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II. INTRODUCCIÓN Como ingenieros al realizar una obra debemos de realizar múltiples ensayos y un ensayo que es muy importante es el ensayo de densidad de campo a través del cono de arena, lo cual nos proporciona el porcentaje de compactación que tiene el suelo a través tra vés de la densidad del suelo. Este informe expone las bases del método del cono de arena y expone un ejemplo de clculo de densidad in situ para este método. !os datos obtenidos son utilizados para calcular la densidad relativa del suelo. Este ensayo es con la finalidad de saber si el suelo tiene la compactación adecuada de acuerdo al tipo de obra que estemos realizando como puede ser en una carretera o en una edificación. !a comp compac acta taci ción ón es un medi medio o muy impo import rtan ante te dent dentro ro del del mund mundo o de la construcción ya que ayuda a aumentar la resistencia disminuyendo los vac"os del terreno en el que se va a trabajar y evita su deformación claro siempre y cuando cuando se
#aya #aya realiz realizado ado una compact compactaci ación ón correcta correcta.. $or lo genera generall las
técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas presas da tierra, tierra, diques, diques, terraplenes terraplenes para caminos caminos y ferrocarrile ferrocarriles, s, muelles, muelles, pavimentos pavimentos,, etc. %lgunas %lgunas veces veces es necesario necesario compactar compactar el terreno terreno natural, natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas. !a dens densid idad ad de camp campo o se util utiliz iza a para para noso nosotr tros os pode poderr comp compro roba barr si la comp compac acta taci ción ón est est en ópti óptima mas s cond condic icio ione nes. s. %mbos mbos ens ensayos ayos son son muy muy importantes dentro de nuestra carrera es por ello que éste informe presenta datos muy importante en cuanto a estos ensayos.
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MECANICA DE SUELOS I
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OBJETIVOS
&btener la densidad del suelo a través del cono de arena
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer la teor"a sobre cómo realizar un ensayo de densidad de campo utilizando el cono de arena %prender a utilizar el cono de arena para calcular la densidad del suelo. Conocer los cuales son los instrumentos que nos ayudaran a ralizar el ensayo de campo.
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BASES TEÓRICAS Definición Este ensayo es muy difundido para determinar la densidad de suelo compactado, utilizados en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. $roporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en construcción, con las obtenidas en el laboratorio. $ara ello se tiene que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de laboratorio. %l comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como 'rado de Compactación, que se define como la relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la densidad mxima correspondiente a la prueba de laboratorio. El 'rado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión(
Gc =
γ d γ dmax
∗100
Dónde: G c ) 'rado de Compactación γ d ) *ensidad +eca en el campo γ dmax ) *ensidad +eca xima obtenida en el laboratorio.
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1. Alcance del ena!"
*etermina la densidad in - situ de suelos. En algún material que pueda ser excavado. o usar en suelos que comprometan la salud. +e limita a suelos saturados y muy blandos o muy sueltos.
#. I$%"&'ancia de ( U"
El método es ampliamente usado. *etermina densidad depósitos naturales y terraplenes. Este método es muy difundido para determinar la densidad del suelo compactado utilizado en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad espec"fica o a un porcentaje de la densidad mxima determinada por un método de ensayo estndar.
Este método puede ser usado para determinar la densidad in/situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezclas de suelos u otro
material similar. El uso de este método est generalmente limitado a un suelo en una condición no saturada. Este método no es recomendable para suelos que son blandos o fciles de pulverizar o que estén en una condición de #umedad tal que el agua escurra en un #ueco excavado a mano. !a precisión del ensayo puede ser afectada para suelos que se deforman fcilmente o que sufran cambios volumétricos en el #ueco excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del #ueco durante la prueba.
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) Ele$en'" necea&i" %a&a &eali*a& el ena!"
0ecipiente de plstico o metal 12333 cm45 Cono metlico 6ase metlica con un c"rculo #ueco Esptula y cuc#ara 6alanza 1capacidad 73 8.5 9ermómetro y :inc#a 0ecipiente para contenido de #umedad %rena calibrada 1malla o. 73 y o. ;35 Comba y cincel 6olsas plsticas.
+ ,alla& el -"l($en del &eci%ien'e 7. $esar el recipiente < Cono vac"o. 1m75 =. !lenar de agua al recipiente #asta el nivel de la vlvula. 4. $esar recipiente < Cono vac"o < agua. 1m=5 2. 9omar la temperatura del agua. 1>5 0epetir el procedimiento ; veces y promediar. Calcular( ?7) >1m7/m=5 ?7) volumen del recipiente en cm4. > ) corrección 9o C 1cm4@g5. mi) pesos del recipiente, Cono y agua.
+.1 Denidad -"l($'&ica de la a&ena
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/ Colocar el aparato vac"o, vlvula cerrada, con el Cono #acia arriba y llenarlo con arena. %bra la ?lvula. / !lenarlo del modo anterior #asta la mitad. %bra la
vlvula y llenarlo
totalmente. Ciérrelo y vaciar el exceso de arena del Cono. / $esar arena en el recipiente < Cono 1m45 / Calcular la densidad volumétrica de la arena. m2) m4 - m7 ds ) m2@?7
1g5 1g@cm45
d"nde m2 ) masa de arena para llenar el aparato 1g5 ds ) densidad volumétrica de la arena 1g@cm 45
+.# Cali/&ación de la a&ena / 9amizar arena seca entre las mallas o. 73 y o. ;3 ó Cu A =. %rena de tamaBo uniforme y forma sub redondeada y redondeada. / !avar la arena en la malla o. =33 y secarla en el #orno. / edir el volumen y pesos de la arena en el recipiente tantas veces como fuera posible de tal manera se conocer el d y . / 9omar ; muestras de arena para realizar el ensayo de gravedad espec"fica y #allar 's.
+.) El ena!" / Conocer el peso del Cono sin arena, con arena y el volumen del recipiente. / Colocar la base en la superficie nivelada, excavar en forma cil"ndrica #asta la profundidad a investigar. $esar la muestra extra"da. / Colocar el Cono de arena. %brir la vlvula, llenar el #ueco y el Cono inferior con arena. 0etirar el Cono.
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/ Extraer la arena sobrante del Cono inferior y pesarlo con lo anterior. / Extraer la arena del #ueco y pesarlo. / Calcular el volumen del #ueco. / *eterminar la d de la capa investigada.
0. CAIBRACION .7 !as determinaciones de la masa #an de ser realizadas con una aproximación de 7 gr, excepto para aquellas en las que se requiere la determinación del contenido de #umedad, las cuales sern realizadas con una aproximación de 3.7 gr. .= *eterminar la masa de arena requerida para llenar el embudo y el plato base como sigue( .=.7 Colocar arena en el aparato y determinar la masa del aparato y de la arena. .=.= Dbicar el plato base sobre una superficie plana y limpia. nvertir el aparato y colocar el embudo grande en el #ueco central con bordes del plato base y marcar e identificar el embudo y el plato de tal manera que el mismo embudo y plato siempre coincidan en la misma posición. .=.4 %brir la vlvula y dejarla abierta #asta que la arena deje de moverse, estar seguro que el aparato, plato base o la superficie plana no c#oquen ni vibren antes que la vlvula sea cerrada. .=.2 Cerrar la vlvula prontamente, determinar la masa de los aparatos con la arena remanente y calcular la pérdida de arena. Esta pérdida representa la masa de arena requerida para llenar el embudo y el plato base. .=. 0epetir los procedimientos desde .=.7 a .=.2 por lo menos tres veces. !a masa de la arena usada en los clculos deber ser el promedio de tres *e terminaciones. !a mxima variación entre cualquier determinación y el promedio no debe exceder en 7F.
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.4 Dsar el étodo % o el étodo 6 para determinar la densidad de masa de la arena. .2 étodo %./ *etermine la densidad de masa de la arena a ser usada en los ensayos de campo como sigue( .2.7
+eleccionar
un
recipiente
de
volumen
conocido
que
sea
de
aproximadamente la misma dimensión del #ueco y permita que la arena caiga aproximadamente la misma distancia que el #ueco excavado en el ensayo de campo. +on recomendables los moldes de G22 cm4 17@43 pie45 y de =7=2 cm4
[email protected] pie45 especificados en el étodo de Ensayo *;GH o el de =H43 cm4 13.7 pie45 especificado en el étodo de Ensayo *=32G. .2.= 0ealizar mediciones lo suficientemente aproximadas para determinar el volumen del recipiente con una aproximación de I 7.3F. !a tolerancia de medición para los moldes recomendables estn dados en los étodos de Ensayo *;GH y *=32G. .2.4 !as caracter"sticas de flujo a través de diferentes ensamblajes de vlvulas #an sido causa de diferentes valores de densidad de masa. El embudo y la vlvula usados para determinar la densidad de masa de la arena debern ser los mismos a usarse en los ensayos de campo, a menos que otros equipos sean determinados para obtener los mismos resultados. .2.2 !lenar el aparato ensamblado con arena. .2. *eterminar la masa del recipiente de volumen conocido cuando esté vac"o. .2.; +ostener el aparato sobre el recipiente de volumen conocido en una posición invertida, de tal manera que la arena discurra aproximadamente la misma distancia como si fuera en el ensayo de campo con la vlvula completamente abierta. .2.J
!lenar
el
recipiente completamente
y
luego cerrar
la vlvula.
Cuidadosamente eliminar el exceso de arena fuera del nivel superior del recipiente. Con muc#o cuidado debe ser tomado el recipiente para que no sea golpeado o vibrado antes que la nivelación sea completada. 75
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.2.H !impiar cualquier arena de la parte externa del recipiente y determinar la masa de un recipiente de volumen conocido cuando esté lleno. *eterminar la masa neta de la arena, substrayendo la masa del recipiente vac"o. &9% 2./ Cuando el recipiente de volumen conocido tiene el mismo dimetro del #ueco central con bordes en el plato de metal, los procedimientos en .2.; a .2.H pueden ser simplificados con el uso de una plato en la parte superior del recipiente de volumen conocido. Eliminar el exceso de arena que no es requerido, cuando el aparato con arena es pesado antes y después del llenado del recipiente y la masa requerida para llenar el cono y plato 1.=.5 es substra"da de la diferencia. .2.G 0epetir el procedimiento de .2. a .2.H por lo menos tres veces. !a masa usada en los clculos deber ser el promedio de tres determinaciones. !a mxima variación entre cualquier determinación y el promedio no deber exceder del 7F. . étodo 6./ !a densidad de masa de la arena a ser usada en el ensayo de campo es determinada primero conociendo el volumen del recipiente y del acoplamiento e incluyendo el volumen del orificio de la vlvulaK y luego usando el recipiente para medir el volumen y la masa de arena como sigue( ..7 $ara determinar la densidad de masa, use un recipiente de vidrio u otro material r"gido y cil"ndrico, que se adelgace #acia la abertura. $ueden ser usados otros recipientes para #acer los ensayos de densidad in situ. ..= Dsar el mismo ensamblaje de embudo y vlvula para determinar la densidad de masa de la arena, tal como sern usados en los ensayos de campo o determine otros ensamblajes que den los mismos r esultados. ..4 Dsar grasa u otra sustancia impermeable en las uniones y ajustar las roscas completamente. ..2 *eterminar la masa del aparato ensamblado y registrela. .. Colocar el aparato #acia arriba y abrir la vlvula. ..; !lenar el aparato con agua #asta que sobrepase el nivel de la vlvula.
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..J Cerrar la vlvula y eliminar el exceso de agua. ..H *eterminar la masa del aparato con agua y determinar la temperatura del agua con aproximación a 7LC. ..G *eterminar la masa de agua para llenar el aparato, substrayendo la masa del aparato con el agua. ..73 0epetir el procedimiento descrito desde ..2 #asta ..G por lo menos tres veces. Convertir el peso del agua en gramos a mililitros corrigiendo por temperaturas según J.4.7. El volumen deber ser el promedio de las tres determinaciones con una variación mxima de 4 ml. ..77 El volumen determinado con este procedimiento es constante siempre y cuando el recipiente y el acoplamiento tengan la misma posición relativa con la que se determinó previamente el volumen. +i los dos debern estar separados, se debe dejar marcas para armarlos siempre en la misma posición. ..7= +ecar completamente el recipiente y los otros aparatos eliminando la grasa y las sustancias impermeables antes de proceder a la determinación de la densidad de la masa. ..74 Dbicar los aparatos vac"os #acia arriba sobre una superficie nivelada y firme, cerrar la vlvula y llenar el embudo con arena. ..72 %brir la vlvula y dejar que el embudo esté lleno por lo menos #asta la mitad, llenar el aparato, asegurndose que el aparato no sea golpeado ni vibrado antes de cerrar la vlvula. Cuando la arena deja de fluir, cerrar la vlvula prontamente y vaciar el exceso de arena. ..7 *eterminar la masa del aparato con arena y determinar la masa neta de arena, substrayendo la masa del aparato. ..7; 0epetir el procedimiento desde ..74 #asta ..7 por lo menos tres veces. !a masa usada en los clculos deber ser el promedio de tres determinaciones. !a mxima variación entre cualquier determinación y el promedio no deber exceder del 7F.
2. PROCEDI3IENTO 77
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;.7 *eterminar la densidad del suelo in situ como sigue( ;.7.7 !lenar el aparato con arena previamente calibrada para determinar la densidad de la masa. *etermine la masa del aparato y de la arena. ;.7.= $reparar la superficie donde va a ser ubicado el ensayo, tal que se encuentre nivelado. El plato base es una excelente #erramienta para preparar la superficie nivelada y limpia. ;.7.4 %sentar el plato base sobre la superficie planaK estando seguro que existe un buen contacto entre la superficie del terreno y el borde del #ueco central. arcar el plato base y controlar que no #aya movimiento durante el ensayo. %d#erir con clavos los bordes del plato o en su defecto asegurar el plato que no se mueva sin causar ninguna alteración en el suelo a ser ensayado. ;.7.2 En suelos donde la nivelación no es posible, un ensayo preliminar deber ser ejecutado en este punto, midiendo el volumen de separación entre el plato del embudo y la superficie del terreno. !lenar el espacio con arena del aparato, determinar la masa de arena usada para llenar el espacio, volver a llenar el aparato y determinar la nueva masa inicial del aparato y la arena antes de proceder las mediciones, cuidadosamente cepillar la arena de la superficie preparada. &9% ./ +e puede utilizar otro aparato calibrado en el campo cuando se prevee la condición anterior 1en lugar de volver a llenar el aparato y determinar una segunda masa5. El procedimiento en ;.7.2 puede ser usado para cada ensayo cuando se desea una mejor aproximación, sin embargo no es usualmente necesario para la mayor"a de ensayos cuando se obtiene una superficie relativamente nivelada. ;.7. Excavar el #ueco para el ensayo dentro del #ueco central del plato base, teniendo cuidado de no alterar el suelo que rodea al #ueco. El volumen del #ueco del ensayo deber ser tan grande como se pueda con el fin de minimizar errores y no deber ser ms pequeBo que los volúmenes indicados en la 9abla 7. !os lados del #ueco debern tratar de caer perpendicularmente ligeramente #acia el fondo, tal que éste sea razonablemente plano o cóncavo. El #ueco deber ser cuidado en lo posible de cavidades, salientes y obstrucciones 78
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filudas ya que pueden afectar la precisión del ensayo. !os suelos que son esencialmente granulares requieren un cuidado extremo y pueden requerir excavaciones de forma cónica. Dbicar todo el suelo excavado y el suelo suelto durante la excavación en un recipiente que esté marcado para identificar el número del ensayo. 9enga cuidado de no perder ningún material. $roteger este material de las pérdidas de #umedad #asta que la masa #aya sido determinada y que también #aya sido determinado el contenido de #umedad del espécimen. ;.7.; !impiar el borde del #ueco central del plato de metal, invertir el aparato, y asentar el embudo grande de metal en el #ueco con bordes en la misma ubicación marcada durante la calibración. %brir la vlvula y dejar que la arena llene el #ueco, el embudo y el plato base. 9ener cuidado de no golpear o vibrar el aparato o el terreno durante este paso. Cuando la arena deje de fluir, cierre la vlvula. ;.7.J *eterminar la masa del aparato con la arena sobrante y calcular la masa utilizada en el ensayo. ;.7.H *eterminar la masa del material que #a sido removido del #ueco del ensayo. ;.7.G
ezclar
el
material
completamente
y
obtener
un
espécimen
representativo para la determinación del contenido de #umedad o usar la muestra entera. ;.7.73 *eterminar el contenido de #umedad de acuerdo con el étodo *==7;. &9% ;./ étodos rpidos para la determinación de la #umedad pueden ser usados para obtener un valor aproximado que después es verificado o corregido de acuerdo con los valores obtenidos por el étodo *==7;. ;.= !os espec"menes para el contenido de #umedad debern ser los suficientes y seleccionados de tal manera que representen a todo el material obtenido del #ueco del ensayo. En la 9abla 7 se sugiere la masa m"nima del espécimen para obtener la #umedad en relación con el tamaBo mximo de la part"cula.
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1. Peso de frasco + arena (gr) 2. Peso de frasco + arena sobrante(gr) 3. Peso de la arena empleada (gr) (1-2) 4. peso de arena en el cono (gr) 5. peso de arena en el !eco (gr) (3 - 4) 6. Densidad de la arena (gr/cm 3 ) 7. Vl!men del "!ec(cm 3 ) (#/6) 8. Peso del s!elo+ gra#a + tarro (gr) 9. Peso del tarro (gr) 1$. Peso del s!elo + gra#a (gr) (8-9) 11. Peso reten%do en el tam%& ' (gr) $%. &es es&ec'ic de la graa (gr/cm 3 ) $3. *es de la graa (cm 3 ) ($$/$%) 14. peso del s!elo (gr) (1$-11) $#. l!men del s!el (cm 3 ) (7 + $3) 16. ens%dad *meda (14"15)
Ena!" en la/"&a'"&i"
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6769gr 2937 gr 3811 gr 1419 gr 2412 gr 1.436 gr"cm3 1498.67 cm3 3192 gr $ gr 3192 gr 135 gr"cm3 2.41 gr"cm3 54.7 cm3 3$57 gr 2625gr 1.88 gr"cm3
4.
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18. n!mero de rec%p%ente 19. peso del rec%p%ente + s!elo *medo 2$. peso del rec%p%ente + s!elo seco 21. peso del ag!a (gr) 22. peso del rec%p%ente (gr) 23. peso del s!elo seco (gr) 24. conten%do de !medad (21"23)
, 6$.6 gr 58.$ gr 2.6 gr 21.3 gr 36.7 gr 7.1
%#. mima densidad seca (gr/cm3 ) 26. opt%mo conten%do de !medad () %7. densidad seca (gr/cm 3 ) (($6)/($0(%-)/$11) 28. compactac%,n (27"25)1$$
2.$5 gr 6.7 1.75 gr"cm3 85
C"n'enid" de 5($edad
Re($en de ena!" P&"c'"&
Re($en !a densidad de campo obtenida fue 7.J gr"cm3 lo que es un HF de compactación del suelo.
RECO3ENDACIONES
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+e debe de #acer el orifico con cuidado para no lastimarnos con el martillo, y también el suelo que obtengamos cuando estemos #aciendo el orifico ponerlo sabre un tazon, para evitar desperdicios y los resultados salgan correctamente.
CONCUSIONES %l realizar el ensayo se obtuvo un porcentaje de compactación de HF lo cual para la construcción de una vivienda est en el parmetro según las normas, la densidad del suelo es muy importante conocer para saber cul es el grado de compactación de dic#o suelo.
BIBIO6RAFÍA
#ttps(@@es.slides#are.net@edumic@densidad/in/situmtodo/del/cono/de/
arena *ensidad de campo ng. !uis C#ang C#ang, universidad nacional de ingenier"a. #ttps(@@es.slides#are.net@8risclementeca#uaya@densidad decampomtododelconodearena #ttps(@@es.slides#are.net@ME0E!&@informe/J/densidad/especifica/en/ campo
%nexos 82
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ateriales para realizar el ensayo
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0ealizando el orificio para realizar el ensayo
9amizando por la maya N O
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Colocando la arena en el #ueco
nstrumento con el cual se realiza el ensayo
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