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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FILIAL CAJAMARCA FACULTA DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DOCENTE: Mag. Ing.Dennys Geovanni Calderón Paniagua

ALUMNO: Denis Jairo Solorzano Malca TEMA: Densidad In Situ CICLO: x

CURSO: Mecanica De Suelos Aplicada a la Cimentación

AÑO: 2020 CAJAMARCA - PERU

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Índice

RESUMEN:.............................................................................................................................3 ABSTRACT............................................................................................................................4 INTRODUCCIÓN:.................................................................................................................5 DESARROLLO DEL TEXTO:..............................................................................................5 MÉTODO DEL CONO DE ARENA.....................................................................................6 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.......................................................................................11 Problemas resueltos:..............................................................................................................12 CONCLUSIONES:...............................................................................................................17 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................18

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“Densidad in situ” Mag. Ing.Dennys Geovanni Calderón Paniagua Docente a Tiempo Completo de la Escuela Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Alas Peruanas – Filial Tacna (Perú)(https://orcid.org/0000-0002-6569-0634)

RESUMEN: Introducción: el poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos de área general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado de comparación en rellenos compactados Método: El método a utilizar es 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. Análisis: conceptos claves del análisis de la mecánica de suelos. Observación preliminar de los suelos.  Prospecciones  Análisis físico  Visual olfativo Análisis de suelos  Ensayos de laboratorio  Ensayo de la compactación.  Ensayo de densidad y humedad in situ Conclusión: al finalizar la presente practica de laboratorio se 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 logro 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, que sirve para medir el grado de compactación del suelo. sobre el cual va a ir a la capa de rodadura.

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ABSTRACT Introduction: In the last decade, the economic model of globalized development in the world is headed by the great economic powers, such is the case that some years ago a group of countries are adopting forms of international organizations, grouped according to their strategic geographical location, your commercial and economic interests. Method: The method used for the present academic article is the descriptive one since its purpose is to describe situations and events, that is to say as it is and a certain phenomenon is manifested, in this case the importance of the civil engineering in the construction of transport infrastructures to elevate Peru's economic development in the context of free trade agreements in the New Age of Globalization. Analysis: The BRICs, a group of emerging countries consisting of Brazil, Russia, Indica, China and South Africa, which are developing very quickly, are now leaders of the developing planet, its economy is growing rapidly, so much so that China holds the second place in economy, and Brazil is within the first ten (Corvalán, 2017). They propose a proposal of sustainable development and social inclusion, to be achieved with inclusive economic growth, to reach a new world order, less dependent. All this implies that underdeveloped countries such as Peru have to align themselves and therefore rethink the economic model of internal development and its globalized commercial integration. Conclusion: The state as a government policy must not only implement new salary incentive actions, but constant and specialized training in such a way that it manages to attract good professionals that will be the foundations that will guarantee the quality of infrastructure projects in the long run. of all kinds, banishing the usual inconveniences or hidden vices during the execution of projects, which consequently end delays, additional, arbitration processes, where the only losers are the state and the country, which is in an unbeatable opportunity to deal with the necessary weapons to the new era of economic globalization Results: The presence of the civil engineer in the conception of large-scale infrastructure projects is essential from the conceptualization of the idea, prioritization of the zones, preparation of files and subsequent execution, for which the state must create recruitment policies demonstrating It can be a good alternative for the professional exercise and the career line. Keywords: Infrastructure, Transport, Economy, Globalization

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INTRODUCCIÓN: 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. Entre los métodos utilizados para determinar la Densidad del Terreno se encuentra el Método del Densímetro Nuclear, Método del Cono de Arena, este último que es el descrito en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 1 ½” (38mm); 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. En este informe se detallará los fundamentos básicos para la realización del ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán indispensables para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y calibración del cono. En consecuencia, también se determinará el grado de compactación de la capa del suelo (en este caso suelo de SUBRASANTE), para analizar la calidad del suelo de obra.

DESARROLLO DEL TEXTO: 1.- OBJETIVOS DEL ENSAYO: Determinar la Densidad del Suelo Seco y el Contenido de Humedad del Suelo compactado en el campo, para luego poder determinar el Grado de Compactación que presenta el suelo en el campo por el Método de Cono de Arena. Comprobar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo realizado. Comprobar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo realizado. 2.- REFERENCIA NORMATIVA: Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este texto constituyen requisitos de la presente Norma:

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 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) 3.- MARCO TEÓRICO: El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la realización de la misma (compactación de la capa de suelo) El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos, en las que existen especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad y la densidad del suelo. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno: ▪

Cono de arena

▪

Balón de caucho o balón de Hule

▪

Densímetro nuclear

MÉTODO DEL CONO DE ARENA El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta una profundidad aproximada de 15cm. Y cuyo diámetro del hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo; 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. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las 6

mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.) 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. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados (arena OTAWA) para llenar el hueco excavado en terreno. Este método de ensayo no es adecuado para: • • •

Suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo. Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo. Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm) o cuando los volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie3 (2830 cm3) se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.

Este ensayo 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 a 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. El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde: 𝑮𝒄 = 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝜸𝑺𝑪 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐶𝑎𝑚𝑝𝑜 𝜸𝑺𝑳 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐿𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖o V. EQUIPOS Y MATERIALES o o o o o o

Aparato del cono de Arena. Arena de Ottawa. Placa metálica hueca. Balanza con una calibración al gramo (gr). Cápsula. Cincel. 7

o o o o o o

Tamiz (3/4’’) Cucharas. Brocha. Martillo. Horno. Depósito.

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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO  Se selecciona el lugar para efectuar el ensayo, en nuestro caso al costado del

laboratorio de pavimentos de una capa de suelo simulada como subrasante.  Antes de iniciar el ensayo, se debe calibrar el equipo de densidad de campo, para de

esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de arena calibrada que queda en el cono después de ejecutar el ensayo; datos que nos sirven en la determinación de la Densidad de Campo.  Seguidamente se nivela el suelo compactado en el campo y se retira el material suelto.  A continuación, se coloca la placa y se comienza a hacer una perforación (cavado con cincel), teniendo como guía el agujero interior de la placa, a una profundidad de 15 cm. Todo el material que se saque del agujero se coloca en una bolsa plástica o en un depósito y se pesa.  Para determinar el volumen del agujero, utilizamos el equipo de densidad de campo de la siguiente forma:  Se determina el peso inicial del frasco con la arena calibrada. Luego se invierte y se coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del agujero; se abre la llave del cono, permitiendo el paso de la arena.  Para determinar el volumen del agujero, utilizamos el equipo de densidad de campo de la siguiente forma:  Se determina el peso inicial del frasco con la arena calibrada. Luego se invierte y se coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del agujero; se abre la llave del cono, permitiendo el paso de la arena. 

Cuando el agujero y el cono están llenos de arena, se cierra la llave y se procede a determinar el peso final del frasco y la arena contenida en él. Por la diferencia de los pesos del frasco más la arena inicial y del frasco más la arena final, obtenemos el peso de la arena contenida en el agujero y el cono. A este valor le restamos el peso de la arena que cabe en el cono, obteniendo de esta forma el peso de la arena contenida en el agujero.



El peso de la arena dividida por su densidad, obtenida en el laboratorio mediante la calibración, nos da el volumen del agujero. 

 Finalmente se debe determinar en el laboratorio, la densidad seca máxima y el

contenido de humedad de la muestra recuperada del agujero, para de esta forma, determinar el Grado de Compactación. Problemas resueltos: 11

EJERCICIO 01 Datos obtenidos durante la realización del ensayo Volumen de la botella

V= 4100 cm3

Peso de la botella vacía + cono= P=775gr Peso botella llena de arena = 7323gr Densidad de la arena

 ARENA

= (Peso botella llena de arena – Peso de la botella vacía) / Volumen

 ARENA = (7232-775) /4100

 ARENA

= 1.575 [ gr/ cm^3]

AHORA PARA HALLAR EL PESO DEL CONO Peso botella llena de arena = 7323gr Peso arena en el cono=1613.4gr Peso botella llena de arena menos el peso del cono= Peso botella llena de arena- Peso del cono =7323-1613.4=5709.6gr

Ahora calculo el porcentaje de humedad del suelo Peso tara más muestra de suelo húmeda = Pt + Wh =3783gr Peso tara más muestra de suelo seca

Pt + Ws

= 3712 gr

Peso tara = Pt = 133.1 gr Peso del agua = Ww = 3783 – 3712 = 71 gr Peso húmedo = Wh = (Pt + Wh) – Pt = 3783 – 133.1 = 3649.9 gr Peso seco = Ws = ( Pt+ Ws ) – Pt = 3712 – 133.1 = 3578.9 gr 12

Porcentaje de humedad

W  % w   w  x100  Ws  %w = (71/3578.9) * 100 %w = 1.984 [%] Luego: Peso de la botella después de vaciar en el hoyo

WF = 3110 gr

Peso arena en el hoyo = Whoyo = Peso botella llena de arena – Peso de la botella vacía + cono – Peso Cono – Peso de la botella después de vaciar en el hoyo = 7323 – 775 – 1613.4 – 3110 Whoyo = 1824.6 gr

VHOYO  Volumen del hoyo =

WHOYO  ARENA

Vhoyo = 1824.6 / 1.575 Vhoyo = 1158.48 [ gr/ cm^3] Ahora calculo la densidad húmeda y después la densidad seca

 HUMEDO 

γ HUMEDO =

WHUMEDO VHOYO

3649 . 9 1158 . 48

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 HUMEDO 

 gr  3  cm  3.151 

    SECO   HUMEDO  X 100  100  % w  3 . 151 ∗100 ( 100+1 . 984 )

γ SECO =

 gr

 SECO  3.09 

 cm  3

Finalmente concluimos que la densidad seca del suelo

 gr

 SECO  3.09 

 cm  3

Para un porcentaje de humedad de %w = 1.984 [%] EJERCICIO: 02 Laboratorio: Primera determinaci ó n

Segunda determinaci ó n

W cono +recipiente y arena =W 1=5166 g

W cono +recipiente y arena =W 1=4913 g

W cantidad de arena enel cono=W 2=3451 g

W cantidad de arena en el cono=W 2=3210 g

W arena enel cono=W 1−W 2=W 3=1715 g W arenaen el cono=W 1 −W 2=W 3 =1703 g

Promedio:

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´ 3 = 1715+1703 =1709 g W arena que ocupa el cono=W 2 W molde vacio =4174 g

Resumiendo, en una tabla. 1º Determinación

2º Determinación

W 1=5166 g

W 1=4913 g

W 2 =3451 g

W 2 =3210 g

W 3 =1715 g

W 3 =1703 g

W molde +arena=5543 g W =5543 g−4174 g=1369 g

´ 3 =1709 g W 3

3

V molde =493.3 cm

V molde =2124 cm

ρ1 arena =1.45 g /cm3

ρ2 arena =1.46 g /cm3

´ρarena =1.46 g/cm3

ρ 1=

1369 g =1.45 g /cm3 3 943.3 cm

ρ 2=

1369 g =1.46 g/cm3 3 2124 cm

´ρarena =

1.45+ 1.46 =1.46 g /cm 3 2

In-situ:

W molde +arena antesde la prueba =W 4=6739 g W arena sobrante+cono=W 5=2517 g W del suelohúmedo extraido del hoyo=W 6=3721 g Determinación del contenido de humedad: W tara =130 g W tara +suelo húmedo =924 g W sueloseco =874 g

( % ) w=

Solución: W w =W tara +suelo húmedo−W s . seco=50 g W s=W sueloseco −W tara =744 g

Ww ×100 Ws

( % ) w=6 .72 %

Calculo del volumen del orificio de prueba:

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Donde : V =volumen del orificio en cm3 W 4−W 5 V= W 4=masa de la arenautilizada para llenar el orificio de prueba , embudo y plato de base en g . ´ρarena W 5 =masa de laarena utilizada para llenar el embudo y el plato de base en g . ´ρarena =densidad del volumen de la arena gr /cm 3 ( 6739−2517)g V= =2891 ,78 cm3 3 1,46 g/cm Calculo del peso seco del material extraído del orificio de prueba tal como sigue: Donde : w=contenido de humedad extraido en ( % ) . 100 ×W 6 W 7= W 6 =masa del suelo húmedadel material extraido del hoyo en ( g ) . (w +100) W 7 =masa secadel material extraido del hoyo en ( g ) . 100 ×3721 g W 7= =3486 . 69 g (6.72+100) Calculo de la densidad húmeda y seca in-situ del material ensayado de la siguiente manera: ρ=

W6 V orificio de prueba

ρd =

W7 V orificiode prueba

ρ=1,29 g /cm3 ρd =1,21 g / cm3

CONCLUSIONES:

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En este sentido luego de la exposición de ideas bajo las cuales se sustenta la importancia de la ingeniera civil en la construcción de obras de transporte se llega a las siguientes conclusiones:

I. Se lograr obtener el contenido de humedad mediante los ensayos realizados en un laboratorio, de acuerdo con lo establecido en las normas. II. Se obtendrá un porcentaje % del contenido de humedad, obtenido del ensayo de las 3 muestras III. Se llegará a determinar la cantidad de agua:

BIBLIOGRAFIA

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http://es.slideshare.net/LuzFlores7/ensayos-para-el-analisis-del-contenido-dehumedad http://html.rincondelvago.com/toma-de-muestra.html http://equipo5labalimentos.blogspot.pe/2008/10/humedad.html http://extension.arizona.edu/sites/extension.arizona.edu/files/pubs/ az1220s.pdf

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