MECÁNICA DE SUELOS
ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS SUELOS EN EL CAMPO POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA NORMAS MTC E 117-2000
ENSAYO PARA DETERMINAR DETERMIN AR LA DENSIDAD DE LOS SUELOS EN EL CAMPO POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA
Ensayo para determinar la densidad de los suelos por el método del cono de arena
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I. OBJETIVOS Objetivo General
Determinar la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena.
Objetivos Específicos
II.
Determinar la densidad húmeda por el método del cono de arena.
Determinar la densidad seca por el método del cono de arena..
EPP Y CONDICIONES DE SEGURIDAD El Equipo de Protección Personal es un conjunto de elementos y dispositivos diseñados para proteger las partes del cuerpo que se encuentran expuestos a riesgos durante el ejercicio de una labor. Para este ensayo se utilizó los siguientes EPP:
Bata: Pieza de ropa amplia y larga que sirve en un laboratorio para protegerse de cualquier daño que puedan hacer las sustancias químicas a la ropa o a las personas. Fig.Nº1. “Bata”
Fuente: Propia
Lentes de Seguridad: Para casos de desprendimiento de partículas deben usarse lentes con lunas resistentes a impactos. Fig.Nº2. “Lentes de Seguridad”
Fuente: Propia
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Guantes de seguridad: Se utiliza para proteger al trabajador de todos los riesgos que se generan al manipular herramientas o materiales filosos o con bordes cortantes Fig.Nº3. “Guantes de seguridad”
Fuente: Propia
Zapatos de seguridad: Calzado de uso profesional que proporciona protección en la parte de los dedos mediante la incorporación de elementos de protección destinados a proteger al usuario de las lesiones que pudieran provocar accidentes Fig.Nº4. “Zapatos de seguridad”
Fuente: Propia
Mascarilla de seguridad: Dispone de un puerto de drenaje en la zona de la barbilla para desviar el sudor y proporcionar comodidad en condiciones de calor y humedad Fig.Nº5. “Mascarilla de seguridad”
Fuente: Propia
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II. EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y UTENSILIOS (CBR)
Horno de mesa: Fig.Nº6. “Horno de mesa”
Fuente: Propia
Balanza:
Fig.Nº7. “Balanza”
Fuente: Propia
Caja de madera: Fig.Nº8. “caja de madera”
Fuente: Propia
Poste de madera: Fig.Nº9. “Poste de madera”
Fuente: Propia
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MECÁNICA DE SUELOS Probetas:
Fig.Nº10. “Probetas”
Fuente: Propia
Cono de densidad de arena :
Fig.Nº11. “Cono de densidad de arena”
Fuente: Propia
Placa metálica:
Fig.Nº12. “Placa metálica”
Fuente: Propia
Cucharon metálico:
Fig. N°13 “Cucharon metálico”
Fuente: google
Recipientes
Fig.Nº14. “Recipientes”
Fuente: Propia
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III. MARCO TEÓRICO Después de realizar la compactación en campo siempre es necesario verificar si con él se lograron los fines propuestos. Hoy en día existen muchos métodos para poder controlar que la compactación en campo cumpla con las especificaciones de diseño del proyecto. En la mayoría de los casos la compactación se hace a contrato por empresas especializadas, por lo tanto la verificación mencionada, resulta ligada a problemas de pago, legales, etc. Debido a esto es que se tienen que seguir algunos pasos durante la compactación en campo. Puesto que el objetivo de la compactación es estabilizar los suelos y mejorar su comportamiento ingenieril, es importante tener presente las propiedades ingenieriles deseadas del terraplén, no solo su densidad seca y contenido de humedad. Este punto a menudo no se lo toma en cuenta en el control de la construcción de obras de tierra. Normalmente se pone mayor énfasis en lograr el peso unitario seco especificado y se da poca consideración a las propiedades ingenieriles deseadas del terraplén compactado. (Campos Rodriguez & Guardia Niño De Guzmán, APOYO DIDÁCTICO AL APRENDIZAJE DE LA MECÁNICA DE SUELOS MEDIANTE PROBLEMAS RESUELTOS, 2005) El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta una profundidad aproximada de 15cm. 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; 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. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.)) 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. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados (arena OTAWA con Cu<2) Ensayo para determinar la densidad de los suelos por el método del cono de arena
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MECÁNICA DE SUELOS para llenar el hueco excavado en terreno. Este método de ensayo no es adecuado para:
Suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo.
Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo.
Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm) o cuando los volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie 3 (2830 cm3) se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.
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 a 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. (SlideShare, s.f.) El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión: =
γ SC γ SL
100
Dónde: = Grado de compactación = = á
CONTENIDO DE HUMEDAD Es la relación que existe entre el peso de agua contenida en la muestra en estado natural y el peso de la muestra después de ser secada en el horno a una temperatura entre los 105°-110° C y se expresa de forma de porcentaje.
PESO ESPECÍFICO Se llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.
DENSIDAD SECA Se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación. Ensayo para determinar la densidad de los suelos por el método del cono de arena
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IV. PROCEDIMIENTO FASE I (Preparación para campo) Primer día
Llenamos el ATS, determinando los posibles peligros, riesgos y las medidas de control para la secuencia del procedimiento.
Seleccionamos las herramientas necesarias para la elaboración, verificamos que estén operativas.
Se lavó el suelo por la malla Nº 200.
Luego el retenido por la malla Nº 200 se pesó y se puso al horno de mesa a una temperatura de 110°±5ºC por 24 horas.
Aparte, se seleccionó una muestra de 1 kg y se dejó en el horno de mesa a una temperatura de 110°±5ºC por 24 horas.
Segundo día
Llenamos el ATS, determinando los posibles peligros, riesgos y las medidas de control para la secuencia del procedimiento.
Seleccionamos las herramientas necesarias para la elaboración, verificamos que estén operativas.
Luego la muestra retenida seca por la malla Nº200 se tamizo por la malla Nº10 y Nº 60 obtenido así la arena calibrada.
Se halló la densidad de la arena calibrada apoyándonos en un recipiente cilíndrico. Fig. N°15 “Cucharon metálico”
Fuente: Propia
Diámetro del recipiente (cm) Altura del recipiente (cm) Peso del recipiente (g) Peso del recipiente + arena (g) Peso de la arena (g) Volumen (cm3) Densidad de la arena calibrada (g/cm3)
10.12 11.43 3900 5276 1376 919.39 1.50
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Luego vertimos la arena calibrada sobre el cono en el cilindro contenedor.
Se procedió a pesar el frasco más la arena sin usar obteniendo un peso. Fig. N°16 “Cucharon metálico”
Fuente: Propia
Luego, vertimos la arena del frasco en la placa perforada y pesamos el frasco más arena después de usar.
Para obtener el peso del volumen del cono restamos los dos pasos anteriores y hallamos el peso del volumen del cono.
Peso del cono + arena sin usar (g) Peso del cono + arena después de usar (g) Peso del volumen del cono (g)
6548 4802 1746
Devolvemos la arena calibrada, vertida sobre la placa perforada, al frasco.
Se retira la muestra de 1 kg del horno y se deja enfriar. Para luego pesarla, obteniendo el peso seco.
Una vez obtenido el peso seco se procede a calcular el contenido de humedad.
Se seleccionó una muestra de 40 kg para luego saturarla con el Óptimo Contenido de Humedad y dejarlo reposar por 24 h.
FASE II Tercer día
Llenamos el ATS, determinando los posibles peligros, riesgos y las medidas de control para la secuencia del procedimiento.
Seleccionamos las herramientas necesarias para la elaboración, verificamos que estén operativas.
Se separó la muestra de 40 kg en 3 partes iguales.
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Se compactó la muestra en una caja de madera de 40 cm x 40 cm x 30cm, en tres capas. Fig. N°17 “Cucharon metálico”
Fuente: Propia
Luego colocamos la placa perforada en el suelo compactado y empezamos la excavación con el cincel a una profundidad de 13 cm. Fig. N°18 “Cucharon metálico”
Fuente: Propia
Se pesó el frasco más la arena calibrada sin usar obteniendo 6546 g.
Paso siguiente se vertió la arena calibrada sobre el orificio realizado.
Se pesó el frasco con la arena después de usar obteniendo 1364 g. Para luego hallar el peso de arena en el agujero y el volumen del agujero.
Peso de arena en el agujero (g) Volumen del agujero (cm3)
3436 2290.67
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El suelo extraído de la excavación se pesó en una tara obteniendo el peso húmedo, para luego hallar su densidad húmeda que fue 1.77 g/ cm3.
Luego se colocó al horno de mesa a una temperatura de 110° ± 5°C por 24 horas para poder determinar el contenido de humedad y posteriormente la densidad seca que fue 1.57 g/cm3
V. CÁLCULOS
CONTENIDO DE HUMEDAD % = % =
100
1000 − 965.25 965.25
100
% = 3.6 %
Comparación de contenido de humedad Comparación de contenido de humedad Optimo contenido de humedad
14%
Contenido de humedad
3.60%
contenido de humedad faltante
10.40%
Se satura con agua la muestra. = 40000
10.4 100
= 4160
Densidad de la arena calibrada =
5276 − 3900 919.39
= 1.50 g/
EXTRACCIÓN DE SUELOS (DATOS DE TERRENO) Extracción de suelos (DATOS DE TERRENO) Densidad de arena calibrada Peso volumen del cono Peso cono + galón + arena (antes de usar) Peso cono + galón + arena (después de usar)
1.50 g/ 1746 g 6546g 1364 g
Peso de arena en agujero
3436 g
Volumen de agujero
2290.67
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EXTRACCIÓN DE SUELOS (DATOS DE LABORATORIO) Extracción de s uelos (DATOS DE LABORATORIO) Peso del recipiente
192.5 g
Peso del rec ipiente + suelo húmedo
4254
g
Peso del suelo húmedo
4061.5 g
Pes o del recipiente + suelos seco
3794 g
Peso del suelos seco
3601.5 g
Contenido de humedad (%)
12.77%
DENSIDAD DE SUELO Densidad de suelo
Peh =
Densidad húmeda
1.77 g/
Densidad seca
1.57 g/
so sulo húmdo volumn d hoyo
Peh = 1.77g/
Pe =
+
Pe = 1.57 g/
VI. RESULTADOS E INTERPRETACIONES
Densidad Húmeda: 1.77 g/cm3
Densidad Seca: 1.57 g/cm3
Interpretación: El grado de compactación es de 82.6%, por lo que podemos concluir que no está compactado al 95% de dato mínimo requerido por norma para asegurar que la sub-rasante es aceptable y tiene buena funcionalidad. También vale mencionar que el suelo utilizado en el laboratorio no es el mismo que el del terreno, razones por las cuales se entienden y se aceptan las discrepancias obtenidas en los resultados obtenidos del ensayo.
VII. CONCLUSIONES
El grado de compactación es de 82.6%, por lo que podemos concluir que no está compactado al 95% de dato mínimo requerido por norma para asegurar que la sub-rasante es aceptable y tiene buena funcionalidad.
El suelo compactado tiene una contenido de humedad de 12.77%.
Esta práctica resulto muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el Grado de Compactación de una capa de suelo; además es sencilla ya que no necesita mucho tiempo (a excepción del proceso del cálculo del contenido de humedad que ocupa un lapso de 24 horas).
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VIII. RECOMENDACIONES
Realizar el ATS con los integrantes del grupo, identificando los posibles peligros y evitando accidentes.
Tener puesto el EPP antes de ingresar al laboratorio.
Limpiar la zona del laboratorio donde se realizó el ensayo.
Verificar que la balanza este calibrada a la hora de pesar para obtener un mejor resultado
A la hora de decantar el suelo por la malla Nº200 es recomendable repetir el paso las veces que sea necesario hasta obtener una agua cristalina, asegurándonos así que el suelo se encuentra limpio.
Es importante que el suelo saturado en bolsa se encuentre en un lugar donde no le llegue directamente el sol.
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IX. BIBLIOGRAFÍA 1. Campos Rodriguez, J., & Guardia Niño De Guzmán, G. (2005). APOYO DIDÁCTICO AL APRENDIZAJE DE LA MECÁNICA DE SUELOS MEDIANTE PROBLEMAS RESUELTOS. Cochabamba. 2. SlideShare.
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ANEXOS
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ANEXO N°1 ATS ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO
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ANEXO N°2 Ficha de ensayo
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ANEXO N°3 NORMAS
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