RESUMENEl 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. En este informe se detallará los fundamentos básicos para la realización del ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán indispensables para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y calibración del cono. Este informe nos ayuda a conocer los conceptos fundamentales de mecánica de suelos y el procedimiento para hallar la densidad de campo de los diferentes suelos. pág. 1 INTRODUCCIÓN En este informe se describirá los fundamentos básicos para la realización del ensayo, es necesario determinar el grado de compactación alcanzado con la máquina, para ello se debe obtener el peso unitario del suelo seco y el contenido de agua del relleno compactado o de los materiales colocados como base y sub-base en una carretera, a fin de comparar estos resultados con el peso unitario máximo del suelo seco y el contenido óptimo de agua obtenidos previamente en el laboratorio por uno de los métodos de compactación y de esta manera saber si se está cumpliendo con las especificaciones. El suelo a estudiar es, “UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS” del distrito de José Luis Bustamante y Ribero con el método de cono de arena pesada y ensayada. Entre los métodos utilizados para determinar la Densidad del Terreno se encuentra el Método del Densímetro Nuclear, Método del Cono de Arena, este último que es el descrito en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 1 ½” (38mm); y se basa en la relación hecha entre el Peso del Suelo Húmedo (sacado de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada) con el volumen del dicho agujero. Para luego proceder a calcular el peso unitario seco. 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. pág. 2 .........2.......................... NORMATIVIDAD....................................... OBJETIVOS DEL ENSAYO..................................................2.......................... PROCESAMIENTO DE DATOS....................... RESULTADOS DEL ENSAYO...1 INTRODUCCIÓN...........................................................1.....................4 1.......................................................................................................................................................................................................................................13 ENSAYO DEL CONO CORREGIDO........................................................................15 CAPITULO IV.5 CAPÍTULO II........................................... RECOMENDACIONES Y BIBLIOGRAFIA.............................. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO........................................... EQUIPOS UTILIZADOS Y PROCEDIMIENTOS..............................................................................2.........................................................18 5.... MARCO TEÓRICO. CONCEPTO GENERAL.........9 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.............................................................................................................14 3........ 3 ..........................4 1.........................................ÍNDICE Pág RESUMEN.......................1..............................4 1...................................................5 2..............19 6......................................6 CAPITULO III.2...............2.......14 3....................................................................5 2...................................................2 CAPÍTULO I.1............ MÉTODO DEL CONO DE ARENA..9 3.............................................................................................................................23 pág............2....1............................................................................................................................................................................... OBJETIVO ESPECIFICOS........................................3.....16 4.....................................................................................19 CAPITULO VII............................................. DATOS OBTENIDOS............ ENSAYO DEL CONO DE ARENA IN SITU..22 7........... EQUIPOS..1.............................4 1. 3.5 2......16 CAPITULO V..................................... OBJETIVO GENERAL.........................18 CAPITULO VI.......... CONCLUSIONES.....................................................................................................................................2......9 3............................................................................................... 3................................................. E –161 –07 Este método de ensayo se usa para determinar. El método sirve para los suelos que no contiene cantidades apreciables de rocas o de material grueso de tamaño superior a 38mm de diámetro. b) Aprender el método del cono de arena en el trabajo de campo c) Calcular el porcentaje de humedad de una muestra de suelo.3.V. 1. NORMATIVIDAD Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este texto constituyen requisitos de la presente Norma: NORMAS I.N. la densidad o la masa unitaria de los suelos con el equipo de cono de arena. d) Calcular la densidad humeda y seca de una muestra de suelo.1. OBJETIVO ESPECIFICOS a) Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo del método del cono de arena. 1. OBJETIVO GENERAL El ensayo permite obtener la densidad y contenido de humedad “IN SITU” de terreno y así verificar los resultados obtenidos del suelo. pág.CAPÍTULO I 1. en el sitio.2. 4 . ASTM D4914 o la ASTM D5030. OBJETIVOS DEL ENSAYO 1. en las que existen especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad y la densidad del suelo. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno: Cono de arena Balón de caucho balón de Hule Densímetro nuclear Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho. también depende del contenido de humedad durante la realización de la misma (compactación de la capa de suelo. CAPÍTULO II 2.Cuando los materiales probados contienecantidades apreciables de partículas mayores a 38mm (1½”).1. pág.1 ft3). 5 . son aplicables en suelos cuyos tamaños de partículas sean menor es a 38mm. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación. Y utilizan los mismos principios. MARCO TEÓRICO 2. denominada energía de compactación. CONCEPTO GENERAL El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. o cuando se requiera que el volumen de hueco sea superior a 2830 cm3 (0. El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos. se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta una profundidad aproximada de 15cm.2.)) y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. (38 mm) o cuando los pág. no cementadas. sanas. Este método de ensayo no es adecuado para: Suelos orgánicos.2. Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2.) y Nº 35 ASTM (0. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados (arena OTAWA con Cu<2) para llenar el hueco excavado en terreno. Y cuyo diámetro del hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo.5 mm. este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Para ello se utiliza un cono metálico. Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo. 6 . saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas cuarzosas. MÉTODO DEL CONO DE ARENA El método del cono de arena. Previamente en el laboratorio. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca.0 mm. Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en construcción. 7 . con las obtenidas en el laboratorio. se obtiene un control de la compactación.volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0. entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio. Al comparar los valores de estas densidades.1 pie3 (2830 cm3) se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030. El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión: pág. que se define como la relación en porcentaje. Para ello se tiene que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a una prueba de laboratorio. conocido como Grado de Compactación. ENSAYO DEL CONO DE ARENA IN SITU APARATO DEL CONO DE ARENA El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón (3.785lts. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación cuando este en posición completamente abierta o completamente cerrada. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo. pág. EQUIPOS UTILIZADOS Y PROCEDIMIENTOS 3.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12. Placa base para su uso esto puede hacer mas 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 mas constante para ensayos en suelos blandos. 8 .1. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas.CAPITULO III 3. no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor que el 1% del promedio. y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica. para prevenir segregación en almacenamiento o uso. ARENA La arena que se utilice deberá ser limpia. N°60). pág. seca. Además deberá tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°10). como mínimo. uniforme. durable y que fluya libremente. en la zona en que va a ser usada. Al seleccionar una arena para ser usada. cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable. 9 . deberá hacerse. Antes de usar una arena deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al aire”. no cementada. Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o subredondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina (menor que 250m. termómetro.1g. 10 . horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad. cuaderno y cartera. BALANZAS Una balanza de capacidad de 10Kg. canastillas con tapas. canecas con tapas. Y sensibilidad de 2g. cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo. EQUIPO MISCELÁNEO Pequeña pica. pág. pequeña brocha de pintura. cazuela para freír de 224mm. (10”) o cualquier otro recipiente adecuado para secar muestras. EQUIPO PARA EL SECAMIENTO Estufa. y otra de capacidad de 200g. y sensibilidad de 0. etc. sacos de lona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el peso unitario de la arena respectivamente. 30). aproximación de 0. rellenos viales y rellenos estructurales.ENSAYO DE LABORATORIO ESPECIFICACIONES Este método de ensayo se usa para determinar la densidad de los suelos compactados. 11 .01 g. 20 y es retenida en el tamiz No.1 g. nivel de burbuja. cuchara y espátula. Se usa con frecuencia. Herramientas para excavar agujeros pequeños en el suelo compactado martillo y cincel metálico. tarjetas de identificación. EQUIPOS Frasco y cono de medición Arena estándar (que pasa el tamiz No. Balanza de precisión. pág. Balanza de precisión. Fundas de plástico para guardar el suelo recuperado del agujero. utilizados para construir terraplenes. aproximación de 0. como base para la aceptación de suelos compactados a una densidad especificada o un porcentaje de densidad máxima determinada por los métodos de ensayo de las normas INV E–141o INV E –142. 12 . 6. 10. La muestra de suelo extraída fue pesada. horneada y nuevamente pesada.1. Se repite el proceso de pesado al equipo con la arena que quedo en el depósito. 5. Se levantó el cono del sitio para llevar a tomar su peso de nuevo.2. Debido al costo de la arena. Se realizó el ensayo 2 veces para realizar un ensayo correcto. 7. pág. con la arena a utilizar. Se rompió el suelo con el cincel. se recoge del hueco para después tamizar y lavar para poderla usar de nuevo. Se ubicó la placa base en el suelo. a través de la placa. Se obtuvo los pesos del cono. Imagen 1equipos utilizados 3. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1. 3. 2. para obtener la muestra a trabajar. y de todos los recipientes. 9. 8. Se abrió la llave del cono para dar paso a la arena que. dio paso al cerramiento de la llave. Se removió la muestra sin perder material. Brocha. en cuanto llenó el hueco. 4. EQUIPOS pág. 3.1.2. ENSAYO DEL CONO CORREGIDO Este anexo se utiliza para determinar la densidad volumétrica (calibración) de la arena que se va a utilizar en este método de prueba.2. 13 .Imagen 3 "imagen obtenida del ensayo 3. La calibración determina la densidad promedio de la arena que se va a utilizar para calcular el volumen del orificio de prueba. Calcule la masa neta de la arena en el contenedor de calibración sustrayendo la masa de la arena contenida en el cono y en el plato base y anótela. Cuando la arena deje de fluir. pág. invierta y centre el aparato llenado de arena y el plato base en el contenedor de calibración. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO Mida el contenedor para hallar su volumen y anote los datos obtenidos. cierre la válvula. 14 . Abra la válvula completamente y deje que la arena llene el contenedor. Cuando el contenedor de calibración tenga el mismo diámetro que el orificio central rebordeado en el plato base.2.2. Imagen equipos para el ensayo de cono corregido 3. 01 Cono de Arena 01 Cucharon 01 Brocha 01 balanza 01 Molde o contenedor: Seleccione un contenedor de volumen conocido que sea aproximadamente de la misma medida y permite que la arena caiga aproximadamente la misma distancia que el orificio excavado durante la prueba de campo. Determine la masa del aparato y de la arena restante. 15 .Imágenes procedimientos para el ensayo de cono corregido pág. Peso (g) 7064 190 114 3592 2416 594 564 Peso (g) 1. DATOS OBTENIDOS 4. DATOS OBTENIDOS POR EL METODO DE CONO DE ARENA 4.1. ENSAYO 1: 10.ENSAYO 2: 7044 190 62 3748 2362 472 454 DATOS OBTENIDOS DEL CONO CORREGIDO Descripción Diámetro del contenedor (cm) Altura del contenedor (cm) Peso del contenedor (g) Peso contenedor + arena Peso de cono inicial (g) Peso de cono final (g) 4.1.1. 16 .1.1. ENSAYO 1: Descripción Peso de cono inicial (Wci) Peso de balde (Wbalde) Peso de pocillo (Wpocillo) Wbalde + muestra Peso de cono final (Wc-f) Wpocillo + muestra Peso muestra seca (Ws) Descripción Peso de cono inicial (Wci) Peso de balde (Wbalde) Peso de pocillo (Wpocillo) Wbalde + muestra Peso de cono final (Wc-f) Wpocillo + muestra Peso muestra seca (Ws) 4.1.CAPITULO IV 4.2.085 11.60 4056 5402 6990 5310 pág.2. ENSAYO 2: Descripción Diámetro del contenedor (cm) Altura del contenedor (cm) Peso del contenedor (g) Peso contenedor + arena Peso de cono inicial (g) Peso de cono final (g) 10.60 4056 5406 6988 5308 pág. 17 .1.085 11.1.1. ). PROCESAMIENTO POR EL METODO DE CONO DE ARENA Calcule el volumen de calibración (V1) enm³. Seco suelto de arena calibrada (kg/m³) Calcule el volumen total (V2) en m³.CAPITULO V 5.=V2– V1 Calcule el peso volumétrico húmedo del sitio en kg/m³. Peso de arena usada en calibración (kg) V1=-------------------------------------------------------------Peso vol. Vexcv. seco suelto de arena calibrada (kg/m³) Calcule el volumen de excavación (Vexc. PROCESAMIENTO DE DATOS 5.1. en m³. 18 . Peso de arena usada en excavación (kg) V1=-----------------------------------------------------------Peso vol. Peso del suelo húmedo excavado (kg) γ húmedainsitu=------------------------------------------Volumen de excavación (m³) pág. 6cm) (cm3) Densidad de la Arena (g/cm3) (3/4) DATOS 5406.085cm & L=11.00 1350.CAPITULO VI 6.62 1.0 0 1346.00 0 Promedio de la masa de la arena calibrada (g) ENSAYO PARA DETERMINAR EN CONTENIDO DE HUMEDAD Tabla 1 pág. RESULTADOS DEL ENSAYO ENSAYO DEL CONO CORREGIDO Tabla 1 DETERMINACION Ensayo 1 DESCRIPCION DE LA DENSIDAD DE LA 1 Masa del molde cilindrico + Arena (g) 2 Masa del molde cilindrico (g) 3 4 5 Masa de la Arena Contenida en el cilindro (g) (1-2) Volumen del Cilindro (D=10.453 Tabla 2 DETERMINACION Ensayo 2 1 2 3 4 5 DE LA DENSIDAD DE LA ARENA DESCRIPCION Masa del molde cilindrico + Arena (g) Masa del molde cilindrico (g) Masa de la Arena Contenida en el cilindro (g) (1-2) Volumen del Cilindro (D=10.6cm) (cm3) Densidad de la Arena (g/cm3) (3/4) ARENA DATOS 5402.457 Promedio de la densidad de Arena (g/cm3) 1. 19 .00 4056.0 0 4056.00 926.62 1.085cm & L=11.0 0 926.455 1348. 00 Masa del suelo seco (g) (4-1) 18.00 7 Contenido de humedad (%) (6/5 *100) 6.00 3 Masa del suelo humedo (g) (1-2) 480.00 Masa del posillo (g) 472.00 2 Masa del posillo (g) + suelo humedo (g) 594.00 3402.00 3592.00 2416.00 Masa del posillo (g) + suelo humedo (g) 410.00 Masa del suelo humedo (g) (1-2) 454.00 4 Masa del suelo seco + posillo (g) 564.00 6 Masa del agua evaporada (g) (3-5) 30.667 Tabla 2 1 2 3 4 5 6 7 DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO EXTRAIDO DEL HUECO (ENSAYO 2) DESCRIPCION DATOS 62.629 Promedio del contenido de humedad (%) RESULTADOS Y DATOS DEL CONO DE ARENA Tabla 1 DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DEL CONO DE ARENA ensayo 1 DESCRIPCION 1 2 3 4 5 6 Masa del balde (g) Masa del balde + Suelo humedo extraido (g) Masa del suelo humedo extraido del hueco (g) Masa del cono inicial (g) Masa del cono final (g) Masa de arena en el cono (g) (4-5) Tabla 2 pág.00 Masa del suelo seco + posillo (g) 392.00 7064.00 .00 Masa del agua evaporada (g) (3-5) 4.00 4648.592 contenido de humedad (%) (6/5 *100) 5.DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO EXTRAIDO DEL HUECO (ENSAYO 1) DESCRIPCION DATOS 1 Masa del posillo (g) 114. 20 (2-1) MASA (g) 190.00 5 Masa del suelo seco (g) (4-1) 450. 5 4 2.00 Masa del balde (g) 3748.0 hueco (g) 0 RESULTADOS DE LA DENSIDAD DEL SUELO HÚMEDO INSITU DENSIDAD IN SITU DEL SUELO HUMEDO 1348.1 6 1465.0 0 2392.0 Masa del balde + Suelo humedo extraido (g) 0 3558.0 Masa del cono final (g) 0 4682.0 Masa del cono inicial (g) 0 2362. 21 .62 3480.0 Masa de arena en el cono (g) (4-5) 0 4665.0 Promedio de la masa de arena en el hueco (g) 0 Promedio de la masa de suelo humedo extraido del 3480.375 1 2 3 masa de la arena calibrada (g) densidad de la arena calibrada (g/cm3) Volumen de calibracion de la arena (cm3) (1/2) 4 masa del suelo humedo del hueco (g) 5 volumen total del suelo (cm3) (4/2) 6 7 volumen de excavacion (cm3) ((5-3) densidad humeda insitu (g/cm3) (4/6) densidad seca insitu (g/cm3) (7/(1+contenido de 2.248 humedad)) 8 pág.0 0 1.0 Masa del suelo humedo extraido del hueco (g) (2-1) 0 7044.1 2 3 4 5 6 DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DEL CONO DE ARENA ensayo 1 MASA DESCRIPCION (g) 190.455 926. de como mínimo 2 ensayos sucesisvos. Se obtiene una densidad seca de: 2. pág.1. CONCLUSIONES. Se realizó 2 ensayos del método de cono de arena sacando un promedio para obtener datos más acordes.455 g/cm3. El contenido de humedad de la base extraída de 2 ensayos es: 5.248 g/cm3. CONCLUSIONES El peso del cono de corrección es =1448. y se obtuvo un valor de 1.629 %.CAPITULO VII 7. RECOMENDACIONES Y BIBLIOGRAFIA 7. y pesando su contenido.375 g/cm3. La densidad de la arena se determina conociendo el volumen de un recipiente. Se obtiene una densidad en estado natural (humeda) de: 2. 22 .00 g que es el promedio de 2 ensayos sucesivos. 7. Juan Carlos Zevallos Aroni-2012 Competencias técnicas de laboratorista en mezclas asfálticas. Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos. FIC-UNI MTC 117-2000 pág. BIBLIOGRAFÍA Apuntes de clases: Pavimentos Ing. por lo tanto. tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm). 7. RECOMENDACIONES No existe un valor de referencia aceptado para este método de ensayo.2. Apuntes de laboratorio de mecánica de suelos 1.3. la confiabilidad no puede ser determinada y como regla general. no es recomendable la arena del cono con segundo uso. Una muy pequeña cantidad de humedad absorbida puede hacer un cambio sustancial en la densidad y el volumen. El método de cono de arena es el método más usado y por lo tanto se hizo este ensayo para que cada estudiante los conos y pueda aplicarlo en campo en el mundo laboral.Ing. saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo. Jorge Luis Alejandro Quispe. 23 . Este método de ensayo puede no ser adecuado para suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo. UTPL Loja –Ecuador Manual de laboratorio de pavimentos. La mayoría de las arenas tiene tendencia a absorber la humedad de la atmósfera. ni para suelos granulares que tengan altos porcentajes de vacíos.
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