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UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN

INGENIERIA CIVIL

Mecánica de suelos Densidad in situ (cono de arena) INTEGRANTES:  CÓRDOVA LOPEZ GUIDO HELI

 ESTEVES RUBIO CESAR MOISÉS  MANALLAY MONTALVO JHONATAN  MEDINA TERRONES EDIN JACKSON  SANCHEZ CORONEL EDINSON ALDAIR  VARGAS CHAMAYA ESNAIDER  VASQUEZ SILVA YBILDER FIDEL  VENTURA BECERRA ELVIS ELADIO

 VENTURA CORREA MARCO ANTONIO  YAJAHUANCA GAYTAN JHON

INGENIERO: WILMER ROJAS PINTADO

MECANICA DE SUELOS

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Contenido I.PRESENTACIÓN ..................................................................................................................... 3 II. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 4 III.OBJETIVOS ........................................................................................................................... 5 3.1. OBJETIVOS GENERALES .......................................................................................... 5 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 5 IV.MARCO TEÓRICO................................................................................................................ 6 4.1. DENSIDAD IN SITU ....................................................................................................... 6 4.1.1. DEINICION. .............................................................................................................. 6 4.1.2. APLICACIÓN ........................................................................................................... 7 V. MARCO EXPERIMENTAL .................................................................................................. 8 5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU .......................................................................... 8 (MÉTODO DEL CONO DE ARENA) .................................................................................. 8 5.1.1. EQUIPOS ................................................................................................................. 8 5.1.2. PROCEDIMIENTO .................................................................................................. 9 5.1.3. CALCULOS............................................................................................................ 12 5.1.4. RESULTADOS ...................................................................................................... 13 VI.CONCLUSIONES ................................................................................................................ 14 VII.RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 15 VIII.ANEXOS ............................................................................................................................. 16 8.1PANEL FOTOGRAFICO ............................................................................................... 16

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I.PRESENTACIÓN No es nada ajena a nuestra realidad mencionar el gran avance que ha presentado en nuestros días, el rubro de la construcción. Y esto ha traído consigo la demanda de profesionales altamente capacitados de tal modo que las obras ejecutadas y a ejecutar sean pues de calidad y garantía para la población. Actualmente se construyen estructuras y superestructuras que traen un gran desarrollo, y que han enmarcado un logro tecnológico sumamente sofisticado. Requiriendo para ello análisis, diseños y proyecciones seguras, económicas y sobre todo eficientes. Para plasmar obras de gran y mediana envergadura hay que tener en cuenta el tipo del suelo en el que se va a construir. Por la influencia que tiene en una construcción el análisis del suelo en donde se va a materializar un diseño de una estructura, es fundamental el conocimiento de las características que presenta el suelo, con la finalidad de adecuar la estructura al tipo de suelo. Es muy importante realizar estos ensayos para tener en cuenta cual es la capacidad del suelo en donde se va a construir una obra, y para poder realizar un buen diseño de acuerdo a las características del suelo.

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II. INTRODUCCIÓN El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados. Este ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, 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. Los ensayos que desarrollaremos a continuación son: el contenido de humedad del suelo y la densidad natural in situ mediante el ensayo del cono de arena.

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III.OBJETIVOS 3.1. OBJETIVOS GENERALES

 Aprender el procedimiento para realizar el ensayo del cono de arena.  Determinar el contenido de humedad de la muestra del suelo y la densidad in situ, mediante el ensayo del cono de arena.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Determinar la densidad in situ del suelo por medio del método del cono de arena.  Determinar la densidad seca del suelo en el que se sacado la muestra.  Determinar el contenido de humedad del suelo en el que se ha hecho el ensayo.

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IV.MARCO TEÓRICO 4.1. DENSIDAD IN SITU 4.1.1. DEFINICIÓN. Densidad en el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad se define como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter poroso, conviene distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la del conjunto del suelo, incluyendo los huecos, por ello nos referiremos a dos tipos de densidad.

Densidad in situ nos permite conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, se realiza para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente. Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten obtener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra bien por el cono de arena o por el método del balón de densidad. En otros casos, se utilizan equipos nucleares. Se obtiene el peso del suelo húmedo retirado de una pequeña excavación de forma cilíndrica hecho sobre una superficie horizontal de suelo.

𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 =

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

Una vez calculada la densidad seca también nos permite calcular la densidad seca a través de la siguiente fórmula.

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𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝑆𝐸𝐶𝐴 =

INGENIERIA CIVIL 𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 𝑊% 1 + 100

4.1.2. APLICACIÓN El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones

en

cuanto

a

la

humedad

y

la

densidad.

En obra durante el trabajo de compactación de suelos, 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.

Este ensayo está basado en la norma ASTM D 1556 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

en

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.

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V. MARCO EXPERIMENTAL

5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU (MÉTODO DEL CONO DE ARENA)

5.1.1. EQUIPOS 

Balanzas: para pesar la muestra de suelo y el frasco con arena.



Envase plástico con cono.



Placa metálica.



comba



Cincel.



Cucharón.



brocha



2 taras.



Tamiz de 3/4”



1 Bolsas plástica



Arena calibrada.



Sartenes: servirán para secar la grava



Estufa: servirá secar la grava



Malla para pesar la grava sumergida.

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5.1.2. PROCEDIMIENTO

Para realizar el presente ensayo se seguirá los siguientes pasos: 

Se selecciona material pasante la N 10 y retenido la N20;

aproximadamente 10kg. Se lava para desaparecer los finos y se coloca al horno por 24 horas. Y luego dejar enfriar a temperatura ambiente. 

Calibrar el cono de arena ; en este caso la densidad es de 1.44 gr/𝑐𝑚3



Luego se pesa el frasco con el cono que está lleno de arena.



En este caso el peso del frasco



Luego se va a campo a realizar la prueba con todos los materiales

+ la arena = 8410 gr

necesarios para realizar este ensayo. 

Selección y Preparación del punto de extracción: Una vez seleccionado

el punto de extracción, se procede a limpiar el sitio escogido. 

Se instala la placa y se procede a ajustarla con clavos o sujetándola.

Esta placa no debe moverse durante la excavación. 

Se procede a excavar con el cincel y comba un hoyo de profundidad de

acuerdo al espesor de la capa. En nuestro caso se determinó una profundidad de 14.3 cm. 

El material extraído del hueco es depositado en un recipiente donde no

pierda humedad, para ello utilizamos bolsa plástica y con un cucharon sacaremos el suelo excavado y lo colocaremos en la bolsa. 

Se pesa el suelo de la bolsa en la balanza y se obtiene el peso del

suelo húmedo. Para ello primero se tara la bolsa. Para este caso: 

Peso de bolsa = 10 gr



Peso de bolsa + suelo húmedo = 5085 gr

Por lo tanto: Peso de suelo húmedo = 5085 gr - 10 gr Peso de suelo húmedo = 50755 gr 

Luego se ajusta la válvula del cono, se vuelca el equipo y se instala

sobre la placa. MECANICA DE SUELOS

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Luego se abre la llave y se deja caer la arena hasta que el hueco y el

cono se llenen. 

Se Cierra la válvula y se pesa el frasco después del ensayo con la

cantidad de arena que quedo en el recipiente. Para este caso: 

Peso de la arena que queda + frasco = 2585 gr



Luego el peso de arena en el embudo es = 1567 gr

Por lo tanto el peso de arena en el hueco es:

Peso arena en hueco = 5825 gr - 1567 gr Peso arena en hueco = 4258 gr

Podemos calcular el volumen del hueco: Densidad de la arena = 1.44 gr/cm3

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =

4258 𝑔𝑟 1.44 𝑔𝑟⁄𝑐𝑚3

𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒉𝒖𝒆𝒄𝒐 = 𝟐𝟗𝟓𝟔. 𝟗 𝒄𝒎𝟑 

Luego pasamos la muestra de suelo por el tamiz de ¾”. Después

de tamizar la muestra, secaremos utilizaremos taras horno que la muestra 

lo colocaremos al

este totalmente seca.( es un suelo fino)

Calculamos el peso neto del suelo

Peso neto de suelo = 5075 gr 

Calculamos el volumen del suelo

Volumen del hoyo = 2956.9 𝑐𝑚3 MECANICA DE SUELOS

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

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Calculamos la densidad del suelo húmedo

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 =

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 =

5075 𝑔𝑟 2956.9 𝑐𝑚3

𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 = 1.716 𝑔𝑟/𝑐𝑚3 

Luego para hallar el contenido de humedad:



Seleccionamos una porción de muestra húmeda que es 124.38 gr y se

colocó en el horno por 24 horas; dejo enfriar a temperatura ambiente y se pesó dando un peso de muestra seca de 114.09 gr.

𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =

124.38𝑔𝑟 − 109.89𝑔𝑟 ∗ 100 114.09 𝑔𝑟

𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 13.19

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5.1.3. CÁLCULOS Para el cálculo de datos obtenidos en laboratorio tendremos la siguientes formulas se aplicaran para llenar el cuadro que se verá a continuación y así llenar y hallar densidad seca.  PESO DE LA ARENA EMPLEADA (gr)= PESO DE LA ARENA + FRASCO (gr)- PESO DE LA ARENA REMANENTE + FRASCO (gr).  PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)= PESO DE LA ARENA EMPLEADA (gr)- PESO DE LA ARENA EN EL CONO Y PLACA (gr).  VOLUMEN DEL HOYO (cm3)= PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)/ DENSIDAD DE LA ARENA (gr/cm3).  DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3) /VOLUMEN DEL HOYO (cm3)  DENSIDAD SECA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3)/(1+ PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)/100)  PESO DEL AGUA (gr)= PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA + TARRO (gr)- PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO (gr)  PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)= PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO (gr)- PESO DEL TARRO (gr)  PORCENTAJE DE HUM. DE LA FRACCIÓN FINA (%)=PESO DEL AGUA (gr)/ PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)*100  PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)=(% DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL EXTRADIM.* % DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO(%)+% DE HUMEDAD DE LA FRACCIÓN FINA (%)*% DEL MATERIAL DE LA FRACCIÓN FINA (%) /)100

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5.1.4. RESULTADOS Habiéndose realizado la densidad de campo en laboratorio se obtuvieron datos que mediante cálculos se han logrado hallar los siguientes resultados.

DENSIDA DE CAMPO (METODO DE CONO DE ARENA) EDIFICACION

ESTRUCTURA :

P- 1

HOYO Nº

-

P ROGRESIVA

L-C

LA DO CONTROLA DO

14.300

P ROFUNDIDA D DEL HOYO DE P RUEB A (cm)

VOLUMEN DEL HOYO : 01

PESO DE LA ARENA + FRASCO

02

PESO DE LA ARENA REMANENTE + FRASCO

03

PESO DE LA ARENA EMPLEADA [ 01-02 ]

04

PESO DE LA ARENA EN EL CONO Y PLACA

05

PESO DE LA ARENA EN EL HOYO [ 03-04 ]

06

DENSIDAD DE LA ARENA

07

VOLUMEN DEL HOYO [ 05/06 ]

8410.0

(gr)

2585.0

(gr)

5825.0

(gr) (gr)

1567.0 4258.0

(gr) 3

(gr/cm )

1.44

(cm3)

2956.9

DENSIDAD SECA IN SITU DE LA MUESTRA TOTAL : 08

PESO MUESTRA EXTRAIDA DEL HOYO + RECIPIENTE

09

PESO DEL RECIPIENTE

10

PESO MUESTRA EXTRAIDA DEL HOYO [ 08-09 ]

11 12

5085.0

(gr)

10.0

(gr) (gr)

5075.0

DENSIDAD HÚMEDA IN SITU [ 10/07 ]

(gr/cm3)

1.716

DENSIDAD SECA IN SITU

(gr/cm3)

1.524

[11/(1+ (19/100)]

CONTENIDO DE HUMEDAD DE LA FRACCIÓN FINA (ASTM D-2216) 13

PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA + TARRO

(gr)

149.03

14

PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO

(gr)

15

PESO DEL AGUA

134.54 14.49

16

PESO DEL TARRO

17

PESO DE LA MUESTRA SECA

18

PORCENTAJE DE HUM. DE LA FRACCIÓN FINA [ 15/17* 100 ] (%)

13.19

19

PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL [ (27* 24+ 28* 25)/100 ] (%)

12.58

[ 13-14 ]

(gr)

24.65

(gr) [ 14-16 ]

109.9

(gr)

CORRECCIÓN DE LA DENSIDAD SECA Y CONTENIDO DE HUMEDAD (ASTM D-4718) : [ 22+ 23 ]

4507.8

20

PESO MUESTRA EXTRAIDA SECA

21

PESO DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO HÚMEDO

(gr)

22

PESO DEL MATERIAL EXTRADIM. SECO [ 21/(1+ (27/100)) ]

23

P. DEL MAT. FRACCIÓN FINA SECA [ (10-21)/(1+ 18/100) ]

24

% DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO

25

% DEL MATERIAL DE LA FRACCIÓN FINA

26

PESO ESPECÍFICO DEL MATERIAL EXTRADIM.

(ASTM C-127)

2.60

27

% DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL EXTRADIM.

(ASTM C-127)

28

% DE HUMEDAD DE LA FRACCIÓN FINA

1.00 13.19

29

DENSIDAD SECA FRACCIÓN FINA [12* 26* 25/(100* 26-12* 24)] (gr/cm )

(gr)

[ 22/20* 100 ]

(gr)

225.0 222.8

(gr)

4285.0

[ 23/20* 100 ]

[ = 18 ]

4.9

(%)

95.1

(%)

(%) 3

1.492

GRADO DE COMPACTACIÓN CORREGIDA : 3

30

MÁXIMA DENSIDAD SECA DE PROCTOR MODIFICADO

(gr/cm )

31

PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN [ 29/30* 100 ]

(%)

32

ACEPTABILIDAD (A) O RECHAZO ` (R) DE LA COMPACTACIÓN

1.850 81 R

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL COMPACTADO % M ÍNIM O DE COM P A CTA CIÓN ESP ECIFICA DO : M ÉTODO DE COM P A CA CIÓN (A STM D-1557) : ÓP TIM O CONTENIDO DE HUM EDA D (%) :

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95%-98%

CLA SIFICA CIÓN S.U.C.S :

LÍM ITE LÍQUIDO (%) :

C

CLA SIFICA CIÓN A .A .S.H.T.O :

ÍNDICE DE P LA STICIDA D (%) :

16.44

P ESO ESP ECÍFICO GRA VA :

P A SA M A LLA Nº 200 (%) :

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VI.CONCLUSIONES

Al finalizar la presente práctica de laboratorio el grupo concluye:  Al calcular la densidad in situ mediante el método del cono de arena nos damos cuenta que obtenemos resultados precisos, y de una forma rápida,

constituyendo

este

el

método

más

empleado

para

determinar la densidad de un suelo en obra.  .se logró aprender el procedimiento para realizar

el ensayo del

cono de arena, permitiéndonos determinar la densidad que tenía el suelo en ese instante.  Este ensayo es de mucha importancia y de mucho uso en lo que respecta al campo de carreteras, ya que

sirve parar medir el

grado de compactación del suelo, sobre el cual va a ir la capa de rodadura.

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VII.RECOMENDACIONES Con la finalidad de mejorar posteriores ensayos en laboratorio se recomienda:  Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o de un solo tamaño para evitar problemas de segregación, de modo que con las condiciones de vaciado pueda lograrse la misma densidad, del suelo que se ensaya.  En el momento de ensayo en terreno, se debe evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar introducir un exceso de arena en el agujero.  Que los pasos que se deben realizar para cada ensayo deben ser inalterables, caso contrario los resultados que se obtengan no serán los verdaderos, lo cual se vería reflejado en el momento de realizar procesos constructivos.  Que los instrumentos utilizados en los diferentes ensayos deberán estar

correctamente

calibrados, para

poder

obtener

mediadas

exactas.  Que en

el momento de realizar las medidas o pesadas del

material se debe tener la mayor precisión posible, además de manejar los equipos con mucho cuidado.

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VIII. ANEXOS 8.1PANEL FOTOGRÁFICO Ilustración 1: Colocamos la placa y perforamos el suelo

Ilustración 2: Colocamos arena con densidad conocida

Ilustración 3: equipos utilizados

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