Ensayo Del Cono de Arena

ENSAYO DEL CONO DE ARENA Este ensayo tiene por objeto medir la densidad de un suelo en el terreno, para esto se realizaron varios pasos, los cuales son la medición de la densidad de la arena suelta usada en el ensayo, la calibración del aparato y el ensayo propiamente tal.

DENSIDAD DE CAMPO, MÉTODO DEL CONO DE ARENA, A continuación se explica en que consiste este método, que es lo que mide y como se expresan los resultados. Objetivo Determinar la Densidad Seca y la Humedad de un suelo compactado en el campo y verificar el Grado de Compactación del suelo en el campo. En que consiste el método: Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de laboratorio. Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como Grado de Compactación, que se define como la relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio. Bueno puedes ver de que se trata La Densidad de campo, Método del cono de arena en la siguiente presentación powerpoint.

ANTECEDENTES DE LA PRÁCTICA Cono de arena. 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 especifico 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.

EQUIPO EMPLEADO Y PROCEDIMIENTO El equipo empleado fue el siguiente : 1. Molde próctor con molde 2. Flexómetro 3. equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena sílica o de Ottawa que pase la malla #20 y se retenga en la #30 4. Base metálica para el cono 5. Balanza de 20 kg con aproximación de un gramo 6. Una charola cuadrada 7. Una brocha y un cordell 8. Una cápsula de aluminio 9. Un horno con temperatura controlable 10.Un cincel y un martillo 11.Bolsas de hule 12.Una placa de 10cm de diámetro 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 grado de compactación de campo.

W

cilindro

+base = 4.332 kg diámetro = 10 cm h = 11.60 cm

W

equipo

= 6.876 kg

A = 0.7854(0.102)=0.007854m² Vol. = 0.007854(0.1160)=0.000911m³

PESO ESPECÍFICO DE LA ARENA W

cilindro

+ base+ arena = 5.655 kg

5.655-4.332=1.323 kg  = 1.323/0.000911= 1452kg/m³ W

cilindro

+ base+ arena = 5.672 kg

5.672-4.332=1.34 kg  = 1.34/0.000911= 1472kg/m³ W

cilindro

+ base+ arena = 5.654 kg

5.654-4.332=1.322 kg  = 1.322/0.000911= 1452kg/m³ por lo tanto el peso específico de la arena es = 1452 kg/m³ PESO DE LA ARENA QUE LLENA EL CONO Y LA BASE peso del equipo = 6.876 kg peso del equipo + arena sobrante = 4.536 kg peso de la arena que llena el cono y la base = (6.876-4.536) = 2.34 kg

pese del equipo + arena sobrante = 4.555 kg peso de la arena que llena el cono y la base = 2.31 kg peso del equipo + la arena sobrante = 4.558 kg peso de la arena que llena el cono y la base = 2.32 kg por lo tanto el peso de la arena que llena el cono y la base es = 2.32 kg. OBTENCIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO Peso del equipo + arena antes de la cala = 6.876 kg Peso del equipo + arena después de la cala = 3.339 kg Peso del material extraído de la cala = 718.10gr Peso de la cápsula número 83 = 26.70gr Peso de la cápsula + suelo húmedo = 136.50gr Peso de la cápsula + suelo seco = 129.40gr El peso específico de la arena es = 1452 kg/m³ 6.876 -3.339 3.537 -2.320 1.217 kg 1.217kg/1452cm³ = 0.00083815427 1452kg/m³ =(1.217kg)/vol de la cala m = peso del suelo húmedo / vol. de la cala = 0.718/0.00083815427=861.60 kg/cm³

peso específico máximo de lab. = 1810 kg/m³ W= Ww/Ws= (136.5-129.4)/(129.40-26.7)=0.069 = 6.91%

d

máx. de campo

= 861.6/(1+.069)= 805.99 kg/m³

G.C. = (805.99/1810)*100 = 44.53 %

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.

BIBLIOGRAFÍA Mecánica de suelos Juárez Badillo y Rico Rodríguez Mecánica de suelos Lambe

INDICE Executive summary…………………………………………………………….3 Introducción…………………………........................………………..............4 Objetivos....................................................................................................5 Marco Teórico............................................................................................6 Desarrollo..................................................................................................12 Resultados ..............................................................................................16 Conclusión................. ..............................................................................17 Recomendaciones ...................................................................................18 Bibliografía................................................................................................19 Anexos................................................................. ...................................20 Executive summary Many civil engineering projects require the use of in-situ 'fill' material. Whenever soil is placed as an engineering fill, it is usually compacted to a dense state, to obtain satisfactory engineering properties. Compaction on site is usually effected by mechanical means such as rolling, ramming or vibrating. Control of compaction is necessary to achieve a satisfactory result at a reasonable cost. Laboratory compaction tests provide the basis for control procedures used on site. 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 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 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 USA. 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. Objetivos - 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 Teórico Norma NCh 1516.Of79 Determinación de la densidad en el terreno - Método del cono de arena Esta norma establece un procedimiento para determinar en el terreno la densidad de suelos cuyas partículas son menores que 50mm Aparatos 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 fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta. El aparato debe llevar una placa base Este aparato descrito se puede utilizar en perforaciones de aprox. 3 litros. Arena de ensayo 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 cinco 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 sí. Deposito para calibración de arena Recipiente metálico, impermeable, de forma cilíndrica y con una capacidad volumétrica de 2 a 3 litros. Balanza Con una capacidad máxima de 15 Kg. y una precisión de 1grs. Equipo de secado Según NCh 1515

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 Picota, chuzo, pala, para despejar o alcanzar la cota del punto de medición; combo, cuchillo, martillo, pala jardinera y cuchara para cavar la perforación de ensayo; termómetro y placa de vidrio para calibrar el deposito; brocha cinta métrica, libreta de apuntes, etc. Procedimiento Determinación de la capacidad volumétrica del depósito a) Colocar el deposito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal b) Llenar el deposito con agua a temperatura ambiente y enrazar con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua c) Determinar la masa de agua que llena el depósito aproximando 1grs. d) Medir la temperatura del agua y determinar su densidad de acuerdo con la tabla interpolando si es necesario Temperatura ºc

Densidad g/cm3

16

0,999

18

0,998

20

0,998

23

0,997

26

0,996

29

0,995

e) Determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1cm3 dividiendo la masa de agua que llene el depósito por su densidad Determinación de la densidad aparente de la arena de ensayo a) Llenar el aparato de densidad con la arena de ensayo b) Colocar el deposito limpio y seco sobre una superficie plana, firme y horizontal, montar sobre el la placa base y asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, procurando que la operación sea similar a la que va a realizarse en terreno c) Abrir la válvula, dejar fluir la arena y cerrar la válvula cuando la arena sobrepase el borde de la medida d) Retirar el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena, enrasar cuidadosamente sin producir vibración

e) Determinar la masa de la arena que llena la medida, aproximando 1grs. f) Determinar la densidad de la arena dividiendo la masa de arena que llena la medida por la capacidad volumétrica de la medida g) Repetir toda la operación cinco veces, elegir los tres resultados más próximos ( que no difieran entre si en más de 0,1%) h) Determinar y registrar ka densidad aparente de la arena de ensayo como el promedio de los tres resultados elegidos, aproximando a 1g/ml Determinación de la masa de arena que llena el embudo a) Llenar el aparato de densidad con arena, determinar y registrar su masa, aproximando 1 grs. b) Colocar la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal y asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa c) Abrir la válvula y mantenerla abierta hasta que la arena llene el embudo d) Cerrar la válvula bruscamente, determinar y registrar la masa del aparato más la arena remanente, aproximando 1 grs. e) Determinar y registrar la perdida de masa, como masa de la arena que llena el embudo, aproximando 1 grs. Determinación de la densidad de l suelo en terreno Determinación del volumen de la perforación de ensayo a) Preparar la superficie de la localización a ensayar de modo que este plana y nivelada b) Colocar la placa sobre esta superficie nivelada c) Excavar dentro de la abertura de la placa base una perforación de ensayo del tamaño máximo de partículas, cuidando de no alterar las paredes de suelo que delimitan la perforación. Los suelos esencialmente granulares requieren extremo cuidado d) Colocar todo el suelo excavado en un envase tapado y protegido de perdidas y contaminaciones e) Determinar y registrar la masa del aparato de densidad con el total de arena aproximando 1 grs., asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, abrir la válvula y cerrar una vez que a arena ha dejado de fluir f) Determinar y registrar la masa del aparato mas la arena remanente, aproximando 1 grs. g) Determinar y registrar la perdida de masa como masa de la arena empleada en el ensayo, aproximando 1 grs. h) Recuperar la arena de ensayo y dejarla en un envase aparte hasta acondicionarla a fina que cumpla con los requisitos establecidos previamente para utilizarla nuevamente. Determinación de la masa seca del material extraido de la perforación de ensayo a) Inmediatamente de extraído el total del material excavado de la perforación de ensayo determinar y registrar la masa húmeda, aproximando 1 grs., mezclar completamente y mantenerlo protegido en un envase

b) Extraer una muestra representativa de este material del tamaño indicado en la tabla, envasarla y determinar su humedad en el laboratorio según NCh 1515 Tamaño máximo de partículas del suelo mm.

Tamaño mínimo de la perforación de ensayo cm3

Tamaño mín. de la muestra para det. de Humedad grs.

50

2800

1000

25

2100

500

12,5

1400

250

5

700

100

Expresión de resultados Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo: Ms= ___Mh___ 1+ 100 En que Ms: Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo, grs. Mh: Masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo, grs. : Humedad del suelo determinada según NCh 1515, %. Volumen de la perforación de ensayo Vs = (Ma - Me) a En que Vs: Volumen de la perforación de ensayo, cm3 Ma: Masa de la arena empleada en el ensayo, grs. Me: Masa de la arena que llena el embudo, grs. a: Densidad aparente de la arena, grs/cm3 Densidad del suelo d = Ms Vs

En que d: Densidad del suelo seco, grs./cm3 Ms Masa seca del material extraido de la perforación de ensayo, grs. Vs: Volumen de la perforación de ensayo, cm3 h = Mh Vs h: Densidad del suelo húmedo, grs/cm3 Mh: Masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo, grs. Vs: Volumen de la perforación de ensayo Desarrollo Materiales: -Cono de arena -Placa base -Arena calibrada -Martillo -Combo -Cincel -Cuchara metálica -Brocha -Bandejas -Regla plástica -Quemador industrial doble -Recipientes metálicos -Balanza Procedimiento: - Los materiales se llevan a la zona de ensayo en el estacionamiento de la Universidad de las Américas. - Se eligió un lugar de trabajo apto para el ensayo y se limpio la superficie con la brocha.

- Se coloca la placa base en el terreno. - Con el uso del cincel y el partillo se hace la excavación de igual diámetro que la placa y una profundidad de 15 cm. esta excavación debe ser uniforme tenido el mismo diámetro en toda su envergadura. - La tierra se va extrayendo con el uso de la cuchara metálica y se va guardando en la bandeja una ves extraído todo el material se pesa. - Con la regla de plástico se va comprobando la profundidad de la excavación. - Una ves realizada la excavación se coloca el cono de arena y se abre la llave dejando fluir la arena hasta que pare totalmente. - Se saca el cono y se pesa para tener el valor de la arena remanente - La arena que esta en la en la excavación se saca y se tamiza para dejar la arena lista para el siguiente ensayo. - Con el material extraído se saca una muestra representativa la cual se debe pesar y secar para obtener el porcentaje de humedad del suelo. - Se realiza el ensayo nuevamente siguiendo los mismos pasos. Cálculos Ensayo N°1 Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo: Ms = ___3865___ = 3567,57 grs. 1+ 8,337 100 Volumen de la perforación de ensayo Vs = (5383 - 952) = 4431 = 3445,57 cm3 a 1,286 Densidad del suelo - Seco d = 3567,57 = 1,03 grs/cm3 3445,57 - Húmedo h = 3865 = 1,12 grs/cm3 3445,57 Ensayo N°2

Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo: Ms = ___3245___ = 2976,38 grs. 1+ 9,025 100 Volumen de la perforación de ensayo Vs = (5293 - 1197) = 4096 = 3444,91 cm3 1,189 1,189 Densidad del suelo - Seco d = 2976,38 = 0,86 grs./cm3 3444,91 - Húmedo h = 3245 = 0,94 grs./cm3 3444,91 Resultados

M

Pes Peso Peso Densid Arena Profundi o Suelo Cono ad Remane dad Are Húme Inferi Arena nte na do or

1

15 cm.

538 1,286 3865 g 1600 3 grs/cm rs. grs. grs. 3

2

15 cm.

529 1,189 3 grs/cm grs. 3

3245 grs.

1600 grs.

Suelo Seco

Suelo Húmedo

952 grs.

1,03 cm3

1,12 cm3

1197 grs.

0,86 cm3

0,94 cm3

Humedades Suelo Perforado 1

2

Muestra

800

800

P. Húmedo

733,3

727,8

P. Seco

8,337 %

9,025 %

% Humedad Conclusión

La determinación de la densidad de un suelo in situ es necesaria para saber el estado de la compactación del suelo por capas las cuales deben tener un valor adecuado dado por las especificaciones técnicas de un proyecto, de esta forma se puede realizar un trabajo de mejor forma. El densímetro nuclear necesita un valor patrón el cual es obtenido por este ensayo así este aparato realizara el funcionamiento adecuado de obtener la densidad de un terreno. Recomendaciones Las recomendaciones que serán dadas aquí tiene el objetivo de dar una opinión para poder mejorar algunos aspectos sobre el laboratorio realizado sobre densidad in situ determinación de la densidad de suelo en el terreno. Para poder realizar con mayor eficacia el laboratorio debería haber la cantidad suficientes de materiales para que todos los grupos trabajen al mismo tiempo, así el laboratorio tiende a realizarse con mayor seriedad ya que todos estarán trabajando. Bibliografía www.google.cl www.ucv.cl NCh 1516 Of.79 Anexos

Aparato de Densidad 2