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PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE DENSIDADES DEL SUELO EN EL TERRENO METODO CONO DE ARENA CÓDIGO: OPER-IN-004

Revisión

Fecha

Descripción

01

09-07-12

Emisión Inicial

Elaboró César Meza

Revisó Nader Rodríguez

Aprobó Ernesto Combariza

Ingeniero QA/QC

Ing. Residente General

Director de Obra

Código: OPER-IN-004

PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE DENSIDADES DEL SUELO EN EL TERRENO. METODO CONO DE ARENA

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1. OBJETO Este método de ensayo se usa para determinar, en el sitio, la densidad o la masa unitaria de los suelos con el equipo de cono de arena. El método sirve para los suelos que no contiene cantidades apreciables de rocas o de material grueso de tamaño superior a 38mm (1½”) de diámetro. 2. ALCANCE Este procedimiento aplica para todas las obras con rellenos compactados. 3. DEFINICIONES N/A

4. RESPONSABILIDADES 4.1.Ingeniero Residente -Supervisar la correcta ejecución de las actividades de obra, según lo establecido en el presente procedimiento. -Detener los trabajos en el evento en el cual se presente alguna inconsistencia respecto al desarrollo de las actividades. -Coordinar los medios humanos y equipos puestos a su alcance, para la ejecución de los trabajos.

4.2. Ingeniero QA/QC -Verificar la correcta ejecución de la actividad de acuerdo al procedimiento. -Verificar y registrar los resultados del ensayo en los respectivos formatos. - Analizar los resultados.

4.3 Ingeniero HSE -Realizar el análisis de riesgos de la actividad. -Verificar la utilización de EPP durante la actividad. -Seguimiento de los aspectos HSE de la actividad. -Socializar los procedimientos de seguridad pertinentes para el trabajo.

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5. EQUIPO Y MATERIALES 5.1 CONO DE ARENA. Consta de lo siguiente: 5.1.1 UN FRASCO – U otro recipiente que se puede instalar para contener arena, con una capacidad de volumen superior al necesario para llenar el hueco de ensayo y el cono grande apoyado en la platina de base durante el ensayo. Puede ser de aproximadamente 4 Litros (1 galón). 5.1.2 UN DISPOSITIVO DESARMABLE – Un dispositivo ajustable que consiste en una válvula cilíndrica con un orificio de 13 mm (½") de diámetro, instalada en los extremos de los conos o embudos metálicos. En el extremo superior un pequeño embudo que continúa hasta la tapa de frasco, de tamaño normal y en el otro extremo un embudo mayor. La válvula tendrá topes para evitar su rotación cuando esté en posición de completamente abierta o de completamente cerrada. El dispositivo se construirá con metal suficientemente rígido para evitar la distorsión o cambio de volumen del cono grande. Las paredes del cono grande formarán un ángulo de aproximadamente de 60° con la base, para que se llene con arena en forma uniforme. 5.1.3 UNA PLACA DE BASE – Un plato o placa de metal con un orificio central con una pestaña moldeada o maquinada, para recibir el embudo grande (cono) del dispositivo descrito en le numeral 4.1.2. El plato de base puede ser redondo o cuadrado y tendrá como mínimo 75 mm (3”) más largo que el embudo (cono de arena). La placa será plana en el fondo y tendrá suficiente espesor o rigidez para que sea firme. Se pueden usar platos con bordes levantados, lomos u otros refuerzos de aproximadamente 10 a 13mm (3/8” a 1/2”) de altura. 5.1.4 Los detalles del aparato, tal como se muestran en la Figura 1, representan las dimensiones mínimas adecuadas para ensayar suelos con partículas de tamaño máximo aproximado 38mm (1½”) y un volumen del hueco de aproximadamente 2830 cm 3 (0.1 ft3) Cuando el material que se va a ensayar contenga pequeñas cantidades de sobretamaños y partículas aisladas de gran tamaño, se debe cambiar el sitio de ensayo. Se necesitan aparatos y volúmenes de hueco más grandes cuando prevalecen partículas superiores a 38mm (1½”). El aparato descrito aquí representa un diseño que ha demostrado ser satisfactorio. Otros aparatos de mayor tamaño u otros diseños con proporciones similares se comportarán igualmente bien en tanto que se observen los principios básicos para la determinación del volumen de la arena. La placa de base mostrada en la Figura 1 es requerida para la calibración y ensayo. 5.2 ARENA – La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, tener una densidad y gradación uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Se puede usar una gradación que tenga un coeficiente de uniformidad (D60 /D 10) inferior a 2, un tamaño máximo de partículas menor a

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2.0mm (No.10) y menos del 3% en peso que pase 250 μm, (No.60). Es necesario que la arena tenga una densidad y gradación, uniforme para evitar la segregación durante la manipulación, almacenamiento y el uso. Se requiere arena sin finos y sin partículas finas de arena para evitar cambios significativos de su densidad por las variaciones diarias normales de humedad atmosférica. Es deseable usar arena formada por partículas durables, naturales y de forma redondeada para favorecer que fluya libremente. Es posible que la arena triturada o arena que tenga partículas angulares, no fluya libremente y pueda crear puentes dando como resultado la determinación inexacta de la densidad. Al seleccionar una arena para ser usada, se debe determinar su gradación y su densidad para cada bulto o saco de arena. Para que la arena sea aceptable, la variación de densidad, entre cualquier determinación, no deberá superar el 1% del promedio. Antes de usar una arena, se deberá secar y luego se deja en reposo hasta que obtenga la condición de "seca al aire", en la zona en que va a ser usada. La arena no se debe reutilizar sin antes remover cualquier material contaminante, sin verificar la gradación, sin secar y sin determinar nuevamente su densidad. Además, se deberá verificar la densidad en períodos no mayores de 14 días, siempre después de un cambio importante de la humedad atmosférica, antes de volver a usarla y antes de usar un nuevo lote obtenido de un proveedor previamente aprobado. 5.3 BALANZA – Una balanza de capacidad de 20 Kg. y sensibilidad de 5 g como mínimo. La balanza con capacidad mínima de 20 Kg. es adecuada si se utiliza el equipo indicado en la Figura 1 5.4 EQUIPO PARA EL SECADO – Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad. 5.5 EQUIPO MISCELÁNEO – Una pica pequeña, cinceles, destornillador o cucharas para excavar el hueco de ensayo, puntillas grandes o estacas para asegurar la placa de base, recipientes con tapa, canecas con tapa, sacos de lona forrados con plástico u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras para densidad y humedad, y densidad de la arena respectivamente, pequeña brocha de pintura, calculadora, cuaderno y formato de ensayo, etc.

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Fig. 1 aparato para el método del cono de arena

6. PROCEDIMIENTO 6.1 Se selecciona un sitio representativo del área de prueba y se determina la densidad del suelo in situ, de la siguiente manera: 6.1.1 Se inspecciona el aparato de cono para verificar que no tenga daños, que la válvula gire libremente y que el plato de base este bien apoyado. Se llena el aparato con la arena acondicionada para la cual se ha determinado la densidad y la constante del cono. Se determina la masa total. 6.1.2 Se prepara la superficie del sitio de ensayo para que forme un plano nivelado. Se puede usar la placa de base como herramienta para nivelar la superficie. 6.1.3 Se coloca la placa de base sobre la superficie plana, verificando que este en contacto con la superficie del suelo alrededor del orificio flanqueado central de la placa. Se marca el contorno de la placa para controlar el movimiento durante el ensayo y, si fuera necesario, se asegura la placa con puntillas enterradas en el perímetro de la placa, o por otro medio, pero sin perturbar el suelo que se va a ensayar. 6.1.4 Cuando no se pueda nivelar el suelo, o cuando queden vacíos en la superficie, se debe hacer un ensayo preliminar para determinar el volumen limitado horizontalmente por el cono grande, la placa y la superficie del terreno. Se llena el espacio con arena del aparto, se determina la masa que se usa para llenar este espacio, se vuelve a llenar el aparato y se determina nuevamente la masa

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inicial del aparato y de la arena antes de continuar con el ensayo. Cuando se completen estas ediciones, se retira cuidadosamente la arena de la superficie preparad. 6.1.5 El volumen del hueco de ensayo depende del tamaño máximo del las partículas del suelo que se ensaya. Los volúmenes del hueco de ensayo deben ser tan grandes como sea practico para reducir errores y no deberá ser inferior a los indicados en la Tabla 1. Se selecciona una profundidad del hueco de tal manera que permita una muestra representativa del suelo. Para control de construcción, la profundidad del hueco debe ser aproximada al espesor de una o más capas compactadas. El procedimiento para calibrar la arena debe reflejar esta profundidad del hueco. Tabla 1. Volúmenes mínimos del hueco de ensayo, de acuerdo con el tamaño máximo de las partículas del suelo a ensayar

6.1.6 Se excava el hueco de ensayo a través del orificio central de la placa de base, teniendo cuidado para no alterar o deformar el suelo alrededor del hueco. Los lados del hueco deberán tener un leve declive hacia dentro y el fondo deberá ser razonablemente plano o cóncavo. El hueco debe quedar tan libre como sea posible de oquedades, partículas sobresalientes y cortes agudos, puesto que pueden afectar la exactitud del ensayo. Se coloca todo el material excavado y cualquier material que se haya aflojado al excavar, en un recipiente hermético, marcado con el número de ensayo para identificación. Se debe tener cuidado de no perder material. Se protege este material contra la pérdida de humedad hasta que se determine la masa y se obtenga una muestra para determinar humedad, de tamaño acorde con los mínimos indicado en la Tabla 2. Tabla 2. Cantidades mínimas de muestra para determinación de humedad.

6.1.7 Se limpia la pestaña del orificio de la placa de base, se invierte el aparato de cono de arena y se coloca el embudo del cono de arena en el orificio flanqueado, en la misma posición marcada durante la calibración. Se eliminan o reducen al mínimo las vibraciones causadas por el personal o

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los equipos en el área de ensayo. Se abre la válvula y se deja que la arena llene el hueco, el embudo y la placa de base. Es necesario tener cuidado para evitar que el aparato se mueva o vibre cuando la arena está fluyendo. Cuando la arena deja de fluir, se cierra la válvula. 6.1.8 Se determina la masa del aparato con la arena restante, se registra y se calcula la masa de la arena utilizada. 6.1.9 Se determina y se registra la masa húmeda del material que se retiró del hueco de ensayo. Cuando sea necesario corregir por sobre-tamaños del material, se determina la masa del material retenido en un tamiz apropiado y se registra. Se debe tener cuidado de evitar que se pierda humedad. Cuando sea necesario, se hacen correcciones por sobre tamaño, de acuerdo con la norma INV E – 228. 6.1.10 Se mezcla completamente el material y se obtiene, una muestra representativa para determinar el contenido de humedad, Tabla 2, o se usa toda la muestra. 6.1.11 Se determina el contenido de humedad de acuerdo con las normas INV E – 122, INV E – 135 e INV E – 150 y se correlaciona con la norma INV E – 122 cuando otros métodos de ensayo lo requieran. 6.1.12 Las muestras para contenido de humedad deben ser suficientemente grandes y seleccionadas de tal manera que representen todo el material extraído del hueco de ensayo.

7. CÁLCULOS 7.1 Los cálculos indicado son para la masa en gramos y los volúmenes en centímetros cúbicos. Se calcula el volumen del hueco de ensayo, de la siguiente manera:

Dónde: V = volumen del hueco de ensayo, en cm3, M1 = masa de la arena que se utilizó para llenar el hueco, el embudo y la placa de base, en g, M2 = masa de la arena que se utilizó para llenar conjunto embudo y placa de base (constante del cono), g, y d1 = densidad de la arena, g/cm3.

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7.2 Se calcula la masa seca del material removido del hueco de ensayo, de la siguiente manera:

Dónde: M4 = masa seca del material removido del hueco de ensayo, en g, M3 = masa húmeda del material removido del hueco de ensayo, g, y w =contenido de humedad del material removido del hueco de ensayo, en %. La humedad se debe calcular con aproximación a 0.1% 7.3 Se calcula la densidad seca y húmeda del material en el terreno de ensayo, de la siguiente forma:

Dónde: dm = densidad húmeda del material de ensayo, o su masa unitaria húmeda, g/cm3, dd = densidad seca del material de ensayo, o su masa unitaria seca, g/cm3 , M3 = masa húmeda del material removido del hueco de ensayo, g, M4 = masa seca del material removido del hueco de ensayo, g, y V = volumen del hueco de ensayo, en cm3. La densidad del material in situ se debe con aproximación a 0.1 g/cm3. 7.4 Podría ser deseable expresar la densidad en el terreno como un porcentaje de alguna otra densidad, como por ejemplo de la densidad máxima de laboratorio determinada de acuerdo con uno de los métodos de ensayo para relaciones de humedad-densidad de suelos, normas INV E – 141 ó INV E – 142. Esta relación se determina dividiendo la densidad seca en el terreno por la densidad máxima y resultado se multiplica por 100. Las correcciones por sobretamaños se hacen de acuerdo con la norma INV E – 228. 8. INFORME El informe debe incluir, como mínimo, lo siguiente:

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8.1 Localización del ensayo (abscisa), cota, espesor de la capa ensayada y otros datos pertinentes para ubicar e identificar el ensayo. 8.2 El volumen del hueco de ensayo, en cm3. 8.3 La densidad húmeda en el terreno, m d en g/cm3. 8.4 La densidad seca en el terreno, d d en g/cm³. 8.5 Contenido de humedad del suelo en el terreno, expresada como un porcentaje de la masa seca y el método utilizado. 8.6 La identificación de los aparatos de cono utilizados y sus respectivas constantes del cono para la arena empleada. 8.7 La densidad de la arena utilizada, 1 d en g/cm3. 8.8 Descripción visual del suelo o designación del material. 8.9 Masa y porcentaje de sobre tamaños y el tamiz utilizado para su separación, si este se usó. 8.10 Observaciones sobre el ensayo, si da a lugar. 8.11 Si se expresa la densidad seca en el terreno como porcentaje de otro valor, se incluye lo siguiente: 8.11.1 El método de laboratorio utilizado para determinar la densidad máxima de referencia. 8.11.2 La densidad seca de referencia. 8.11.3 La corrección por sobretamaños del material y sus detalles, si fuera el caso. 8.11.4 El porcentaje de densidad seca en el terreno y el valor de comparación. 8.11.5 Si la densidad o la humedad en el terreno se usan como criterio de aceptación, se incluye el criterio aplicado al ensayo.

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9. PRECISIÓN Y TOLERANCIAS 9.1 Precisión – Debido a la naturaleza del suelo o de los materiales rocosos que se ensayan con el método, no es factible o es muy costoso producir, múltiples muestras con propiedades físicas uniformes. Cualquier variación observada en los datos, probablemente se deba a las variaciones de la muestra, del operador o al laboratorio que hace el ensayo. 9.2 Tolerancia – No hay valor de referencia aceptado para este método, por lo tanto no es posible determinar la desviación. 9.3 Con los datos disponibles se estima que los resultados de dos ensayos ejecutados adecuadamente por un operador hábil, al mismo material, en el mismo tiempo y lugar, no deberán diferir en más de aproximadamente 3.2 kg/m3. Se espera que ensayos ejecutados por operadores inexpertos presenten diferencias bastante mayores. 10. CRITERIOS A APLICAR Y NORMATIVA    

ASTM D 1556 – 00 AASHTO T 191 – 02 (2004) NTC 1667 I.N.V. E – 161 – 07

11. REGISTROS LCI-OPER-FO-004: FORMATO REPORTE DIARIO DE OBRA LCI-OPER-FO-013: DENSIDAD EN EL TERRENO, METODO DEL CONO Y ARENA.