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• Jhonathan Fernandez Torres

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UNIVERSIDAD NACIONAL

JORGE BASADRE GROHMANN FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, ARQUITECTURA Y GEOTECNIA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA-GEOTECNIA

MECANICA DE SUELOS DENSIDAD IN SITU – METODO DEL CONO Y ARENA RESPONSABLE

:

ING. PRINCIPE TACORA VILLEGAS

ALUMNO

:

JHONATHAN FERNANDEZ TORRES

CODIGO

:

2012-37011

TACNA – PERU

TITULO DEL INFORME ENSAYO DENSIDAD IN SITU – METODO DEL CONO Y ARENA

REFERENCIAS NORMATIVAS ASTM D1556

MTC E 117 – 2000

NTP 339.143

RESUMEN Se cava a mano un orifico de prueba cerca del laboratorio, todo el material extraído del orificio es recuperado en un contenedor. Se llena el orificio con arena de densidad conocida en caída libre y se determina el volumen. La densidad húmeda del suelo in situ se determina dividendo la masa humedad del material removido entre el volumen del orificio. Se determina el contenido de humedad del material del orificio y se calcula la masa seca del material y la densidad seca del lugar, utilizando la masa húmeda del suelo, el contenido de humedad y el volumen del orificio.

INTRODUCCION El suelo es el material de construcción más antiguo del mundo, generalmente toda obra civil se encuentra sobre el suelo, es por esto que el estudio de su comportamiento bajo la acción de diferentes factores, tanto internos como externos es vital. Uno de estos factores tiene que ver con el grado de compactación en el que se encuentra el suelo, ya que con esto, se puede determinar el valor del asentamiento debido a los esfuerzos, tanto interno como externo; entre otros. Es por eso que se realizan diversos ensayos para esto; una de ellas es el ensayo para la determinación de la densidad del suelo de campo usando el cono de arena, que se describirá detalladamente en el presente informe. Con los datos obtenidos en este ensayo se compararán con los datos obtenidos en la prueba PROCTOR para compactación, así se puede interpretar que tan compacto está el suelo y cuanto más hay que compactar para realizar una construcción en este suelo procurando evitar asentamientos mínimos. A continuación se explicará el proceso realizado, así como los cálculos y resultados obtenidos del suelo ensayado, tratando de entender y analizar dichos resultados para su interpretación, abocando los conocimientos adquiridos en posteriores trabajos.

1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL  Determinar la densidad del suelo en campo 2. FUNDAMENTO TEORICO El peso unitario (y) es el peso del suelo por unidad de volumen: 𝛾=

𝑊 𝑉

El peso unitario se expresa en kilonewtons por metro cúbico (kN/m3). Ya que el newton es una unidad derivada, a veces puede ser conveniente trabajar con densidades (r) de suelo. La unidad de densidad SI es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Podemos escribir las ecuaciones de densidad como: 𝜌=

𝑚 𝑉

𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜𝑠 𝑘𝑔/𝑚3 𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑘𝑔) 𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚3 ) (Braja, 2015) Orificio de la prueba. - Los volúmenes del orificio de prueba serán tan grandes como para que sean prácticos y minimicen los errores, y en ningún caso serán más pequeños que los volúmenes indicados en la tabla 1 para el tamaño máximo de la partícula del suelo removido del orificio de prueba. Los lados del orificio deben inclinarse levemente hacia adentro, y la parte central debe ser razonablemente plana o cóncava. El orificio de be mantenerse lo más libre posible de vacíos, salientes y obstrucciones filudas ya que esto afectara la exactitud de la prueba. Los suelos que

son esencialmente granulares requieren extremo cuidado y también requieren que se cave un orificio de prueba de forma cónica. (NTP 339.143, 1999)

TABLA 1.- Volúmenes Mínimos del Orificio de Ensayo Basados en el Tamaño Máximo de la Partícula. 3. IMPORTANCIAS Y USOS  Se utiliza para determinar la densidad de suelos compactados que se encuentran en el lugar durante la construcción de terraplenes de tierra, capas de rodaduras y obras de contención, siempre y cuando este método se utilice como una base de aceptación para suelos compactados para una densidad especifica o el porcentaje de una densidad máxima determinado por un método de ensayo. (NTP 339.143, 1999)  Este método de ensayo puede utilizarse para determinar la densidad in situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezclas u otros materiales similares. (NTP 339.143, 1999)  Este método de ensayo se limita a los suelos en condición no saturada. Este método de ensayo no es recomendable para suelos blandos o desmenuzables (que se desmoronan fácilmente), ni tampoco para suelos en condición húmeda tal como aquellos sometidos a filtraciones de agua dentro del orificio excavado a mano. (NTP 339.143, 1999) 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SUELO 4.1. Ventajas:  El material de arena de Ottawa utilizada para hallar el volumen, este material es recuperable en comparación con otros materiales como cera, aceite viscoso, etc. 4.2. Desventajas:  Este ensayo no es recomendable para suelos blandos o que se desmoronan fácilmente, ni suelos saturados.



Al momento de realizar el ensayo no puede producirse ni una vibración, para esto debería paralizarse la obra (equipos pesados) lo cual sería una pérdida de tiempo, ni caminar cerca del orificio.

5. EQUIPO Y METODOLOGIA 5.1. EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO 5.1.1. Equipos del ensayo para el Peso Específico del Agregado Gruesos:  Balanza  Cono de Arena  Placa base  Comba  Cincel  Taras  Brocha  Cucharon  Bandeja 5.2. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO  Antes de ir a campo se pesó el recipiente del aparato de cono de arena lleno para obtener su peso y también se pesó la bandeja. Ver figura 1 y 2.  Se procedió al terreno y se excavo un agujero aproximadamente entre 10 a 15 cm de altura con la ayuda de la comba, cincel y la placa base. Y el material de suelo excavado poco a poco se colocó en la bandeja hasta lograr la altura requerida. Ver figura 3.  Con la ayuda de una brocha se procedió a limpiar el hueco, el material de suelo excavado y el material suelto que se encontraba en la placa base se colocó en una bandeja para su posterior pesado. Ver figura 4.  Una vez limpio el orificio y con la válvula cerrada, se volteo boca abajo el aparato del cono de arena sobre la placa y abrimos la válvula. Cuando la arena ceso de caer en el agujero se cerró la válvula y se levantó en conjunto. Ver figura 5.  Luego el aparato con la arena remanente y la bandeja con el material del suelo húmedo se llevó al laboratorio para su pesado. Ver figura 6, 7 y 8.  Una vez pesado el material húmedo que se extrajo del orificio se mezcló cuidadosamente y se obtuvo un espécimen representativo para determinar el contenido de humedad.  Para esto se utilizó dos taras y se siguió los métodos de ensayo de ASTM D 2216, MTC E 108-2000, NTP 339.127. Ver figura 9, 10 y 11.



Finalmente se recuperó la arena de ensayo dentro del hoyo y se trató de reacondicionarla para poder volver a utilizar en otro ensayo de densidad. Ver figura 13.

Las figuras del procedimiento se observan en el Anexo 1 6. CALCULO, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 6.1. CALCULO. – Para realizar los cálculos de la densidad in situ necesitamos de la densidad de la arena calibrada calculada en el ensayo anterior. De ahí se realizará los siguientes cálculos: 1ero. Volumen del hoyo:

𝑉=

𝑤1 𝜌𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑦𝑜, 𝑐𝑚3 . 𝑤1 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑦𝑜, 𝑔𝑟. 𝜌𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑎, 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 . 2do. Densidad humedad del campo 𝜌ℎ =

𝑤2 𝑉

𝜌ℎ = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜. 𝑤2 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑜 3ro. Contenido de humedad 𝜔=

𝑤𝑤 𝑤𝑠

𝜔 = 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑. %. 𝑤𝑤 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎, 𝑔𝑟. 𝑤𝑠 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎, 𝑔𝑟. 4to. Densidad seca in situ 𝜌𝑠 =

𝜌ℎ 𝜔𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 1+ 100

𝜌𝑠 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑡𝑢, 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 .

Los datos del procedimiento y resultados de los cálculos se observan en el Anexo 2. 6.2. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS. –  El volumen del hoyo es de 3444.13 cm3 dato que hubiese aumentado si no se tomaba en cuenta la masa ocupada por el volumen dela placa base calculada en el ensayo anterior.  Su contenido de humedad promedio es de 4.88%, relativamente alto por ser un suelo areno limoso en comparación con otros suelos más gruesos y también porque el orifico excavado se encontraba cerca de material orgánico (plantas).  El volumen del orificio es de 3444.13 cm3 utilizando la arena de Ottawa, si hubiésemos utilizado otro material como parafina, cera, aceite altamente viscoso, gravilla o bolitas de vidrio el volumen hubiese variado posiblemente, se tendría que realizar un ensayo con estos materiales en el mismo hoyo.  El volumen 3444.13 cm3 obtenido no es exacto porque el área excavada del orificio no es uniforme, con un suelo compactado el resultado sería más exacto.  La densidad seca in situ es de 1.40 gr/cm3 ,el grado de compactación dependerá de la obra ingenieril a realizarse que por lo general es de 95%, entonces la densidad máxima se obtendrá dividiendo estos dos datos obtendremos la densidad máxima 1.48 gr/cm3, este dato se podría verificar en el laboratorio realizando el ensayo del proctor. 7. CONCLUSIONES  La densidad seca in situ 1.40 gr/cm3.  La densidad del suelo húmedo es 1.47 gr/cm3.  Las limitaciones de este método son muchas, entre ellas está la uniformidad y el tipo de arena a usar. 8. RECOMENDACIONES  Antes de colocar la placa base sobre el sitio, es importante asegurar que la superficie de la zona de excavación sea plana y lisa. (Bowles, 1981)  Elimine o minimice en el área del ensayo las vibraciones que pueda causar el personal que realiza la prueba o el equipo que se utiliza. (NTP 339.143, 1999)  El suelo excavado u otro material del suelo que se haya soltado durante la excavación se recomienda ponerlo en un contenedor hermético que este marcado para identificar el número de prueba y la perdida de humedad.  En suelos en que predominan las partículas gruesas es recomendable determinar la humedad sobre el total del material extraído.



Se recomienda realizar este ensayo en suelo relativamente compactados y que no sean suelos de baja plasticidad.

9. BIBLIOGRAFIA  American Society for Testing and Materials ASTM D 1556  Norma Técnica Peruana NTP 339.143  Manual de Ensayos de Materiales para Carreteras E 2000 MTC 117.  J. Bowles. (1981), Manual De Laboratorio De Suelos En Ingeniería Civil (Pág. 8993). (México): Mc GRAW-HILL.  Braja Das. (2015), Fundamento de Ingeniería Geotecnia e Edición (Pág. 51,52). (México): CENGAGE LEARNING EDITORES. 10. ANEXO 10.1. Anexo 1.-

Fig. 1.- Pesado del balón más la arena

Fig. 2.- Pesado de la bandeja vacía

Fig. 3.- Excavado del orificio, colocando el material del suelo en la bandeja.

Fig. 4.- Con una brocha se limpió el orificio y ese material se colocó en la bandeja.

Fig. 5.- El aparato de cono de arena se colocó en la placa base.

Fig. 6.- Aparato con la arena remanente y la bandeja con el material húmedo.

Fig. 7.- Pesado del aparato con la arena remanente.

Fig. 8.- Pesado de la bandeja con el material de suelo extraído del orificio

Fig. 9.- Pesado de la tara.

Fig. 10.- Pesado de la tara más la muestra de suelo húmeda.

Fig. 11.- Secado de la muestra húmeda con la estufa eléctrica.

Fig. 13.- Recuperación y reacondicionamiento de la arena calibrada 10.2. Anexo 2.-

Fig. 12.- Pesado de la muestra seca más la tara.