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DENSIDAD DE CAMPO UNPRG – ING. AGRÍCOLA
ENSAYO PARA DETERMI NAR LA DENSI DAD DE LOS SUELOS EN E L CAMPO POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA
I. INTRODUCCIÓN El ensayo de densidad
IN SITU
por el método del
CONO DE ARENA
permite
obtener la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los resultados obtenidos en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado, y así poder determinar la calidad del suelo donde se vayan o se están ejecutando proyectos de ingeniería. Entre los métodos utilizados para determinar la Densidad del erreno se encuentra el !étodo del Densímetro "uclear, !étodo del #ono de $rena, este %ltimo &ue es el descrito en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tama'os de partículas sean menores a ( )* +-mm/ y se basa en la relación hecha entre el 0eso del 1uelo 2%medo +sacado de una pe&ue'a perforación perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada con el volumen del dicho agujero. 0ara luego proceder a calcular el peso unitario seco. En este informe se detallará los fundamentos básicos para la realización del ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos &ue serán indispensables para calcular el contendido de humedad, densidad de la arena y calibración del cono. En consecuencia también se determinara el grado de compactación de la capa del suelo +en este caso suelo de 1345$1$"E, para analizar la calidad del suelo de obra.
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II. OBJETIVOS DEL ENSAYO:
Determinar la Densidad del 1uelo 1eco y el #ontenido de 2umedad del 1uelo compactado en el campo, para luego poder determinar el 6rado de #ompactación &ue presenta el suelo en el campo por el !étodo de #ono de $rena.
#omprobar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo realizado.
III.REFERENCIA NORMATIVA: 7as siguientes referencias contienen disposiciones &ue al ser citadas en este te8to constituyen re&uisitos de la presente "orma9 NTP 339.143
+!étodo de ensayo estándar para la densidad y
peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena MTC E 117
+Densidad en el sitio : !étodo del #ono
ASTM D 1556
+1tandard est !ethod for Density and 3nit ;eight of
1oil in 0lace by the 1and:#one !ethod ASSHTO T 191
+Density
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IV. MARCO TEÓRI CO El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca . 7a densidad seca &ue 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 realización de la misma +compactación de la capa de suelo. El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos, en las &ue e8isten especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad y la densidad del suelo. 0ara obtener estas densidades e8isten los siguientes métodos en terreno9 Cono de arena 4alón de caucho
o balón de 2ule Densímetro nuclear anto el método del cono de arena como el del balón de caucho, son aplicables en suelos cuyos tama'os de partículas sean menor es a -mm. = utilizan los mismos principios.
MÉTODO DEL CONO DE ARENA El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta una profundidad apro8imada de (>cm. = cuyo diámetro del hoyo de e8tracción de suelo es apro8imadamente ? pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo/ este método se centra en la determinación del volumen de una pe&ue'a e8cavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado +sin pérdidas de material ya &ue el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad h%meda. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca. 1e utiliza una arena uniforme estandarizada +arena compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas "@ (A $1! +B,A mm. y "@ > $1! +A,> mm. y de granos redondeados para llenar el hueco e8cavado en terreno .
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0reviamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad &ue ella tiene para las mismas condiciones de caída &ue este material va a tener en terreno. 0ara ello se utiliza un cono metálico. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados +arena C$;$ con #uB para llenar el hueco e8cavado en terreno. Este método de ensayo no es adecuado para9 -
1uelos orgánicos, saturados o altamente plásticos &ue podrían deformarse o comprimirse durante la e8cavación del hoyo de ensayo. 1uelos &ue contengan materiales granulares dispersos &ue no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo. ampoco para suelos &ue contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de ( ) pulg. +- mm o cuando los vol%menes de los orificios de ensayo son mayores a A.( pie +B-A cm se aplica el !étodo de Ensayo $1! D?(? o $1! D>AA.
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en construcción, con las obtenidas en el laboratorio. 0ara ello se tiene &ue la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a una prueba de laboratorio. $l comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como 6rado de #ompactación, &ue se define como la relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el e&uipo en el campo y la densidad má8ima correspondiente a la prueba de l aboratorio. El 6rado de #ompactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente e8presión9
Gc=(Ysc/YsL)100 Donde: Gc= Grado de compactación Ysc=Densidad seca obenida en el campo YsL=Densidad seca máxima obtenida en el laboratorio.
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V. EQUIPOS Y MATERIALES Aparato del cono de Arena. Arena. Placa metálica hueca. Balanza con una calibración al ramo !r". #áp$ula. #incel. %amiz !3&4''" #uchara. Brocha. (artillo. )orno. Depó$ito.
APARATO DEL CONO DE ARENA
El
aparato
del
cono
de
arena
consistirá
de
un
frasco
de
apro8imadamente un galón +.F->lts. y de un dispositivo ajustable &ue consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de (B.Fmm +(GB de diámetro y &ue tiene un pe&ue'o embudo &ue continua hasta una tapa de frasco de tama'o normal en un e8tremo y con un embudo mayor en el otro. 0laca de base para su uso, esto puede hacer más 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 más constante para ensayos en suelos blandos. #uando se usa la placa de base deberá considerarse
como
una
parte
del
procedimiento de este método de ensayo.
embudo
en
el
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ARENA,
7a cual deberá ser limpia, lavada, seca, uniforme, no cementada, durable, lavada. 6eneralmente se utiliza arena de CttaHa, &ue corresponde a un material &ue pasa por la malla "@ (A $1! +B,AA mm. y &ueda retenida en la malla "@ BA $1! +A,-> mm.. $ntes de usar una arena deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta &ue obtenga la condición de seca al aire, en la zona en &ue va a ser usada. En nuestro ensayo hemos utilizado una arena proveniente de 7a Iictoria con dichas características.
PLACA METÁLICA HUECA O PLACA BASE Es una placa con un orificio central de igual diámetro de J* de diámetro al del embudo de aparato del cono de arena y puede reducir la pérdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base más constante para ensayos en suelos blandos. #uando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo.
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BALANZA De capacidad superior a (A Kg, con precisión de ( gr.
CÁPSULAS 0ara recoger parte de la muestra del suelo y colocarlas al horno, y así determinar su contenido de humedad.
C INC EL 0ara la perforación en el suelo estudiado +punta yGo plano.
T AM I Z (3 !"" # 0ara pasar la muestra.
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CUCHARAS #onjuntamente con los guantes nos ayudaran a recoger la muestra.
BROCHA 0ara la limpieza de granos en e&uipos y hoyo.
M AR TI LL O #onjuntamente con el cincel ayudar a perforar el suelo estudiado.
H OR NO U E ST UF A Estufa, horno u otro e&uipo adecuado para secar muestras +L promedio de ((AL durante B? horas con el fin de determinar su contenido de humedad.
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D EP ÓS IT O 0ara almacenar la muestra mientras esta se e8trae.
VI. P ROCE DIMI EN TO DE E NSA YO e $elecciona el luar para e/ectuar el en$a0o en nue$tro ca$o al co$tado
del laboratorio de paimento$ de una capa de $uelo $imulada como $ubra$ante. Ante$ de iniciar el en$a0o $e debe calibrar el euipo de den$idad de
campo para de e$ta /orma obtener el pe $o olumtrico de la arena calibrada 0 el pe$o de arena calibrada ue ueda en el cono de$pu$ de eecutar el en$a0o6 dato$ ue no$ $iren en la determinación de la Den$idad de #ampo. euidamente $e niela el $uelo compactado en el campo 0 $e retira el material $uelto. A continuación $e coloca la placa 0 $e comienza a hacer una per/oración
!caado con cincel" teniendo como u7a el auero interior de la placa a una pro/undidad de 15 cm. %odo el material ue $e $aue del auero $e coloca en una bol$a plá$tica o en un depó$ito 0 $e pe$a. Para determinar el olumen del auero utilizamo$ el euipo de den$idad
de campo de la $iuiente /orma: e determina el peso inicial del frasco con la arena calibrada . 8ueo $e inierte 0 $e coloca $obre la placa la cual e$tá colocada en la parte $uperior del auero6 $e abre la llae del cono permitiendo el pa$o de la arena.
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#uando el auero 0 el cono e$tán lleno$ de arena $e cierra la llae 0
$e procede a determinar el pe$o /inal del /ra$co 0 la arena contenida en l. Por la di/erencia de lo$ pe$o$ del /ra$co má$ la arena inicial 0 del /ra$co má$ la arena /inal obtenemo$ el peso de la arena
contenida en el agujero y el cono . A e$te alor le re$tamo$ el pe$o de la arena ue cabe en el cono obteniendo de e$ta /orma el peso de la arena contenida en el agujero . 9l pe$o de la arena diidida por $u den$idad obtenida en el
laboratorio mediante la calibración no$ da el volumen del auero. inalmente $e debe determinar en el laboratorio la
densidad seca máxima
0 el contenido de humedad de la mue$tra recuperada del auero para de e$ta /orma determinar el Grado de Compactación .
CÁLCULOS Y RESULTADOS
"UNIV!I#$# N$CI%N$& '#!% !UI( G$&&%" )C,$-
)$CU&*$# # INGNI!+$ $G!+C%&$ CU&$ '!%)I%N$& # INGNI!+$ $G!+C%&$ (,GAFGBA(F
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4 5 * + , 1> 11 12 13 14 15 1* 1+ 1, 1 2>
1
'!%)UN#I#$#-
A.(> cm. $pro8imadamen te
#C!I'CI%N-
suelo ensayado9de 1345$1$"E
#C1$DC 7$4. M<#1$
peso de deposito calibrado+cero.
# C !I'C I%N
I * 1 1 2 3
N"$.% N/-
#$*%
pe$o de $uelo h;medo < depó$ito !=" pe$o del depo$ito!=" pe$o del $uelo humedo del hueco! 1- 2" pe$o de la arena < el / ra$co!? " pe$o de la arena ue ueda en el / ra$co!= "
4.4+> >.55> 3.2> 4.**5
1.>35
pe$o de la arena del hueco < pe$o de arena del cono!4-5" en = .
3.*3>
pe$o de arena en el cono!incluida la plata/orma" Pp pe$o de arena del hueco!*-+" en = . den$idad de la arena en r&cm3 olumen del hueco!,&" cm3
1.525 2.1>5 1.33 1.5,3
pe$o de raa $eca al aire en = . pe$o e$peci/ico de la raa en r&cm3 olumen de raa por de$plazamiento!11&12" en cm3 pe$o del $uelo!3-11" en r.
> > > 3.2>
olumen del $uelo!1>-13" en cm3 den$idad del $uelo humedo!14&15" en r&cm3 humedad del $uelo!@" den$idad del $uelo $eco!1*&1+<1>>"1>> en r&cm3
1.5,3
maima den$idad determinada en la cura!a$umida" en r&cm3
'%!CN*$2 % G!$#% # C%1'$C*$CI%N 3345647894::8 en ;
%0!V$CI%NENSAYO DE
LABOR ATORI O
#C%9EDC D9 )F(9DAD D98 F98C 9 )F9#C
pe$o de mue$tra humeda < cap$ula pe$o de mue$tra $eca
C%N*NI#% # ,U1#$#
112.*,
+.4 2,.1,
<=>?
2.4+*
VIII. CONCLUSIONES
Esta práctica resulto muy interesante ya &ue por medio de ella podemos conocer el 6rado de #ompactación de una capa de suelo/ además es sencilla ya &ue no necesita mucho tiempo +a e8cepción del proceso del cálculo del contenido de humedad &ue ocupa un lapso de B? horas. 7uego de realizar los cálculos y seguir el procedimiento del formato &ue se nos proporcionó en el laboratorio, el 6rado de #ompactación es9
$%&' ') C*+&-&/0 12.1 4
la arena +C$;$ usada en el desarrollo de este ensayo cumplió con los re&uisitos de ser limpia, seca, uniforme, durable y &ue discurra libremente.
El 1uelo #ompactado tiene un #ontenido de 2umedad igual a
#omo se observa en los resultados estamos frente a un grado se compactación de 75.97 % , esto &uiere decir &ue aun no está compactado al 95% de dato mínimo re&uerido por norma para asegurar &ue la sub:rasante es aceptable y de buena funcionalidad.
3.57 %
I5. BIBLI O$RA F6A Y LI N7O$RA F6A
$1! D (>>J +1tandard est !ethod for Density and 3nit ;eight of 1oil in 0lace by the 1and:#one !ethod.
http9GGingenieracivil.comGBAAFG(AGdeterminacin:de:la:densidad:de:suelo:en.html.
Densidad de #ampo9
http9GG civilg ee Ks .c om Gastm:d:(>>J:-B:en:espanolG.
ANEXOS:
