PRACTICA N3 : DENSIDAD NATURAL POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA INTRODUCCION La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa 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 de 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 cala, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactada. El método del 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.). OBJETIVOS y y
Determinar la densidad del suelo usando el método del Cono de Arena. Determinar el grado g rado de compactación.
MARCO TEÓRICO
Generalidades 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. Otros métodos son el del balón de goma y equipos nucleares. Método
del Cono de Arena
El cono de arena consiste de un recipiente cilíndrico de metal que continúa hacia abajo con un doble cono, es decir, simétrico con respecto a la válvula, acompañado de una placa metálica con una abertura al centro circular de igual diámetro que la base invertida del cono.
En terreno, se excava un agujero de aproximadamente 12-14 cm. de profundidad y un diámetro igual a la abertura circular de la placa, la que se coloca horizontalmente sobre la superficie. Esta placa, que tiene rebordes, permite asegurar que no se pierda material en el proceso de excavación, material que deberá ser pesado para obtener WT; su humedad, w , deberá ser determinada para obtener el peso total seco WS.
Habiendo determinado el peso del total de la arena normal (W 1), se coloca sobre el agujero abriéndose la válvula. Una vez que el agujero y el cono inferior se llenan de arena normal, se determina el peso de la arena no utilizada (W 2), de modo que:
Donde
W 3 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono inferior.
El volumen del hueco excavado se determina ahora como:
Donde
W c = peso de la arena para
llenar únicamente el cono inferior.
d (arena) = peso unitario seco de la
arena normalizada.
Los valores de W c y d(arena) son determinados a partir de la calibración hecha en laboratorio. Finalmente, el peso unitario seco del suelo in situ se determina a través del peso unitario húmedo:
Con
W T: Peso del suelo húmedo. V hueco: Volumen del
hueco.
Con el contenido de humedad w del material excavado, el peso unitario seco del material es:
MATERIALES Y EQUIPO
y
Cono de arena.
y
Arena normalizada
y
Balanza
y
Termómetro.
y
Regla metálica para enrase.
y
Brocha.
y
Placa base.
y
Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).
y
Pala (para despejar)
y
Combo.
y
Cincel o punto.
y
Brocha.
y
Placa base.
y
Cono de densidad.
y
Bolsas
o recipientes. varios para manejo de la muestra y de la arena
Para determinación de resultados finales en laboratorio: y
Equipo de secado (horno 110ºc ± 5).
y
Balanza
y
Recipiente pequeño.
(20 kgs.).
y
Vidrio acorde al tamaño del recipiente.
y
Termómetro.
y
Platillo o bandeja.
y
Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).
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 frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell 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. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las varaciones en el peso de la arena.
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 (en este caso la charola), 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 frasco 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 perdidas 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 de la cala 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 de la cala 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 gr ado de compactación de campo.
PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE 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
1,48
1,48
1,49
1,48
1,49
Densidad arena grs/cc. Pa = ma/Vm 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 m asa 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.
MEMORIA
DE CALCULO DENSIDAD DE CAMPO ASTM D-1556
TRAMO NIVEL CANTERA Nº de prueba Progresiva Lado y distancia al eje de la carretera (m) Espesor promedio compactado(cm) Profundidaddel ensayo Volumen del hoyo Peso de la arena+frasco (gr)
7300
Peso del arena remanente + frasco (gr)
1455
Peso de la arena empleada (gr) Peso de la arena en el cono y plato
5845 1810
Peso de la arena el hoyo Densidad de la arena
4035 1.42
Volumen del hoyo
2841.5493 Densidad seca en situ de la muestra total
Peso de la muestra húmeda extraida del hoyo + recipiente (gr) Peso del recipiente
7145 215
Peso de la muestra húmeda extraída del hoyo Densidad húmeda en situ Densidad seca en situ
6930 2.4388104 2.3219545
Contenido de humedad de la fracción fina Peso de la muestra húmeda + tarro Peso dela muestra seca + tarro Peso del agua Peso de tarro
1315.2 1242.1 73.1 0
Peso dela muestra seca % Humedad dela fracción fina
1242.1 5.8851944
%Humedad de la muestra total
5.032655
Correción de a densidad seca y contenido de humedad Peso de la muestra seca extraída del hoyo
6597.948
Peso del material extradimensionado húmedo
1215
Peso del material extradimensionado seco
1200.5929
Peso seca de la fracción fina
5397.3552
% de material extradimensionado
18.196459
% de material de la fracción fina
81.803541
Peso específico del material extradimensionado
2.592
% de absorción del material extradimensionado % de humedad de la fracción fina Densidad seca de la fracción fina Grado de compactación corregida Máxima densidad seca de próctor modificado % de compactación
1.2 5.8851944 2.2693623 2.259 100.45871
CONCLUSIONES
Si de deja pasar mucho tiempo desde la calibración de los equipos y la arena. Puede que la arena de ensaye adquiera humedad, lo cual variara la densidad de la arena, dando como resultado datos erróneos. La suciedad de la arena, también puede influir en la mala calibración de la densidad de esta. RECOMENDACIONES
Hay que ser muy preciso en anotar las cantidades con sus unidades y de cimales correspondientes, ya que es muy fácil calcular equivocadamente. Se debe contar con los equipos adecuados, y en buenas condiciones, como sus formas geométricas, sin abolladuras, sin perforaciones, el horno con la tº que se requiere, balanzas calibradas, etc. muchos instrumentos por el excesivo uso se deterioran rápidamente. Por tanto, siempre hay que estar pendiente de sus reposiciones, para obtener buenos y exactos resultados.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN INGENIERIA CIVIL
CURSO: PRACTICAS DE PAVIMENTOS ING: HECTOR TINTAYA NOMBRE: RODRIGO CALLA JIMÉNEZ HORARIO: JUEVES 1:30 ± 3:30 CUI: 20071146 FECHA DE ENTREGA 01 DE SEPTIEMBRE AREQUIPA - PERU