PRÁCTICA Nº7
ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS SUELOS EN EL CAMPO POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA 1. OBJETI ETIVOS VOS ∇
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Esta norma de ensayo establece el método de ensayo estándar para determinar la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena. Aprender a determinar este cálculo en campo y cuales son enta!as y desenta!as en la aplicaci"n al dise#o o construcci"n. Tomar Tomar decisiones de acuerdo a tipos tipos de in$ormaci"n %ue se obten&an en el laboratorio para ad%uirir e'periencia cuando se esté reali(ando una obra de &ran ma&nitud.
2. MA MARC RCO O TEÓR TEÓRIC ICO O )n suelo natural o compactado re%uiere la determinaci"n de la densidad in situ. En la mayor*a de los casos+ esta determinaci"n se reali(a utili(ando el método del cono de arena. Cuando el traba!o de compactaci"n a pro&resando en el campo+ es coneniente saber si el peso olumétrico especi$icado se está lo&rando o no. ,entro de esto e'iste un procedimiento estándar %ue se usa para determinar el peso espec*$ico de campo de compactaci"n. El aparato usado en este método consiste en un recipiente de idrio o plástico con un cono de metal unido a su parte superior. El recipiente se llena con arena -ttaa seca muy uni$orme. /e determina el peso del enase+ del cono y de la arena %ue llena el recipiente. En el campo se e'caa un pe%ue#o a&u!ero en el área donde el suelo $ue compactado.
En resumen: /e caa a mano con la ayuda de un cincel metálico y un combo un ori$icio de prueba en el suelo donde se a a ensayar y todo el material e'tra*do del ori$icio es recuperado en un contenedor. /e llena el ori$ico con la arena de densidad conocida en ca*da libre y se determina el olumen. 0a densidad 12meda del suelo in situ se determina diidiendo la masa 12meda del material remoido entre el olumen del ori$icio. /e determina el contenido de 1umedad del material del ori$icio y se calcula la masa seca del material y la densidad seca del lu&ar+ utili(ando la masa 12meda del suelo+ el contenido de 1umedad y el olumen del ori$icio.
. SI!N SI!NI" I"ICA ICADO DO Y USO USO ∇
Este método es muy di$undido para determinar la densidad de suelos compactados util utili( i(ad ados os en la const construc rucci ci"n "n de terra terrapl plen enes es de tier tierra+ ra+ rell relleno enoss de carre carrete tera rass y estructuras de relleno. Es com2nmente utili(ado como base de aceptaci"n para suelos compactados a una densidad espec*$ica o a un porcenta!e de densidad má'ima determinada por un método de ensayo normado.
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Este método puede ser usado para determinar la densidad in situ de dep"sitos de suelos naturales+ a&re&ados+ me(cla de suelos u otro material similar.
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El uso de este método está limitado &eneralmente a suelos en una condici"n de no saturados. Este método no es recomendable para suelos %ue sean suaes o desmenu(ables 3%ue se desmoronan $ácilmente4+ o estén en una condici"n de 1umedad tal %ue el a&ua $iltre al 1oyo e'caado. 0a precisi"n de este ensayo puede ser a$ectada por suelos %ue se de$orman $ácilmente o %ue su$ran cambios olumétricos en el 1oyo e'caado debido a %ue el personal camine o se deten&a cerca del 1oyo durante el ensayo.
#. APARATOS ∇
)n $rasco desarmable u otro contenedor de arena %ue ten&a una capacidad de olumen %ue e'ceda el olumen re%uerido para llenar el ori$icio de prueba y el aparato durante la prueba. 1
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)n aparato desarmable %ue consiste en una álula cil*ndrica con un ori$icio de
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356 mm4 de diámetro+ presentando en un e'tremo un pe%ue#o cono de metal conectado a un $rasco en un e'tremo y a un embudo 3cono4 en el otro e'tremo. 0a álula debe tener un $reno 3se&uro4 para preenir la rotaci"n de una posici"n completamente abierta a otra completamente cerrada. ∇
0os detalles del aparato descrito se muestran en la i&. 5 y representan las dimensiones m*nimas aceptables y adecuadas para ensayar suelos %ue tienen un tama#o má'imo de 899 3:;mm4 y olumen del 1ueco de ensayo de apro'imadamente 3
38<6; cm 4. Cuando el material a ensayarse contiene un pe%ue#o porcenta!e de part*culas e'tra dimensionadas y alar&adas+ el ensayo puede ser trasladado a una nuea ubicaci"n.
Aren$: ,eberá ser limpia+ uni$orme+ seca+ no cementada+ durable y %ue discurra libremente. ,ebe estar libre de $inos y part*culas de arena $ina para preenir cambios si&ni$icatios en la densidad de la masa por cambios diarios en la 1umedad atmos$érica. /on deseable arenas naturales+ las arenas trituradas+ o %ue ten&an part*culas an&ulares no son libres de escurrir+ por lo %ue esta condici"n puede causar una acci"n puente y por lo tanto imprecisi"n en la determinaci"n de la densidad.
B$%$n&$s: )na balan(a de capacidad m*nima de 8; =& con una sensibilidad de 5&.
E'u()* +e se,$+*: Controlado termostáticamente+ capa( de mantenerse a una temperatura de para determinar el contenido de 1umedad de la muestra e'tra*da del 1oyo.
110 ± 5 ℃
+
E'u()* +(-ers*: Cuc1illo+ cincel+ pico pe%ue#o+ espátula pe%ue#a+ destornillador o cuc1aras para e'caar el 1oyo del ensayo+ recipientes con tapa+ costales plásticos+ term"metro para la determinaci"n de la temperatura del a&ua+ broc1a pe%ue#a+ calculadora+ libreta de apuntes+ etc.
. PROCEDIMIENTO ∇
/eleccionar una ubicaci"n>eleaci"n %ue sea representatia del área %ue se a aprobar 3%ue en este caso $ue el lote de un compa#ero4 y determine la densidad del suelo in?situ de loa si&uiente manera@
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Inspeccionar el cono por si 1ubiera al&2n da#o+ la rotaci"n libre de la álula. 0lene el contenedor del cono con la arena condicionada para lo cual ya se 1a determinado la densidad y determine la masa total.
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Prepare la super$icie del sitio %ue se a a ensayar de tal manera %ue sea un plano nielado. El plato de base debe utili(arse como una 1erramienta para remoer la super$icie a un plano de niel suae.
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Colo%ue el plato base sobre la super$icie plana+ ase&urándose de %ue e'iste contacto con la super$icie del terreno alrededor del borde del ori$icio central. ar%ue el contorno del plato de base para reisar el moimiento durante la prueba y+ si es necesario+ ase&ure el plato contra el moimiento %ue se cause utili(ando claos insertados dentro del suelo adyacente al $ilo del plato+ o en otros términos+ sin disturbar el suelo %ue se a a probar.
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En suelos donde la nielaci"n no es e'itosa o la super$icie presenta acios+ el olumen %ue se e'pulsa 1ori(ontalmente y %ue está limitado por el embudo+ el plato y la super$icie del terreno debe determinarse mediante un ensayo preliminar. 0lene el espacio con la arena del aparato+ determine la masa de la arena utili(ada para llenar el espacio+ rellene el aparato y determine una nuea masa inicial del mismo y de la arena antes de proceder con la prueba. ,espués de %ue se complete esta medida+ limpie cuidadosamente con una broc1a la arena %ue %ueda sobre la super$icie preparada.
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Cae el 1oyo de prueba a traés del ori$icio central en el plato base+ teniendo cuidado de eitar %ue se disturbe o se de$orme el suelo %ue delimitara el ori$icio. 0os ol2menes del ori$icio de prueba serán tan &randes como para %ue sean prácticos y minimicen los errores+ y en nin&2n caso serán más pe%ue#os %ue los ol2menes indicados. 0os lados del ori$icio deben inclinarse leemente 1acia adentro+ y la parte central debe ser ra(onablemente plana o c"ncaa. El ori$icio debe mantenerse lo más libre posible de ac*os+ salientes y obstrucciones $luidas ya %ue esto a$ectar*a la e'actitud de la prueba. 0os suelos %ue son esencialmente &ranulares re%uieren e'tremo cuidado también re%uieren %ue se cabe un ori$icio de prueba de $orma c"nica. Colo%ue todo el suelo e'caado y cual%uier otro tipo de suelo %ue se 1aya soltado durante la e'caaci"n+ en un contenedor 1ermético %ue este marcado para identi$icar el n2mero de prueba. Ten&a cuidado de eitar la pérdida de cual%uier material. Prote!a este material de cual%uier pérdida de 1umedad 1asta %ue se 1aya determinado la masa y se 1aya obtenido la muestra para la determinaci"n del contenido de a&ua.
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0impie el borde del ori$icio del plato base+ oltee el aparato de cono de arena y colo%ue el embudo del mismo en un ori$icio rebordeado en la misma posici"n %ue se marc" durante la calibraci"n. Elimine o minimice en el área de pruebas las ibraciones %ue pueda causar el personal %ue reali(a el ensayo o el e%uipo %ue se utili(a. Abra la álula y de!e %ue la arena llene el ori$icio+ el embudo y el plato base. Trate de eitar %ue el aparato se sacuda o ibre mientras la arena está corriendo. Cuando la arena de!e de $luir+ cierre la álula.
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,etermine la masa del aparato con la arena restante+ re&*strela y calcule la masa de la arena utili(ada.
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,etermine y re&istre la masa del material 12medo %ue se e'tra!o del ori$icio de prueba. Cuando se re%uiera correcciones del material de mayor tama#o+ determine la masa de este material en la malla apropiada y re&*strela+ teniendo cuidado de pérdidas de 1umedad. Cuando se re%uiera+ e$ect2e las correcciones apropiadas para el material de mayor tama#o utili(ado.
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escle el material cuidadosamente y obten&a un espécimen representatio para determinar el contenido de 1umedad+ o en todo caso+ utilice una muestra completa.
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,etermine el contenido de 1umedad.
/. C0LCULOS L$*r$*r(*: Primera determinación
Segunda determinación
W cono +recipiente y arena=W 1=5166 g
W cono
W cantidadde arenaenel cono=W 2=3451 g
W cantidadde arenaenel cono =W 2=3210 g
W arenaen elcono=W 1−W 2=W 3=1715 g
W arenaen elcono=W 1−W 2=W 3=1703 g
+
recipiente y arena =
W 1=4913 g
Promedio@ ´ 3= W arenaque ocupael cono =W
1715 + 1703 2
=1709 g
Resum(en+* en un$ $%$. W molde vacio = 4174 g
13 Deerm(n$,(4n W 1=5166 g
23 Deerm(n$,(4n
W 2=3451 g
W 2=3210 g
W molde + arena=5543 g
W 3=1715 g
W 3=1703 g
W = 5543 g −4174 g =1369 g
W 1= 4913 g
´ =1709 g W 3 3
V molde = 493.3 cm
ρ1 arena=1.45 g / cm
´ arena =1.46 g / cm ρ
3
3
V molde =2124 cm
ρ1=
3
3
ρ2 arena=1.46 g / cm
1369 g 943.3 cm
3
=1.45 g / cm3
ρ2=
1369 g 2124 cm
ρ ´ arena =
3
=1.46 g / cm
1.45 + 1.46 2
3
3
=1.46 g / cm
In5s(u: W molde + arenaantesde la prueba =W 4 =6739 g W arena sobrante +cono =W 5=2517 g W del suelohúmedoextraidodel hoyo =W 6 =3721 g
Deerm(n$,(4n +e% ,*nen(+* +e 6ume+$+: W tara =130 g
S*%u,(4n: W w = W tara+ suelohúmedo −W sseco=50 g
W tara +suelo húmedo= 924 g
W s =W suelo seco −W tara =744 g
W suelo seco=874 g
( ) w=
W w W s
! 100
( ) w=6.72 C$%,u%* +e% -*%umen +e% *r(7(,(* +e )rue$:
W 4 −W 5
"onde : V = volumendel ori#icioen cm V =
3
(6739 −2517 ) g
=2891,78 cm3
C$%,u%* +e% )es* se,* +e% m$er($% e8r$9+* +e% *r(7(,(* +e )rue$ $% ,*m* s(ue: "onde : 100 !W
w =contenido de humedad extraido en ( ) 100 ! 3721 g W 7= = 3486.69 g (6.72 + 100 ) W 6= masa delsuelo húmedadel materialextraido del hoyoen ( g )
W 7= masa secadel material extraidodel hoyo en ( g )
C$%,u%* +e %$ +ens(+$+ 6;me+$ < se,$ (n5s(u +e% m$er($% ens$<$+* +e %$ s(u(ene m$ner$: ρ=
W 6 V ori#icio de prueba
ρd =
W 7 V ori#iciode prueba
ρ=1,29 g / cm
3
3
ρd =1,21 g / cm
=. CONCLUSIONES El presente ensayo nos da in$ormaci"n %ue &rado de compactaci"n tiene el suelo y si está en un ran&o aceptable 3&eneralmente entre B: y 5;:4 si los resultados están por deba!o de B: entonces se dirá %ue al suelo le $alta compactaci"n y si está por encima+ %uiere decir %ue al&o está mal y se tendrá %ue tomar medidas correctias necesarias.
>. RECOMENDACIONES ∇
/e debe 1acer el ensayo con las debidas precauciones y medidas de apro'imaci"n correspondientes+ debido a %ue de los resultados depende la compactaci"n en mayor &rado o no de un suelo sobre todo en carretera+ lo cual in$luye econ"micamente en el costo de las obras.
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/e debe tener cuidado en la reco&ido de la muestra de campo y su traslado lo más inmediato posible al laboratorio para eitar propiedades como 1umedad y otros. ,el mismo modo tratar de reco&er la arena &raduada sin me(cla del suelo+ por%ue la misma serirá para otros ensayos similares.
?. ANE@OS
