INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO
CONO HOLANDES
LAB. MECANICA DE SUELOS II
CONO CO NO H OLAN DES . - OBJETI VOS DE 1 .-
L A PRÁCTI PRÁCTI CA:
1.1.. Objetivo General: 1.1
Determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo natural sin compactar por medio del ensayo de Cono Holandés.
1.1. Objet iv o Esp ecífic o:
Clasificar Clasific ar mediante la ASSHTO Y una muestra del suelo sobre el que se realizo el ensayo a partir del Análisis granulométrico y la determinación de los límites de Attenberg. Attenberg.
Comparar resultados de resistencia resistenci a con valores en tablas según el tipo de suelo.
2.- FU NDAM ENTO TEORICO.
2.1. Método de penetración cónica: Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos. Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae. En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro atornillando al extremo de la tubería de perforación, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al
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descrito para la prueba de penetración estándar. Es normal usar para esta labor un peso de 63,5 Kg, con 76 cm de altura de caída, o sea la misma energía para la penetración usada en la prueba estándar. También ahora se cuenta los golpes para 30 cm de penetración de la herramienta. A modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetración cónica, estática o dinámica, son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener información de sus características en un lugar específico; pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares no explorados a fondo previamente. La prueba de penetración estándar debe estimarse preferible en todos los casos en que su realización sea posible.
2.2. Perforaciones en boleos y gravas: Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perforados con las herramientas hasta aquí descritas. En estos casos se hace necesario el empleo de herramientas de mayor peso, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.
2.3. Métodos de penetración cónica: Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existe diversos tipos de conos en el cuadro aparecen algunos de ellos:
Tipo holandés. Tipo danés. Tipo para ensayo dinámico. Tipo de inyección.
Dependiendo del procedimiento para hinchas los suelos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos, en los primeros se hincha a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hinchado se logra a golpes dados con un peso que cae. ING. CIVIL
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2.4. Cono Holandés: Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración. Los penetró metros utilizados para el estudio del terreno se hincan o se hacen penetrar a presión en el terreno, midiendo la resistencia a la penetración. Las pruebas más ampliamente utilizadas son las del Cono Holandés que consiste en la introducción mediante presión hidráulica, dimensiones
de
un
cono
de
normalizadas
dispuesto de tal forma que pueda registrar alternativamente la resistencia por punta y la resistencia por fricción.
También está el de la “penetración estándar” (o normal) que consis te en la hinca del toma muestras, dejando caer una maza de 140 libras (63.5 Kg.) desde una altura de 30 pulgadas (76 cm.). La resistencia a la penetración se expresa por el número de golpes necesarios para hincar el toma muestras a una profundidad de 1 pie (30 cm). El ensaño del Cono holandés se basa en la determinación de la capacidad portante de un suelo. Es un instrumento terminado en forma de punta como la de un alfiler consta de un martillo con el cual de una altura de 75 cm se deja caer para que impacte al sujetador metálico y así el instrumento pueda penetrar hasta la profundidad de 30 cm a para ello en la prueba se registra el numero de golpes que son necesarios para introducir el instrumento hasta dicha profundidad; para luego con una formula generada se pueda encontrar la resistencia del suelo.
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La fórmula que se expone a continuación nos sirve para calcular la capacidad portante del suelo analizado.
Donde: S = capacidad portante
N = Numero de golpes a determinada
W = peso del martillo que es igual a 7.845 kg
profundidad
h = Altura de caída del martillo que es igual a
s = Profundidad de penetración (15-30) cm.
75 cm
Np = Coeficiente que es igual a (5-9)
m = Coeficiente que es igual a 0.1
A = Area del cono que es igual a 10.2 cm²
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3.- MATERIALES Y EQUIPO:
Equipo para la penetración método “Cono Holandés ”
Picota y pala
Bandeas
Taras
Horno
Tamices
Balanza electrónica Aparato de Casa Grande y ranulador
Base de Vidrio y Vidrio de reloj
Hidrómetro
Probeta de 1000 ml
Termometro
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Descripción y esqu ena del equipo utilizado:
Consta de un cono acerado ubicado en la parte inferior del aparato.
Martillo.- Es el cual con el peso y la velocidad de caída permiten que el cono se
introduzca en el suelo.
Tubo. Es por donde el martillo se desliza.
Se debe apuntar el número de golpes a los que el equipo haya alcanzado una penetración de 15 y 30 cm.
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4.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA En Campo:
Inspeccionamos el sitio de ensayo buscando una zona más o menos estable, que no contara con mucha cobertura vegetal y que de preferencia no hubiera sufrido alteraciones previas.
Una vez elegida la zona donde realizaríamos la practica, realizamos un hueco de unos 30 cm profundidad y de unos 50 cm de ancho.
Posteriormente dispusimos el equipo en el hueco y levantando manualmente el martillo hasta la marca de los 75 centímetros lo dejamos caer iniciando el conteo de los golpes
Se repitió el martilleo hasta que el tubo del cono penetró a 15 y 30 centímetros, contabilizando el número de golpes necesarios para cada altura.
Una vez que el equipo alcanzó los 30 cm de penetración se procedió a remover el cono. Usando la pala ampliamos un poco el hueco y extrajimos primero una muestra pequeña del suelo para determinar su contenido de humedad y luego otra muestra de alrededor un kilogramo para su respectiva clasificación.
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En Laboratorio
Con la muestra extraída se procedió a realizar el Análisis Granulométrico, en este caso tratándose de un suelo fino, se aplicó el método del lavado.
También se realizó la determinación de los Limites Liquido y Plástico, así como su Índice de Plasticidad.
5.- DATOS:
Los datos obtenidos en campo fueron los siguientes: N O GOLPES
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PROFUNDIDAD
32
15 cm .
87
30 cm
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5.-CÁLCULOS:
Capacidad Portante del Suelo:
o
Adm
W * h * m * N
30 * N P * A
* f
W.- Peso del martillo = 7845 gramos h .- Altura de caída de martillo = 75 cm m .- factor de penetración = 0.1 f .- Eficiencia típica de cono= (0,4 – 0,6) =0,5 N o .- Número de golpes.= 48 N p .- Factor de sensibilidad de la arcilla = (5-9) = 7 A .- Área del cono = 10.2cm 2
Adm
Adm
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15cm
30cm
7845 * 75 * 0.1 * 32
30 * 7 *10.2
7845 * 75 * 0.1* 87
30 * 7 *10.2
* 0.5
* 0.5
878,99 g / cm
2
2389,76 g / cm
2
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CONTENIDO DE HUMEDAD NATURAL DEL SUELO:
Peso Tara + Suelo seco [gr]
Peso Suelo Húmedo [gr]
Peso Suelo Seco [gr]
contenido de Humedad [%]
Nº Tara
Peso de la Tara [gr]
Peso Tara + Suelo Húmedo [gr]
1
21,30 gr
41,80 gr
39,40 gr
20,50 gr
18,10 gr
4,35 %
2
21,50 gr
45,40 gr
43,10 gr
23,90 gr
21,60 gr
4,75 %
3
19,70 gr
38,90 gr
41,60 gr
22,10
19,70
4,55 %
Humedad Media
4,55 %
ANÁLI SI S GRANULOME TRICO:
De la muestra inicial extraída en campo de 1000 gramos se tomó una muestra inicial de 300 gramos
Peso Total de la Muestra Inicial
300,00
Peso bandeja + Suelo seco [gr]
Peso Suelo Seco Retenido [gr]
Peso Acumulado [gr]
% Retenido
% que pasa
Análisis Granulométrico
Peso TAMIZ Bandeja [gr] nº 40
100,80
141,70
40,90
40,90
13,63
86,37
nº 200
115,60
119,80
4,20
45,10
15,03
84,97
Base
----
---
254,90
300,00
100,00
0,00
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HIDROMETRO:
Debido a la fineza del suelo extraído de la zona del ensayo, se procedió al análisis mediante Hidrómetro a partir de una muestra de 60 gr de suelo que pasó el tamiz Nº200.
Tiempo transcurrido en min.
Temperatura en °C
Ct
Temperatura en °C Corregida
Lectura Real Rc.
Lectura corregida Rc.
Porcentaje mas fino
Corrección por menisco
L tabla
L/t
K tabla
D mm.
1
25
1,3
26,3
44
45,3
74,745
44,001
9,1
9,100
0,0127
0,03831108
2
25
1,3
26,3
27
28,3
46,695
27,001
11,9
5,950
0,0127
0,03097863
4
25
1,3
26,3
21
22,3
36,795
21,001
12,9
3,225
0,0127
0,02280702
6
25
1,3
26,3
17
18,3
30,195
17,001
13,5
2,250
0,0127
0,01905000
15
25
1,3
26,3
11
12,3
20,295
11,001
14,5
0,967
0,0127
0,01248654
30
25
1,3
26,3
8
9,3
15,345
8,001
15
0,500
0,0127
0,00898026
60
25
1,3
26,3
5
6,3
10,395
5,001
15,5
0,258
0,0127
0,00645497
340
24
1,6
25,6
1
2,6
4,29
1,001
16,1
0,047
0,0128
0,00278537
1245
26
1,85
27,85
0
1,85
3,0525
0,001
16,3
0,013
0,0141
0,00161335
CURVA GRANULOMETRICA 0 0 1 0 9 0 8 0 7 A S 0 A 6 P E 0 U 5 Q 0 % 4 0 3 0 2 0 1 0
0,1
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0,01
Abertura (m m )
0,001
0,0001
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PLASTICIDAD: Li m ite líqu id o: Peso de la tara
Nº de golpes
Peso de la tara mas suelo húmedo
Peso de la tara mas suelo seco
Peso suelo húmedo
Peso suelo seco
Peso del agua
Porcentaje de humedad
19,44
19
39,5
35,24
20,06
15,8
4,26
26,96
18,96
20
39,4
34,67
20,44
15,71
4,73
30,11
18,1
24
37,4
33,42
19,3
15,32
3,98
25,98
17,3
25
35,4
31,67
18,1
14,37
3,73
25,96
18,1
18
44,1
38,56
26
20,46
5,54
27,08
y = 33,712e -0,01x R² = 0,2726
Limite líquido d a d e m u h e d e j a t n e c r o P
31,00 30,50 30,00 29,50 29,00 28,50 28,00 27,50 27,00 26,50 26,00 25,50 25,00 15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Nº de golpes
LL= 26,20 Li m ite plást ic o : Peso de la tara
Peso de tara mas suelo húmedo
Peso de la tara mas rollitos secos
Peso suelo húmedo
Peso suelo seco
Peso del agua
Porcentaje de humedad
17,6
20,2 22,1 18,8
19,85 21,65 18,54
2,6 3 1,9
2,25 2,55 1,64
0,35 0,45 0,26
15,56 17,65 15,85
19,1 16,9
LP= 16,35
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Índ ice de Plas ticid ad: IP = LL – L P IP = 20,26 – 16,35 % IP = 9,85
Clasificación ASSHTO PASO Nº 1 DEFINIR EL GRUPO: % < 35% → GRUPO DE LIMOS ARCILLOSOS % N º200 = 84 .97
BA SANDONOS EN LA PLA STICIDAD DECIMOS: LIMITE LIQU IDO (LL ) INDICE DE PL A STICIDAD (IP)
20,26 9,85
40 % SI 10 %
SI
Según estos parámetros podemos decir que es un suelo
A-4
INDICE DE GRUPO:
IG =0.2*a + 0.005*a*c +0.01*b*d INDICE DE GRUPO:
a = 75-35 = 40
c=0
b = 55 – 15 =40
d = 0
Por tanto tenemos: IG =0.2*(40) + 0.005*(40)*(0) + 0.01*(40)*(0) IG = 8
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El índice de grupo es igual a 8 que es el límite máximo de este grupo así que se encuentra bien clasificado. Clasificación del suelo:
A-4 8
Un suelo A -4 son suelos limo sos, poc o o n ada plástico s, pueden contener m as de un 75% de m aterial qu e pasa el t amiz Nº200 Clasific ación del suelo : SUCS
Datos: (pasan el tamiz)
% Nº 200 = 87.70 LL = 20.26 % IP = 9,85 %
DEFINIENDO PORCENTAJE:
% Arcilla = % que pasa el Nº 200 = 84.97 De donde predomina la arcilla con un 84.97 % Sabiendo que es una arcilla procedemos a estudiar los LÍMITES: Condición 1. Si el límite en menor a 50 pertenece a las arcillas de media a baja compresibilidad LIMITE LIQUIDO (LL) = 20.26 % < 50 SI Cumple la condición ahora sabiendo a qué tipo de arcilla pertenece comparamos EL INDICE DE PLASTICIDAD: Cumple la condición ahora sabiendo a qué tipo de arcilla pertenece comparamos EL INDICE DE PLASTICIDAD
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Condición 2. Abajo de la línea “A” (IP 4) Arriba de la línea “A” (4 IP 7) ARRIBA DE LA LINEA “A” (IP 7)
NO NO SI
TIPO DE SUELO “CL”
Para completar la clasificación debemos encontrar el NOMBRE DEL GRUPO. CONDICION:
Menos del 15% Ret en Nº 200 < 15 % = ARCILLA LIGERA Ret en Nº 200 <15 %
12.3% < 15 %
SI
Como c um ple la con dición es una ARCILLA L IGERA
Por lo tanto, por la Clasificación SUCS es u n tipo de suelo “CL” el cual tiene el nombre de ARCILLA LIGERA
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6.- CONCLUSIONES Y ANALIS DE RESULTADOS: Se logró determinar la resistencia suelo a través del método del Cono Holandes permitiéndonos conocer la capacidad portante del mismo, que en este caso se trato de una Arcilla Ligera (A-4 8 o CL) y del cual obtuvimos los siguientes resultados:
O
N GOLPES
PROFUNDIDAD
CAPACIDAD PORTANTE
32
15 cm .
878,99 gr/c m
87
30 cm
2389,76 gr/cm
2
2
Este ensayo está limitado por que solo sirve para suelos arcillosos o coluviales u otros suelos capaces donde pueda penetrar el cono Holandes. ya que para otros suelos se utiliza el SPT.
7. BIBLIOGRAFIA:
Guía de laboratorio. Mecánica de suelos
Mecánica de Suelos – Juárez Bardillo
Fundamentos de Ingeniería Geotécnica – Braja M. Das
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