato con arena y se determino el peso neto de la arena quitando el peso del aparato. Se determino el peso de la arena necesaria para llenar el embudo.

Se determino el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente forma:

Se preparo el sitio de la superficie para ser ensayada de tal manera que quede en un plano a nivel, se coloco la base sobre la superficie, la cual sirve como guía, se cavo el orificio del ensayo, dentro de la base, teniendo cuidado de evitar la alteración del suelo que limita al hueco.

Se coloco el aparato invertido sobre la base y se poseída a abrir la válvula y se peso luego el aparto con la arena restante y determínese el peso de la arena usada para el ensayo. Pesamos el material que fue removido del hueco de ensayo, se saco una muestra de este material para calcular la humedad.

(20)

bFACULTAD DE INGENIERIA

Departamento de Ingeniería de Minas

LABORATORIO FUNDAMENTOS DE GEOTECNIA

MEDICIÓN DE DENSIDAD DE SUELO IN SITU MEDIANTE EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA

(21)

– Eduardo Castro –.

Julio 2 de 2010

Contenidos

N° Página

Introducción

3

Objetivos del Laboratorio Cono de Arena

3

Marco Teórico Método del Cono de Arena

4

Aparatos, equipos y herramientas Cono de Arena

5

Procedimiento

7

Cálculos de densidades obtenidos

9

Objetivo y Objetivo Especifico Laboratorio Calicata

13

Metodología Para el Análisis de Comportamiento de Suelos

14

Marco Teórico Método de la Calicata

15

(22)

Clasificación Del Suelo Según Sistema Unificado (USCC)

17

Procedimiento Calicata

19

Instrumentos Utilizados

20

Imágenes Procedimiento Calicata

21

Cálculos Tabla Granulométrica Calicata

22

Clasificación suelo según norma U.S.C.C

22

Conclusión

25

Introducción

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro

Conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluación

involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad óptima correspondiente a

la capa de material ya compactado. Este método es para conocer el grado de compactación, es un

método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del

material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado. El

método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de Estados

Unidos y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma Chilena

NCh1516 Of.79. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ.

En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro

nuclear.

Además se desarrollara una

calicata ya es necesario hacer este procedimiento por que los suelos son materiales complejos por

lo que para realizar un estudio eficiente, a estos se les debe considerar como un material con

diferentes tamaños de partículas y distintas composiciones. El análisis granulométrico es el ensayo

mas común que se emplea para la determinación de la distribución por tamaño de las partículas

presentes en una muestra de suelo o material particulado.

Mediante los datos obtenidos en dicho análisis, es posible calcular

un coeficiente de uniformidad (Cu) y un coeficiente de curvatura (Cc) para una muestra y además

de conocer su comportamiento como Suelo o material particulado mediante sistemas

normalizados como el USCC y AASHTO, en este presente informe se analizara por medio de la

norma USCC.

(23)

Objetivos del Laboratorio Cono de Arena

Determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo del aparato descrito

aquí está restringido a suelos que contengan partículas no mayores de 50 mm (aprox. 2") de

diámetro. Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la

aplicación al diseño o construcción. Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de información que se

obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se esté realizando una obra de

gran magnitud. Determinar la densidad in situ suelo determinado densidad insitu ,

esto dependiendo del grado de compactación del terreno que se escogió para tal efecto.

Marco Teórico Método del Cono de Arena

Este ensayo corresponde a un método utilizado según las normas A.S.T.M., para evaluar

densidades in situ, en bases estabilizadas compuestas de material particulado, pétreos, finalmente

lo que el método logra es calcular el volumen de orificio de prueba. El ensayo se realiza, usando un

cono de arena, además para llevar a cabo la experiencia se debe hacer una pequeña excavación de

15 x 20 cm de diámetro, y una profundidad de 10 a 15 cm, luego se debe pesar el material que ha

sido excavado, es importante recalcar que en el orificio se debe colocar el cono y llenar con arena

normalizada la cual posee las siguientes características:

Peso unitario seco Gs = 2,65 [gr/cc]

Porcentaje de humedad W = 0%

Grado de saturación Sr = 0 %

Diámetro de partícula entre 0,074 y 4,75 [mm]

Granulometría estricta bajo malla Nº4 y sobre malla Nº200

% finos 0

Después de pesar la arena que se encuentra en el cono y restarle el peso del cono, es posible

calcular el volumen del agujero, para luego poder calcular

(24)

Donde VT se puede estimar a través del cono de arena. La estimación de VT se obtiene usando

arena normalizada con las características anteriormente expuestas.

Usamos la relación; .Luego, en condiciones normales;

Aparatos, equipos y herramientas

Aparato de densidad

Consiste en una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura con un extremo terminado en forma de

embudo y con su otro extremo ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 litros

de capacidad. La válvula debe tener topes que permitan fijar cerrada o completamente abierta. El

aparato debe llevar una placa base. Este aparato descrito se puede utilizar en perforaciones

aproximadas de 3 litros.

Arena Normalizada

Sólo compuesta por partículas sanas, redondeadas, no cementadas y comprendidas entre 1 y 2

mm Debe estar lavada y seca en estufa a 110 ± 5ºC. Para elegir la arena deben efectuarse

previamente 5 determinaciones de su densidad aparente empleando la misma muestra

representativa. Para su aceptación, los resultados de dichas determinaciones deben tener una

variación menor que el 1% entre si.

Depósito para calibración de arena

Recipiente metálico, impermeable, de forma cilíndrica y con una capacidad volumétrica de 2 a 3

litros.

(25)

Balanza

Con una capacidad máxima de 15 kg y una precisión de 1 gr

Equipo de secado

Estufa u horno eléctrico según NCh1515

Envases

Recipientes con tapa, tarros de hojalata sin costuras con tapa hermética, bolsas de polietileno u

otros recipientes adecuados para contener las muestras y la arena de ensayo respectivamente.

Herramientas y accesorios

Combo o macho, cuchillo, martillo, pala jardinera y cuchara para cavar la perforación de ensayo,

brocha, cinta métrica, libreta de apuntes, bolsas plásticas y arena normalizada.

Procedimiento

1. Extraer desde una base estabilizada o suelo, una muestra de 4 a 5 kilogramos de material

compacto.

2. Obtener una humedad (% W) de la muestra de suelo extraído.

(26)

4. Abrir llave de paso y llenar el orificio, y cono con arena normalizada

5. Cerrar llave de paso y se retira el cono y la botella que contiene arena normalizada. Luego se

retira la bolsa plástica que contiene la arena normalizada.

6. Llenar en forma separada el cono con arena y luego pesar la arena contenida (Ws)

7. Cálculo del volumen del orificio

8. Cálculo del

saturado

9. Cálculo del

10. Luego, con respecto a la muestra:

WT (excavación), se pesa con humedad

WS (masa seca), se seca la muestra y se pesa nuevamente.

Cálculos de densidades obtenidos

Muestra 1

Para la muestra Nº1 se dispuso de un terreno utilizado actualmente para actividades deportivas.

Presenta una buena compactación y fue estabilizado con grava de una granulometría homogénea.

(27)

Peso de la muestra extraída del orificio:

WT = 5031,0 [grs]

Peso total de arena (incluído el cono):

WST = 5637,0 [grs]

Peso en arena del cono:

WS = 1642,4 [grs]

Entonces calculamos el peso en arena del orificio;

Luego el volumen del orificio (considerando

Calculamos el peso unitario saturado

(28)

Calculamos la humedad;

Peso húmedo Whúmedo = 156,4 [gr]

Peso seco Wseco = 147,06 [gr]

Calculamos el peso unitario seco;

Muestra 2

Para la muestra Nº2 se dispuso de un sitio eriazo. Presenta una compactación desconocida, pero

sirve como parámetro de comparación entre un terreno utilizado normalmente (muestra 1) a uno

que está completamente abandonado.

Peso de la muestra extraída del orificio:

WT = 5010,0 [grs]

Peso total de arena (incluído el cono):

WST = 5595,0 [grs]

(29)

WS = 1642,4 [grs]

Entonces calculamos el peso en arena del orificio;

Luego el volumen del orificio (considerando

Calculamos el peso unitario saturado

El % de humedad (%W) nos entrega el peso unitario seco

Calculamos la humedad;

Peso húmedo Whúmedo = 133,1 [gr]

Peso seco Wseco = 122,62 [gr]

Calculamos el peso unitario seco;

(30)

Calicata

Objetivos del Laboratorio Calicata

Realizar un análisis granulométrico con una muestra proveniente de una de las canchas de la

universidad de Antofagasta. Familiarizarse con los instrumentos utilizados y las técnicas aplicadas

que permiten la realización del análisis anteriormente mencionado.

Objetivos Específicos

Clasificar el tipo de suelo según norma USCC.

Confeccionar una curva granulométrica.

Definir un coeficiente de uniformidad (Cu) para el material particulado y un coeficiente de

curvatura (Cc) a analizar, aplicando los conocimientos de mecánica de suelos.

Metodología Para el Análisis de Comportamiento de Suelos

La metodología para el análisis de un suelo frente a las acciones exteriores (como cimentaciones

de edificios, excavaciones exteriores; etc.) Es la siguiente:

1. Identificación del tipo de suelo; determinado su granulometría y plasticidad, a lo que se añade

el contenido de SO3, CO2 y materia orgánica, todo ello a través de sencillos de laboratorio.

(31)

2. Determinación de su estado real (los ensayos anteriores se hacen secando y disgregando la

muestra, si conservar su estructura inicial), esto es, de las proporciones relativas de sólidos, agua,

etc.

3. A partir del estado real, teniendo en cuenta, además, su estado tensional inicial, a de estudiarse

la respuesta del suelo frente a los cambios que, en este estado, inducen las acciones exteriores

Marco Teórico Método de la Calicata

Tamizaje

El tamizaje corresponde a la separación de partículas de acuerdo al tamaño, esto se produce

gracias a los tamices. En practica lo que sucede es que las partículas de la muestra cuyo diámetro

es mayor a la abertura del tamiz quedaran retenidas en dicho tamiz produciéndose la clasificación

de tamaño ya que las partículas de inferior tamaño pasaran por el tamiz ya señalado. Para

determinar la distribución granulométrica la muestra se somete en un Ro-tap con una serie de

tamices. Luego de ordenados los tamices, se disponen en una máquina, (ro tap), la cual imprime

un movimiento rotativo excéntrico horizontal y, además, un movimiento brusco vertical. La

eficiencia del tamizado depende del tamaño de las partículas y del tiempo empleado para tamizar.

Las partículas de tamaño grueso requieren de menos tiempo de tamizado que las partículas de

tamaño fino. El tiempo de tamizaje recomendado es del orden de 10 a 15 minutos, pero ese valor

depende del tipo de material y es conveniente estimarlo para cada caso en particular. Un factor

que es necesario tener en cuenta es la abrasión del mineral, en algunos casos esto es crítico y la

granulometría se modifica significativamente con el tiempo de tamizaje. El tamizaje está limitado

para partículas sobre 34 micras, la razón de ello es la imposibilidad práctica de fabricar y operar

tamices con aberturas menores. Terminado el tamizaje, se pesa el material retenido en cada

tamiz.

Coeficiente de uniformidad (Cu)

Es la relación entre el diámetro correspondiente al tamiz por el que pasa un 60% del material y el

diámetro correspondiente al tamiz por el que pasa el 10%, si el valor obtenido es inferior a 4

(32)

hablamos de un material uniforme o pobremente graduado mientras que para un numero mayor

a cuatro estamos en presencia de un material bien graduado. Este índice también puede ser

considerado como de no uniformidad ya que su valor numérico decrece cuando la uniformidad

aumenta. Cuanto mas uniforme es la granulometría de un suelo, mas uniforme es el tamaño de

sus huecos, menores densidades alcanzara, mas fácilmente será erosionado, etc. El coeficiente de

uniformidad queda dado por la siguiente formula:

Coeficiente de curvatura (Cc)

Representa la relación en la curva granulométrica para los diámetros 30, 60,10, el valor de Cc

debe estar entre 1y 3 para suelos bien graduados, con amplio margen de tamaños de partículas y

cantidades apreciables de cada tamaño intermedio, y este se obtiene a través de la siguiente

formula:

Distribución granulométrica: Los análisis granulométricos se realizan para conocer la proporción

de cada material que tiene un suelo, Así se utiliza la vía seca para partículas de tamaños superiores

a 0.075 mm. Y la granulometría por sedimentación mediante el hidrometro (vía húmeda) para

tamaños iguales o inferiores a 0.075 eh Los primeros se llevan a cabo tomando una muestra

representativa del suelo, secándola o disgregándola en seco el conjunto de partículas. A esta

muestra se la hace pasar por un conjunto de tamices (cuyos tamaños suelen ir disminuyendo en

progresión geométrica de razón 2) agitando el conjunto. Después se pesa lo retenido en cada

tamiz. Con lo que conocido el peso de la muestra se determina el porcentaje de material

pasante (%P) por un tamiz de diámetro Øi.

Siendo m el peso total seco de la muestra y mi el peso retenido por el tamiz de diámetro Ø. El peso

mn+1 es el retenido por la base ciega que se pone debajo de la columna de tamices (fondo).

(33)

Con estos datos se puede elaborar la curva granulométrica la cual será semi- logarítmica ya que

relaciona %P con LogØ de un suelo, las curvas obtenidas son muy representativas según su

granulometría, así un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por

una línea vertical, generalmente la curva de distribución de tamaños de las partículas indica si el

tamaño de las partículas varia en un rango amplio o estrecho y se utiliza para describir la

graduación del suelo de entre los parámetros que se encuentran ajustados a estas curvas tenemos

el Cc y el Cu.

Esquema Calicata

Clasificación Del Suelo Según Sistema Unificado (USCC).

1. Suelos Finos: Son aquellos donde el 50% de sus partículas pasan por la malla #200; es decir, la

fracción fina corresponde a más del 50% del peso seco total del suelo.

2. Suelos gruesos: Son aquellos donde el 50% de sus partículas quedan retenidas por malla #200;

es decir, la fracción gruesa corresponde a mas del 50% del peso seco total del suelo.

Estos dos grupos los podemos subdividir en otros cuatro grupos

Gravas (G): Son suelos en que más del 50% de sus partículas quedan retenidas por la malla

#200; y de esta fracción gruesa, mas del 50% es retenido por malla #4.

Arenas (S): Son suelos en que más del 50% de sus partículas quedan retenidas por la malla

#200; y de esta fracción gruesa menos del 50% es retenido por la malla #4.

Limos (M): Son suelos en que más del 50% de sus partículas pasan por la malla #200 y esta

fracción fina tiene un límite líquido menor que 50.

Arcillas (C): Son suelos en que más del 50% de sus partículas pasan por la malla #200 y esta

fracción fina tiene un límite líquido mayor que 50.

(34)

Tabla de la norma U.S.C.C

CLASIFICACION DE SUELOS SEGÚN EL S.U.C.S.

Malla % que pasa

Tipo de suelo

Malla

% que pasa

Curva granulométrica

% finos

IP

Posición c/r a la línea A

Clase

Grupo

#200

< 50

G

R

A

N

U

L

A

R

(35)

# 4

< 50

Bien Graduada

< 5

--

----

G

R

A

V

A

S

GW

Mal Graduada

GP

----

5 a 12

GW-GM

> 12

< 4

Abajo

GM

4 a 7

Arriba

GM-GC

(36)

> 7

GC

> 50

Bien Graduada < 5

--

----

A

R

E

N

A

S

SW

Mal Graduada

SP

----

5 a 12

SW-SM

> 12

< 4

Abajo

SM

4 A 7

Arriba

SM-SC

> 7

SC

(37)

> 50

F

I

N

O

LL

IP

Orgánico

Posición c/r a la línea A

Clase

Grupo

< 50

< 4

SI

Abajo O

OL

NO

M

ML

4 a 7

----

Arriba

ML-CL

> 7

C

CL

< 50

----

CH

(38)

NO

Abajo M

MH

SI

O

OH

Procedimiento Calicata

1.

Demarcar zona de interés (U.A.)

2.

Extraer suelo distinguiendo distintas capas de suelo

3.

Dimensiones 1 metro de ancho por un metro de largo por un metro de profundidad.

4.

Una vez obtenidas las muestras estas se llevan al laboratorio

5.

Se homogeniza la muestra a través de la técnica del roleo, para luego reducir por cuarteo

una cantidad representativa de aproximadamente 500 grs.

6.

Se debe pesar cada uno de los tamices que conforman la batería y anotar dichos datos en

una tabla.

7.

Ordenar la batería de tamices en orden descendente, los cuales deberán encontrarse

limpios. La torre deberá contar de una tapa en la parte superior y una bandeja receptora en la

inferior.

8.

Pesar la muestra hasta que alcance los 400 grs.

(39)

10.

Se hace vibrar el conjunto de tamices durante 10 minutos en la maquina RO-TAP.

Se retira del vibrador la batería de tamices y se registra el peso del tamiz, mas el material retenido

en el; con lo que se obtiene el peso del material retenido mediante una simple diferencia de

pesos.

Instrumentos Utilizados

1)

Plástico para captar muestras y para Rolear (Homogenizar) muestra.

2)

Pala y Pala Pequeña (Cuarteadora) y una Escobilla (para incorporar finos).

3)

Bandejas (para pesar muestras).

5)

Muestra original de suelo, proveniente del costado de la U.A., con un total de 2 muestras.

6)

Serie de Tamices TYLER.

7)

Vibrador RO – TAP.

8)

Balanza electrónica.

Imágenes Procedimiento Calicata

Cambio de estratos

Estrato (1)

(40)

Se Toma Muestra de Suelos

Cálculos Tabla Granulométrica Calicata

Dada la tabla de datos obtenidos en laboratorio

Tamiz Abertura (μm) ln[abertura]

Peso Tamiz [grs]

Retenido

Pasante [grs]

Pasante

Inicial Final

Retenido

4

4760 8,4680 836,3 526

310,3 0,1305 2067,50

0,8695

10

2000 7,6009 824,5 459

365,5 0,1537 1702,00

0,7158

20

841

6,7346 744,6 433,1 311,5 0,1310 1390,50

0,5848

35

500

6,2146 708,8 358,5 350,3 0,1473 1040,20

0,4375

50

297

5,6937 972,3 369,2 603,1 0,2536 437,10 0,1838

200

74

4,3041 944,5 520,2 424,3 0,1784 12,80 0,0054

-200

443,6 430,8 12,8

0,0054 0,00

0,0000

NOTA: W total muestra cuarteada = 2,356 Kg. Σ Τ

2377,8

Clasificación suelo según norma U.S.C.C.

1. En la Malla 200 pasa menos del 50%, se trata de un suelo grueso.

(41)

3. Para determinar si esta arena está bien graduada (W) o pobremente graduada (P) usamos Cu y

Cc.

;

Calculamos los diámetros respectivos mediante interpolación;

Cálculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

Cálculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

Cálculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

(42)

Se adjunta el gráfico de distribución correspondiente.

Conclusión

Calicata

Como Cu = 5,1 < 6,0 y Cc = 0,8 < 1, se trata de una arena pobremente graduada.

Además en la Malla 200 pasa menos del 12% de fino, por lo tanto se trata de una ARENA

POBREMENTE GRADUADA LIMPIA (SP – SP).

Cono de Arena

En total se tienen dos muestras de suelos; uno de un sitio con compactación y estabilizado, y otro

de un lugar desconocido, sin presencia de caminos o carreteras. Sus características se detallan a

continuación:

DETERMINACION DE LA DENSIDAD EN EL TERRENO POR EL METODO DEL CONO DE ARENA

I.INTRODUCCIÓN

El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de U.S.A. y

acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma Chilena 1516 of. 79.

(43)

Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de

los proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro nuclear.

Este método (cono de arena) a utilizar establece un procedimiento para determinar en terreno la

densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) se

utilizara el cono convencional, y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro. Se utilizara el macrocono.

El cono convencional utilizado en este ensayo es un aparato medidor de volumen, provisto de una

válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, que controla el llenado de un cono de 6” de diámetro y

60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la

boca de un recipiente de aproximadamente 5 lts. de capacidad. La válvula debe tener topes que

permitan fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta.

El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicación del cono de densidad, permite

reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y proporciona una base más

sólida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse como parte constituyente del cono de

densidad durante el ensaye.

El cono de arena convencional puede usarse con perforaciones de ensaye de aproximadamente 3

litros.

La arena normalizada se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadas

y comprendidas entre 2mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en horno a 110+- 5ºC, para el

ensayo.

En el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de forma

cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica entre 3 y

3,5 litros.

II. EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR

Para la calibración de los equipos:

* Cono de densidad convencional.

* Vidrio de 20x20 cms. (para calibrar depósito).

* Arena normalizada de ensaye. (previamente tamizada, lavada y seca)

* Deposito para calibración de arena.

* Balanza (20 kgs)

* Termómetro.

(44)

* Brocha.

* Placa base.

* Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).

Para terreno:

* Pala (para despejar)

* Combo.

* Cincel o punto.

* Pala jardinera o cucharón.

* Brocha.

* Huincha de medir.

* Banco o piso para sentarse.

* Placa base.

* Cono de densidad.

* Bolsas o recipientes.

* Arena normalizada ( aprox. ± 8,00 kgs.)

Para determinación de resultados finales en laboratorio:

* Equipo de secado (horno 110ºc ± 5).

* Balanza (20 kgs.).

* Recipiente pequeño.

* Vidrio acorde al tamaño del recipiente.

* Termómetro.

* Platillo o bandeja.

* Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).

III. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYE.

Determinación de la Capacidad Volumétrica del Depósito

(45)

Se coloca el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal como una mesa estable

(lo ideal contiguo a la balanza).

Se Llena el depósito con agua a temperatura ambiente y se enraza con una placa de vidrio, para

eliminar burbujas de aire y el exceso de agua.

Se pesa en la balanza el recipiente con el agua y el vidrio, para que no se derrame.

Se anota la masa total, para después descontar la masa del vidrio y del recipiente, y así determinar

el peso de agua que llena el depósito (mw), aproximado a 1 gr.

m TOTAL = 7.452 grs.

m VIDRIO = 1.014 grs. 7.452 - 1014 - 3696 => mW = 2.742 grs.

m RECIPIENTE = 3.696 grs.

Se mide la temperatura del agua.

En la cual dio Tº = 20º c

Para el agua se debe corregir la densidad (pw), según su temperatura con la tabla 8.102.9.A.

(Manual de carreteras).

TEMPERATURA (ºC)

| DENSIDAD (grs/cm3) |

8

| 0,9999

|

9

| 0,9998

|

10

| 0,9997

|

11

| 0,9996

|

12

| 0,9995

|

13

| 0,9994

|

14

| 0,9993

|

15

| 0,9991

|

16

| 0,9990

|

17

| 0,9988

|

(46)

18

| 0,9986

|

19

| 0,9984

|

20

| 0,9982

|

21

| 0,9980

|

22

| 0,9978

|

23

| 0,9976

|

24

| 0,9973

|

25

| 0,9971

|

26

| 0,9968

|

27

| 0,9965

|

28

| 0,9963

|

Se determina y registra la capacidad volumétrica del depósito (VM), aproximado a 1 cm3, con la

siguiente expresión:

VM = mW/pW => 2.742 grs. / 0,9982 grs/cm3 => VM = 2.747 cm3

Determinación de la Densidad Aparente de la Arena de Ensaye.

Se coloca el depósito limpio y seco en una superficie plana, firme y horizontal como el piso; monte

sobre él la placa base y posicione el aparato de densidad sobre la placa.

Se Llena el aparato de densidad con la arena de ensaye, evitando cualquier derrame de ésta.

Se abre la válvula y se mantiene abierta hasta que la arena deje de fluir. Esto se nota porque hace

como un efecto de succión y borbotea arena por unos segundos y se detiene.

Se retira el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena.

Se enraza cuidadosamente con una regla metálica, evitando producir vibración.

(47)

Se determina la masa de arena que lleva el depósito (mA), aproximando a 1 g. Esto se efectuará 5

veces. Para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las cinco determinaciones

realizadas no deberá exceder de 1,5%, respecto de la medida aritmética de ellas. Si esto no se

cumple se debe repetir el ensaye.

Se determina y registra la densidad aparente de la arena de ensaye expresando el resultado en

grs/cm3, con una aproximación de dos decimales.

Determinación Nº

| 1

| 2

| 3

| 4

| 5

|

Masa arena que llena depos. grs. ma | 4.057 | 4.061 | 4.094 | 4.069 | 4.089 |

Capacidad volumétr. Depós. cc. Vm

| 2.747 | 2.747 | 2.747 | 2.747 | 2.747 |

Densidad arena grs/cc. Pa = ma/Vm

| 1,48 | 1,48 | 1,49 | 1,48 | 1,49 |

Se determina la densidad de la arena (pA), dividiendo la masa de ésta que llena el depósito por la

capacidad volumétrica del depósito con la siguiente expresión:

pA = mA / VM => 4.076 grs. / 2.747 cm3 => pA = 1,48 grs/cm3

Determinación de la Masa de Arena que llena el Cono Basal.

Se llena el aparato de densidad con arena y se coloca en la balanza para registrar su masa (mi),

aproximando a 1 gr. mi = 9.845 grs.

Se coloca la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal, asentando el aparato de

densidad sobre la placa. (ideal en el piso y colocar una bandeja entre el piso y la placa para no

perder arena)

Se abre la válvula y se mantiene abierta hasta que la arena deje de fluir.

Se cierra la válvula. se determina y registra la masa del cono más la arena remanente (mF),

aproximando a 1 gr.

mF = 8.113 grs.

Se determina y registra la diferencia entre las masas inicial y final como la masa de arena que llena

el cono basal ( mc), aproximando a 1gr.:

mc = mi - mF => 9.845 grs. - 8.113 grs. => mc = 1.732 grs.

Esta operación se hace 3 veces, y para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de

las tres determinaciones realizadas no deberá exceder de 1,0%, respecto de la medida aritmética

de ellas.

(48)

IV. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL TERRENO.

Determinación del Volumen de la Perforación de Ensaye.

Se seleccionara el lugar para efectuar el ensaye, que en este caso lo determina el profesor, siendo

este en el sector nor-oriente de la Universidad Central, detrás de las oficinas.

Se prepara la superficie del punto a controlar, nivelándola o emparejándola y quitando el material

vegetal que hubiere, para conseguir un buen asentamiento de la placa.

Se coloca la placa base sobre la superficie nivelada y se procede a excavar dentro de la abertura de

la placa base, iniciando la excavación con un diámetro menor (desde el centro) y afinando luego

hacia los bordes. La profundidad de la excavación debe ser similar al espesor de la capa bajo

control, que en este caso se supuso de 15 cms. por no tener especificaciones técnicas.

Al ejecutar la excavación se debe tener cuidado de no alterar las paredes del suelo que delimitan

la perforación, especialmente cuando predominan partículas que al sacarlas pueden desmoronar

los costados, cambiando la geometría de la perforación. Si esto ocurriese, se deberá hacer una

perforación nueva.

Se coloca todo el suelo excavado en un envase o bolsa resistente, el cual debe cerrar

herméticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles pérdidas de material o

contaminación, con un papel que indique las condiciones de la muestra (lugar, fecha, material,

hora, etc.).

En nuestra perforación se encontró una partícula cuyo tamaño máximo absoluto excedió los

50mm. ésta no será devuelta a la excavación, debiéndose determinar su masa y volumen, para

restar luego dichos valores a las respectivas medidas del terreno.

Se lleva a terreno la arena, determinada y registrada la masa del aparato de densidad con el total

de arena (mti), aproximando a 1 gr.

mti = 9.845 grs.

Se asienta el aparato de densidad sobre la placa, se abre la válvula y se cierra una vez que la arena

ha dejado de fluir.

Posteriormente en el laboratorio se determina y registra la masa del aparato más la arena

remanente (mtf), aproximando a 1gr.

Figure

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