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PAVIMENTOS

ING. ABRAHAM FERNADEZ MUNDACA

1. INTRODUCCION. A un suelo natural o compactado muchas veces se le debe medir la densidad in situ, tal como se presenta en la realidad. Este parámetro se puede medir con equipos nucleares, con el balón de goma o con el método del cono de arena. El presente informe expone las bases del método del cono de arena y expone un ejemplo de cálculo de densidad in situ para este método. Los datos obtenidos son utilizados para calcular la densidad relativa del suelo proporcionando 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. Las relaciones típicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energía de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en el laboratorio. 2. OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL Determinar la densidad seca y el contenido de humedad del suelo en el campo mediante el método del cono de arena. OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo del método del cono de arena. Calcular el porcentaje de compactación de una muestra de suelo de campo.

ENSAYO DENSIDAD DE CAMPO-METODO CONO DE ARENA

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3. 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)

4. FUNDAMENTO TEORICO. Determinación de la densidad del suelo en terreno método 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 esta guía nos referiremos al empleo del cono de arena. Este método se emplea para la determinación de la densidad de suelos en el lugar (in situ), utilizando un equipo denominado cono de arena. Este método de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales ENSAYO DENSIDAD DE CAMPO-METODO CONO DE ARENA

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gruesos con un diámetro mayor a 1 ½ pulg. (38 mm). Cualquier suelo u otro material, que pueda ser excavado con herramientas de mano, puede ser ensayado siempre que los vacíos o aberturas de los poros en la masa sean lo suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacíos naturales. El suelo u otro material a ensayarse deberá tener la suficiente cohesión o atracción entre partículas para mantener estables los lados de un pequeño hoyo o excavación. Este deberá ser lo suficientemente firme y consistente para soportar las pequeñas presiones ejercidas al excavar el hoyo y colocar el aparato sobre él, sin que se deforme o se caiga. Es práctica común en la profesión de ingeniería utilizar corrientemente unidades de medida para representar

tanto

unidades

de

masa

como

unidades

de

fuerza.

Esto

implícitamente combina dos sistemas de unidades diferentes, esto es, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Científicamente, no es recomendable combinar el uso de dos clases diferentes de unidades dentro de una norma simple. Este método de ensayo ha sido elaborado utilizando el sistema gravitacional de unidades cuando se tratan las unidades en el sistema de centímetros y gramos. En este sistema, el gramo (gr) representa una unidad de fuerza (peso). Sin embargo, el uso de balanzas o escalas para registrar medidas de masa (gr) o para registrar la densidad en gr/cm3 puede establecerse como conforme a este método de ensayo. El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión: Donde: Gc

= Grado de Compactación

yd

= Densidad Seca en el campo

γdmax = Densidad Seca Máxima obtenida en el laboratorio.

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5. MATERIALES.  Aparato de densidad (embudo). Un frasco desarmable u otro contenedor de arena que tenga una capacidad de volumen que exceda el volumen requerido para llenar el orificio de prueba y el aparato durante la prueba. Un aparato desarmable que consiste en una válvula cilíndrica con un orificio de ½” (13 mm) de diámetro, presentando en un extremo un pequeño cono de metal conectado a un frasco en un extremo y a un embudo (cono) en el otro extremo. La válvula debe tener un freno (seguro) para prevenir la rotación de una posición completamente abierta a otra completamente cerrada. Una placa metálica cuadrada o rectangular, con un hueco central con borde para recibir el embudo grande (cono) del aparato descrito anteriormente. La placa debe ser plana en la base y tener suficiente rigidez con un espesor de 3/8” a ½” (10 a 13 mm).

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 Arena calibrada: La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. 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). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina (menor que 250m, N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica.

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 Balanza: Una balanza de capacidad mínima de 20Kg. con sensibilidad de 1.0g.

 Base metálica hueca para el cono.

 Cincel

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 Comba

 Cucharon y brocha

 Recipiente

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6. PROCEDIMIENTO. Se siguen los siguientes pasos 

Se pesa el embudo, y la arena contenida.

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Vamos a sacar la muestra de campo y colocamos la placa sobre la subrasante (terreno normal dentro de la universidad)



Se excava con ayuda del cincel y de la comba, en sección circular de la placa.

LA PROFUNDIDAD DE LA MUESTRA DEBE SER ENTRE 12 A 15 CM

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

La muestra se hecha sobre el recipiente con ayuda del cucharon



Sobre la placa, se coloca el embudo se abre la llave y se deja caer la arena que contiene sobre el espacio que quedo del excavado.

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

Luego del recipiente que contiene la muestra sacada se lleva a pesar.



Luego se pasa a ver el embudo que se dejó y se cierra la llave, la arena que salió se recoge y finalmente se pesa el embudo con la arena quedó en ella.

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7. CALCULOS Y RESULTADOS. Datos Obtenidos del Ensayo del Cono de Arena 1.- Peso de suelo húmedo + deposito

gr

2.- Peso de depósito solo 3.- Peso del suelo húmedo del hueco (1-2) 4.- Peso de la arena calibrada + el frasco

gr gr gr

5.- Peso de arena que queda en el frasco 6.- Peso de arena hueco + peso arena en el cono (4-5) 7.- Peso de arena en el cono + placa

gr gr gr

8.- Peso de arena hueco (6-7) 9.- Densidad de arena 10.- Volumen del hueco (8/9)

gr gr/cm3 cm3

11.- Peso de la Grava Retenido Tamiz 3/4" 12.- Peso Específico de la Grava 13.- Volumen Grava por Desplazamiento (11/12)

gr gr/cm3 cm3

14.- Peso del suelo (3-11) 15.- Volumen del suelo (10-13) 16.- Densidad de suelo húmedo (14/15)

gr gr/cm3 gr/cm3

17.- % Humedad del Suelo In Situ 18.- Densidad del Suelo Seco (16/(17+100))*100 19.- Máxima densidad determinada en la curva

gr gr/cm3 gr/cm3 %

20.- Porcentaje de compactación (18/19)*100

4245.00 702.00 3543.00 6820.00 2378.00 4442.00 1495.00 2947.00 1.33 2215.789 0.00 0.00 0.00 3543.00 2215.789 1.599 4.761 1.526 1.860 82.043

Contenido de Humedad

1.- Peso de Suelo Húmedo + Capsula 2.- Peso de Suelo Seco + Capsula

gr gr

1 111.315 107.189

3.- Peso del Agua (1-2) 4.- Peso de Capsula

gr gr

4.126 21.776

4.126 21.700

5.- Peso Suelo Seco (2-4) 6.- % de Humedad (3/5)*100

gr %

85.413 4.831

87.974 4.690

Contenido de humedad (%) promedio

4.761%

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2 113.800 109.674

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8. CONCLUSIONES. 



Este ensayo de laboratorio es muy interesante, puesto que por medio de él podemos conocer el grado de compactación de una capa de suelo en campo, es muy sencillo no necesita mucho tiempo (con excepción de esperar que se seque la muestra extraída del suelo). Se ha obtenido una densidad de suelo seco = 1.526 gr/cm3



el porcentaje de compactación es

bastante satisfactorio ya que se ha

alcanzado un grado de compactación de 82.043 %MDS lo cual está un poco distante al valor buscado 95%MDS que es el valor correspondiente que debe tener una capa de subrasante. 



El ensayo método del cono de arena fue bien realizado de acuerdo al procedimiento a seguir, aunque el valor no está dentro del rango es porque es tipo se suelo del terreno donde se realizó el ensayo no es para una subrasante. Se puede decir que se cumplieron todos los objetivos propuestos en el ensayo.

9. RECOMENDACIONES.

  



El manejo de los equipos debe ser lo más eficaz posible para obtener datos más precisos. Es necesario que la arena del equipo tenga una densidad y una gradación, uniforme para evitar la segregación durante la manipulación y uso. Se debe limpiar el espacio donde será el punto de ensayo y en el terreno se recomienda evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar un exceso de arena el agujero, puesto que esta no caería libremente sino inducida Calibrar bien la balanza para obtener pesos más exactos.

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