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UNIVERSIDAD NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ENSAYO “CONO DE ARENA” Curso: Mecánica de Suelos II Docente: Ing. Maribel Sanomamani Cati Presentado por:       

ARAPA SACACA YAMILETH ARASELY CHOQUE PARARI CESAR AUGUSTO CHOQUEHUAYTA QUISPE FREDY ROMAN VILCA VILCA RENZO JUNIOR YANA QUISPE ALEXANDER FREDY PAYEHUANCA CHUQUIMALLCO CARLOS MARTIR VIZA AROQUIPA JHON FREDY

Semestre: VI “C” JULIACA - PERÚ

2016

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ÍNDICE I.INTRODUCCION

PAG.3

II. NORMATIVAS

PAG.4

III.OBJETIVOS

PAG.4

IV.MARCO TEORICO

PAG.5

V. EQUIPOS Y MATERIALES

PAG.12

VI.PROCEDIMIENTO

PAG.17

VII.CALCULOS

PAG.22

XI.CONCLUSIONES

PAG.25

XII.RECOMENDACIONES

PAG.26

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I. INTRODUCCION:

El ensayo de densidad IN SITU por el método del CONO DE ARENA permite obtener la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los resultados obtenidos en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado, y así poder determinar la calidad del suelo donde se vayan o se están ejecutando proyectos de ingeniería. Este método es el más utilizado para determinar la Densidad del Terreno que es el Método del Cono de Arena, este método es descrito en el siguiente informe, y se basa en la relación hecha entre el Peso del Suelo Húmedo (sacado de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada) con el volumen del dicho agujero. Para luego proceder a calcular el peso unitario seco.

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II. REFERENCIAS NORMATIVAS:  ASTM D 1556 – 07 (standard Test Method for Density and Unit Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method)  AASHTO T 191 (Density In-Place By The Sand Cone Method)

III. OBJETIVO:  OBJETIVO GENERAL  Determinar el estado de densidad de un suelo no cohesivo con respecto a

sus densidades máximas, mínimas y densidad natural para obtener la capacidad portante de un suelo no cohesivo.

 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Comprobar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo realizado.

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IV.

MARCO TEORICO :

CONO DE ARENA: 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. La densidad relativa.- Es una propiedad índice de estado de los suelos que se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad de partículas menores que 0.074 mm. (Malla # 200). La densidad relativa indica el grado de compactación del material y se emplea tanto en suelos naturales como en rellenos compactados. Según la norma, el porcentaje de finos no debe sobrepasar un 12% para que la densidad relativa sea aplicable. Para mayores contenidos de finos se utiliza por tanto el ensayo de compactación. La razón de esta limitación reside en la ineficacia del procedimiento de vibrado utilizado en la determinación de la densidad máxima. En casos límites, se recomienda realizar, tanto el ensayo de densidad relativa como el de compactación, cuando el porcentaje de finos se encuentra entre 10 y 12%, conservando los resultados del mejor de ellos. Hay que hacer notar que el ensayo de densidad relativa puede ser válido en suelos que superan el contenido de finos indicado cuando éstos no poseen plasticidad alguna, como es el caso de algunos materiales de relaves (residuos de la lixiviación de minerales, por ejemplo, de cobre) y finos tales como el polvo de roca.

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La densidad relativa Tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de roce interno y la resistencia a la penetración de cuchara normal. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en la densidad relativa. Existen sin embargo dificultades para determinar la densidad relativa en suelos granulares de grandes tamaños. Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, la densidad relativa adquiere importancia porque permitiría reproducir esta condición de estado en el laboratorio.

DENSIDAD MÁXIMA Y MÍNIMA Su finalidad es determinar las densidades secas máxima y mínima de Suelos no cohesivos, no cementados, de tamaño máximo nominal hasta 80mm. , que contengan hasta un 12 % en masa de partículas menores que0,08 mm. Y un IP igual o menor que 5.El método se aplica ya que en esta clase de suelos, estén secos o Saturados, la compactación por impacto no produce una curva bien Definida de relación humedad - densidad. Karl Terzaghi expresó el grado de compacidad de estos suelos en Términos de la densidad relativa también de nominado índice de densidad (ID), la cual se encuentra en función de las densidad es máxima y mínima obtenidas en laboratorio.

TAMICES Las mallas o tamices se utilizan generalmente tamaño de partículas mayores que aproximadamente 50 micras (0,050 mm). Cada malla o tamiz es representado por un número que indica la cantidad de hilos cruzados por cada pulgada cuadrada, por ejemplo: la malla número 8 tiene 8 hilos verticales 8 hilos horizontales formando una cuadrícula por cada pulgada cuadrada.

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Las granulometrías de los medios granulares utilizados en el tratamiento de agua se expresan en dos cifras, por ejemplo un carbón activado de malla o granulometría 8 x 30 y quiere decir que es un rango de partículas que pasan por la malla número 8 (2.38 mm) y retenidas en la malla número 30 . Lo que indica que la granulometría o el rango de partículas es de 2.38 mm hasta 0.595 mm. OTROS MÉTODOS PARA HALLAR LA DENSIDAD 1.-DENSÍMETRO NUCLEAR Norma ASTM D 2922 Y D 3017 IMAGEN N° 1

FUENTE: RENZO VILCA

EL OBJETIVO Determinar la humedad y la densidad seca de los suelos en el campo mediante métodos nucleares sin tener que recurrir a intervención física. EQUIPO El quipo utilizado para este ensayo, determina la densidad mediante la trasmisión, directa de los rayos gama. Densímetro es un instrumento portátil que contiene todos los módulos electrónicos, conjuntos de baterías recargables, detectores y fuentes radiactivas.

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FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO El densímetro tiene dos modos de operación el modo de trasmisión directa (la varilla con la fuente de perforando el material) y el modo de retro dispersión (la varilla se encuentra próxima a la fuente pero no perforando al material). IMAGEN N° 2

FUENTE: RENZO VILCA

El método de transmisión directa, con la varilla se introduce al suelo hasta la profundidad deseada. Los detectores en la base de la sonda cuantifican la radiación emitida por la varilla. Para llegar a los detectores, los fotones gamma deben primero pasar a través del material, donde chocan con los electrones ahí presentes. Una alta densidad del material supone un alto número de choques correspondientes, a lo que reduce el número de fotones que llegan a los detectores, es decir, mientras menor sea el número de fotones que alcancen a los detectores, mayor será la densidad del material. El método de retro dispersión, los fotones gamma deben ser dispersados (o reflejados) por lo menos una vez antes de alcanzar a los detectores en la sonda. Para efectuar este proceso, se coloca la varilla de manera que, la fuente y los detectores se encuentren en el mismo plano, denominado posición de retro dispersión. Los fotones provenientes de la fuente penetran en el material, y los que se dispersan son medidos por los detectores. A fin de evitar que los fotones puedan acceder a los detectores directamente, sin ser dispersados por el material, la sonda dispone de blindaje entre la fuente y los detectores. MECANICA DE SUELOS II

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TÉCNICAS DEL ENSAYO La superficie del suelo puede afectar mucho a la precisión de la medición, es importante localizar un lugar plano, sin agujeros. Allanar la superficie del suelo moviendo hacia delante y atrás la placa para respaldo. Retirar dicha placa y rellanar todos los agujeros con arena fina, polvo de cemento o Colocar nuevamente la placa sobre la superficie. En el caso de las mediciones de transmisión directa colocar la varilla de tal manera que pase por la herramienta de perforación y luego por una de las guías de la placa. Sujetar la placa con el pie y golpear con un martillo el extremo dela varilla de perforación, hasta que esta alcance una profundidad que sea necesaria. Retirar la varilla de perforación en línea recta y hacia arriba y al mismo tiempo, girando los dos lados, la herramienta de extracción. 2.-BALÓN DE CAUCHO

IMAGEN N° 3

FUENTE: RENZO VILCA

A través de este método, se obtiene directamente el volumen del agujero dejado por el suelo que se ha extraído. Por medio por medio de un cilindro graduado, se lee el volumen de agua bombeado que llena la cavidad protegida con el balón de caucho que impide la absorción del agua en el terreno. MECANICA DE SUELOS II

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Como ventaja este método resulta ser más directo y rápido que el cono de arena, pero entre sus desventajas se encuentra la posibilidad de ruptura del balón o la imprecisión en adaptarse a las paredes del agujero, producido de cavidades irregulares o proyecciones agudas lo que lo hace poco utilizado. 3.-MÉTODO DEL DENSÍMETRO DE MENBRANA Aplicable a los suelos donde predomina la grava media y gruesa. Una vez nivelada la superficie, se coloca un anillo metálico aproximadamente de 2 metros y se procede a excavar el material que encierra el anillo en una profundidad aproximada de 30 cm. Una vez removido el material, se coloca una membrana plástica que se adapta perfectamente al interior del anillo y al fondo de la grava. Esta membrana se llena con agua, registrando el volumen que llena la cavidad que corresponderá al volumen de material extraído. 4.-MÉTODO DEL CONO GIGANTE IMAGEN N° 4

FUENTE: RENZO VILCA

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Aplicable a suelos donde las partículas mayores de 50 mm en suelos como gravas uniformes, en donde utilización de la arena no resulta conveniente puesto que esta ocuparía los espacios vacíos que originalmente poseen las gravas. En reemplazo de arena, es común utilizar gravilla o volitas de vidrio. 5.-MÉTODO MEDIANTE BLOQUES Se determina para determinar la densidad de los suelos cohesivos en estado natural, en suelos compactados y suelos estabilizados, donde se determina el peso y volumen de muestras en estado inalterado. Estas muestras son extraídas cuidadosamente mediante un cuchillo o espátula y son recubiertas con parafina sólida. De la pared de la excavación se extrae una muestra representativa para determinar el contenido de humedad. La muestra no perturba, se pesa se determina su volumen al depositarlo dentro de un sifón, leyendo en un cilindro graduado el volumen de agua desplazado al cual se le debe restar el volumen de parafina que recubre la muestra para lo cual es necesario saber la densidad de esta.

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V. EQUIPOS Y MATERIALES : APARATO DEL CONO DE ARENA

FOTO Nº 1

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy Donde se puede observar el recipiente de arena así como también el embudo metálico y la placa de base entre otros materiales.

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FOTO Nº 2

PLACA METALICA

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

FOTO Nº 3

CINCEL Y ESPATULA

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

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FOTO Nº 4

BOLSA HERMETICA

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

FOTO Nº 5

TAMIZ Nº 4

BANDEJA

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

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FOTO Nº 6

RECIPIENTE

BROCHA

MARTILLO

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

FOTO Nº 7

EMBUDO

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

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FOTO Nº 8

CUCHARON METALICO

Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

FOTO Nº 9

RECIPIENTE DE ARENA

BALANZA Fuente: Viza Aroquipa Jhon Fredy

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VI.

PROCEDIMIENTO

El procedimiento para la determinación de la densidad de un suelo por el método cono de arena se lleva a cabo en dos etapas: campo y laboratorio. 

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Es importante aclarar que una vez se esté en campo y el aparato de cono de arena este lleno hasta la válvula, el operario debe conocer este peso de frasco + arena, el cual debió ser tomado previamente en el laboratorio. Foto N° 1

FUENTE: RENZO VILCA

PRIMER PASO Determinamos la zona específica (calicata) donde se va realizar el en ensayo y preparar la superficie para que se presente una condición plana y pueda hacer juego de la manera más precisa de la base.

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Foto N° 2

FUENTE: RENZO VILCA

SEGUNDO PASO Una vez que se tenga la superficie plana se coloca la base metálica sobre el suelo y se verifica lo siguiente: Que los bordes del orificio de la base metálica estén totalmente en contacto con el suelo, para evitar el flujo de arena por debajo de la placa. Que la placa no se vaya a correr unas ves este realizado el ensayo. Para esto cuando sea necesario se colocara clavos en sus extremos de la base metálica que impida su movimiento. Haciendo uso del cincel y el martillo se llevara a cabo la excavación que tendrá una profundidad de 10 a 15 cm. Para determinar el volumen de la excavación en función al tamaño máximo de las partículas Foto N° 4 Foto N° 3

FUENTE: RENZO VILCA

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TERCER PASO A medida que se realiza la exacavacion, el material resultante se deposita en un recipiente o bolsa hermetica. Es importante que las paredes de la excacion no presenten irregularidades considerables con el fin de obtener resultados mas reales posibles. Foto N° 5

FUENTE: RENZO VILCA

CUARTO PASO Ahora teniendo con la válvula cerrada se voltea boca-abajo el aparato y cono de arena sobre la base metálica y se abre la válvula dejando fluir libremente la arena hasta que se detenga la caída. Se cierra la válvula y se retira el aparato cono y arena. Foto N° 6 Foto N° 7

FUENTE: RENZO VILCA

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QUINTO PASO Se registra el peso del frasco + arena sobrente. El cual ya obtuvimos el peso inicial. Foto N° 8

FUENTE: RENZO VILCA

 PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO  Se pesa la muestra húmeda extraída del hueco.  Se procede a determinar el contenido de humedad del suelo resultante de la excavación.  Se realiza la clasificación de suelo. PROCEDIMIENTO DE DENSIDADES MÍNIMAS Y MÁXIMAS Densidades mínimas ●Se prepara una cantidad suficiente de suelo para tres especímenes diferentes. ●Se trabaja en el molde del CBR se debe de sacar el volumen y peso del molde. ●Con la masa del primer espécimen se procede a llenar el volumen del molde para ello, se procederá el acomodo sin producir vibraciones algunas. ●Posteriormente se llenara el molde hasta enrazar el volumen del mismo para luego registrar su peso del molde más muestra suelta en la balanza.

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Foto N° 10

Foto N° 9

FUENTE: RENZO VILCA

Foto N° 11

FUENTE: RENZO VILCA

FUENTE: RENZO VILCA

DENSIDADES MÁXIMAS  Se prepara una cantidad suficiente de suelo para tres especímenes diferentes.  Se trabaja en el molde de CBR se debe sacar el volumen y pesar el molde.  Con la masa del primer espécimen se procede a llenar el volumen del molde para ello, se procederá el acomodo por tres capas, cada capa será compactada por 56 golpes.  Posterior mente se llenara el molde hasta enrazar el volumen del mismo, para luego registrar su peso del molde más muestra compactada en la balanza en gr.

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VII.

CALCULOS DENSIDAD NATURAL

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Peso del Frasco + arena grs. Peso Fras. + arena sobrante grs Peso arena empleada gr. (1) - (2) Peso arena del cono grs. (lab.) peso arena de horno gr. (3) - (4) Densidad de la arena gr/cm3 (lab.) Volumen de hueco cc. (5)/(6) Peso de la muestra húmeda extraída gr. Densidad muestra húmeda gr/cm3 (8)/(7)

6000 1876 4124 1617 2507 1.4 1790.71 3694 2.06

CONTENIDO DE HUMEDAD 10 11 12 13 14 15

Peso recipiente + suelo hum. gr. Peso recipiente + suelo seco gr Peso de agua gr. (10)-(11) Peso recipiente grs. Peso suelo seco gr. (11)-(13) Cont. Hum. ((12):(14))x100

321.68 298.74 22.94 37.25 261.49 8.77

% DE AGREGADO GRUESO 17 18 19 20

Peso total muestra seca gr. (8):(1+(15)/100) Peso retenido tamiz No 4 gr. % ret. En tamiz No 4 (18):(17)x100 Peso esp. De la grava (18):(21)

3396.16 1551 45.67 2.6

CORRECCION DE DENSIDAD POR CONTENIDO DE GRAVA 21 22 23 24

Volumen de grava cc. (canastilla) (18):(20) Peso seco finos gr. (17)-(18) Volumen de finos cc (7)-(21) Dens. Seca de campo (finos) (22):(23) gr/cm3

596.54 1845.16 1194.18 1.55

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DENSIDAD MAXIMA Y MINIMA NOTA:

 min 

Wmuestra suelta V molde

 max 

W muestra compactada V molde

DENSIDAD MINIMA Peso del Molde Altura del molde Diámetro del molde Volumen del molde Colocación de muestra a molde Peso del molde + muestra suelta Peso de la muestra suelta (gr) Densidad Mínima de la muestra seca (gr/cm3)

7982 17.16 16.04 3467.5 CAIDA LIBRE 13215 5233 1.51

DENSIDAD MAXIMA Peso del molde Altura Diámetro Volumen del molde Colocación de muestra a molde N° de capas N° de golpes por capa Peso del molde + muestra compactada Peso de la muestra compactada Densidad máxima de la muestra seca (gr/cm3)

7982 17.16 16.04 3467.5 VARILLADO 3 56 13971 5989 1.73

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CUADRO N° 1 CALCULO DE LA DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION INTERNA

NOTA:

DR 

Calicata Muestra

Densidades secas Natural de

Ubicación

Campo

Min.

Prof. SUCS PUNTO 2: SC

1.55

1.51

δ max * (δ nat  δ min) * 100 δ nat. * ( δ max.  δ min.)

Densidad % que 0.15*DR+25 Factor de Angulo de fricc. correcion Relativa pasa Ang. De "n" interna la Máx. (DR) malla Fricc. (100 Ø=(ang. Fricc. %Nº 200) % Nº 200 interna +5 int.)*(fact.corr/100) 1.73

20.29

19.87

28.04

85.13

23.87

ENSAYO DE CAPACIDAD PORTANTE ANGULO DE

FACTOR DE CAP. DE

MUESTRA FRICCION SUCS INTERNA

CARGA Nc Nq Nr

CALICATA

SUCS

23.87

19.16 9.48

5.6

ANCHO PROFUND. DE DENSIDAD DE qu Qu q Adm. CIMENT. CIMENT. (B) NATURAL (DF) (Tn/m2) (Kg/cm2) FS.=3 (m) (gr/cm3) (m) (Kg/cm2) 1.5

1.55

1.3

24.31

2.431

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VIII.

CONCLUSIONES -

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El método de cono de arena es usado para determinar la densidad de suelos compactados que se encuentran en el lugar durante la construcción de terraplenes de tierra, capas de rodadura, rellenos de carreteras y estructuras de contención. La arena (OTTAWA) usada en el desarrollo de este ensayo cumplió con los requisitos de ser limpia, seca, uniforme, durable y que discurra libremente; con un Cu=D60/D10