INGENIERIA CIVIL
I.
INTRODUCCIÓN
A un suelo natural o compactado muchas veces se le debe medir la densidad in situ, tal como se presenta p resenta en la realidad. Este parámetro se puede medir con equipos nucleares, con el balón de goma o con el método del cono de arena. Este informe expone las bases del método del cono de arena y expone un ejemplo de cálculo de densidad para este método. Los datos obtenidos son utilizados para calcular la densidad relativa del suelo.
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II.
ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN
Este método de ensayo establece cómo determinar la densidad y el peso unitario de suelos in situ utilizando el equipo de cono de arena. Este método de ensayo se puede utilizar también para la determinación de densidad y peso unitario in situ de suelos inalterados, siempre que los poros o vacíos del suelo sean lo suficientemente pequeños para evitar que la arena utilizada en el ensayo se introduzca en ellos. El suelo u otro material utilizado en el ensayo deben tener suficiente cohesión o atracción entre partículas para mantener estables las paredes del agujero confeccionado, y ser lo suficientemente firme para soportar sin deformaciones ni desprendimientos la leve presión ejercida durante la excavación y el posicionamiento del equipo sobre él. Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos, saturados o con alta plasticidad que se puedan deformar o comprimir durante la excavación del agujero. Este método de ensayo puede no ser adecuado en suelos conformados por materiales granulares sueltos que no mantienen las paredes estables del agujero del ensayo, suelos que contienen cantidades considerables de material grueso mayor que 38 mm de diámetro y suelos granulares que tienen un alto índice de vacíos. Cuando los materiales que son ensayados contienen una cantidad considerable de partículas mayores que 38 mm o cuando se requiere que el volumen del agujero excavado sea mayor que 2 830 cm3, se debe aplicar los métodos ASTM D 4914 o ASTM D 5030.
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III.
REFERENCIAS NORMATIVAS
Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este texto constituyen requisitos de la presente Norma. Las mismas que deberán ser de la edición vigente.
NTP 339.143
(Método 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 - Método del Cono)
ASTM D 1556 (Standard Test Method for Density and Unit Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method)
ASSHTO T 191 (Density In-Place By The Sand Cone Method)
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IV.
MARCO TEORICO
DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO METODO CONO DE ARENA (ASTM D1556−64) Una vez que se han definido los criterios de compactación − en la forma de
especificaciones técnicas – para las obras en terreno, es necesario utilizar un método para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la compactación. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno: Cono de arena Balón de densidad Densímetro nuclear En este informe nos referiremos solamente el primero. El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, 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. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, 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. Para ello se utiliza un cono metálico.
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V.
EQUIPOS Y MATERIALES
1. Cono de Arena
2. Arena La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. En algunos laboratorios se usaran micro esferas de vidrio (arena de Ottawa). Esta arena tiene que estar entre las mallas # 20 y # 30.
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3. Balanzas Una balanza de capacidad de 10 kg y sensibilidad de 2 g y otra de capacidad de 200 g y sensibilidad de 0.1 g.
4. Placa base Es una placa con un orificio central de igual diámetro al del embudo de aparato del cono de arena.
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5. Cincel, Martillo, Brocha Para la perforación en el suelo estudiado.
6. Bolsa de muestras Para recoger la muestra sin que la misma pierda parte de su humedad.
7. Deposito Para almacenar la muestra mientras esta se extrae.
8.
Tamiz ¾”
Para pasar la muestra.
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9. Tamiz # 20 y # 30 (en el laboratorio no estaba disponible el # 20 por lo que se hizo con el #16)
10. Horno para el secado de la muestra Horno adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad (100°C x 24 horas ).
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VI.
PROCEDIMIENTO
Se gradúa la arena para el ensayo en este caso es arena seca que pasa el tamiz # 16 y es retenido en el tamiz #30.
Se calcula la densidad de la arena graduada (se pesa el molde de 4 pulg, se llena de arena y se pesa, se toman las medidas del molde y se saca su volumen).
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Se calcula el peso de la arena que solo se encuentra en el cono.
Se seleccionara el lugar para efectuar el ensayo, siendo éste en la parte exterior del laboratorio de Suelos.
Se prepara la superficie del punto a controlar, nivelándola o emparejándola y quitando el material vegetal que hubiere, para conseguir un buen asentamiento de la placa.
Se coloca la placa base sobre la superficie nivelada y se procede a excavar dentro de la abertura de la placa base, iniciando la excavación con un diámetro menor (desde el centro) y afinando luego hacia los bordes. La profundidad de la excavación debe ser similar al espesor de la capa bajo control, que en este caso se supuso de 15 cms.
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Al ejecutar la excavación se debe tener cuidado de no alterar las paredes del suelo que delimitan la perforación, especialmente cuando predominan partículas que al sacarlas pueden desmoronar los costados, cambiando la geometría de la perforación. Si esto ocurriese, se deberá hacer una perforación nueva.
Se coloca todo el suelo excavado en un envase o bolsa resistente, el cual debe cerrar herméticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles pérdidas de material.
Se procede a pesar en la balanza el cono con la arena ya en su interior como peso inicial.
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Se procede a colocar el cono de arena y abrir la llave hasta que se ll ene de arena la cavidad hecha.
Se procede a pesar el cono de arena con el resto de arena que quedo como peso final.
Se pesa un porcentaje de muestra para determinar su contenido de humedad posteriormente en laboratorio.
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VII.
DATOS
Determinación de la Densidad de la Arena DESCRIPCION Peso del Molde Cilíndrico + Arena (gr) Peso del molde Cilíndrico (gr) Peso de la Arena Contenida en el Cilindro (gr)
PESO (gr) 5461.6 4171.9 1289.7
Volumen del Molde (D=10.0 cm & H=11.6 cm) (cm3)
910.6
Densidad de la Arena (gr/cm3)
1.42
Peso de arena en cono DESCRIPCION PESO(gr) 814.4 Equipo Cono de arena Peso Equipo cono + Arena (gr) 4576.1 Peso Equipo cono - peso solo cono 3012.6 peso de arena solo en cono 1563.5
Datos Obtenidos del Ensayo del Cono de Arena DESCRIPCION PESO (gr) Peso del suelo Extraído del Hueco (gr) 3940.2 Equipo Cono de arena 814.4 Peso solo Arena en el cono 1563.5 Peso cono + Arena (gr) 6571.6 Peso final del Cono 2119.3 Peso Arena final 4452.3 Peso de la arena en el hueco 2888.8
Determinación del Contenido de Humedad del suelo extraído del hueco DESCRIPCION
Peso de la lata + suelo húmedo (gr) peso de la lata peso suelo seco + lata Peso del Agua Peso del Suelo Seco Contenido de humedad (%)
PESO (gr) 850.4 77.8 744.9 105.5 667.1 15.81
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VIII.
CALCULOS
Datos Peso de la Arena en el hueco = 2888.8 gr Densidad de la Arena = 1.42 gr/cm3
VOLUMEN DEL HUECO
=
Peso de la arena en el hueco densidad de la arena
=
2888.8 gr 1.42 gr/cm3
= .
DENSIDAD HÚMEDA DEL SUELO. ℎ =
Peso del suelo humedo Volumen que ocupa el peso del suelo
ℎ =
3940.2 gr 2034.37 3
= . /
DENSIDAD SECA DEL SUELO. =
Densidad humedad del suelo 1 + Contenido de Humedad
=
1.94 gr/cm3 1 + 15.8/100
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=
1.94 gr/cm3 1 + 15.8/100
= . /
GRADO DE COMPACTACION =
()
=
1.68 2.21
∗ 100
= . %
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IX.
RESULTADOS
Obtenemos los siguientes resultados: Volumen del hueco = 2034.37 cm3 Densidad húmeda del suelo = 1.94 gr/cm3 Densidad seca del suelo = 1.68 gr/cm3 Grado de compactación = 75.68 %
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X.
CONCLUCIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos el grado de compactación optimo debe estar en un rango entre 95 y 100 %, para la presente practica se tuvo un grado de compactación de 75.68 %, de esto se puede deducir que el terreno aún no se ha logrado la compactación adecuada por lo tanto se debe i ncrementar la energía de compactación y disminuir el contenido de humedad.
Como la práctica se realizó en la parte externa del laboratorio de suelos, correspondiente a los jardines de la universidad este tipo de suelo no suele estar muy compactado y presenta un elevado contenido de humedad
