Universidad Nacional de Ingeniera Fic Cismid

Ing. Luis Chang ChangLaboratorio GeotcnicoCentro Peruano Japons de Investigaciones Ssmicas y Mitigacin de Desastres (CISMID)

ndice1. Objetivo2. reas de ejecucin3. Metodologas4. Mtodo Cono de Arena (ASTM D 1556) 4.1 Alcance 4.2 Importancia del uso 4.3 Elementos necesarios 4.4 Hallar el volumen del recipiente 4.5 Densidad volumtrica de la arena 4.6 Calibracin de la arena 4.7 El ensayo

5. Mtodo Densidad y Peso Unitario por el Globo de Hule (ASTM D 2167)6. Mtodo Nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).7. Valores tpicos

La densidad es una medida del estado deempaquetamiento de las partculas del suelo ypara esto la densidad seca es una de las medidasmas apropiadas.

1. Objetivo

Determinar la densidad y peso unitario en unasuperficie de un suelo acabado y compactadopor medios mecnicos tales como:- Rodillo (liso o vibratorio).- Rodillo neumticos.- Rodillo pata de cabra.- Compactador manual (plancha).- Compactador de impacto.- Haber realizado una pre carga.- Pisn manual, etc.

2. reas de ejecucin

- Rellenos compactados.- Presas de tierra (durante la construccin).- Estructuras de pavimentos ( sub rasante, sub-base, base).- Pista de aterrizaje (aeropuertos).- Terrapln para vas frreas.- Cimentaciones de canales.- Fondos de piscina, veredas, losa deportiva,estructuras para pisos, almacenes, silos, parquesde estacionamiento, etc.

3. Metodologas

El ensayo de Densidad de Campo In Situ sepuede realizar mediante 3 mtodos:

1. Densidad del suelo por el Cono de Arena( ASTM D 1556 ).

2. Densidad y peso unitario por el Globo de Hule( ASTM 2167).

3. Densmetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).

4. Mtodo Cono de Arena (ASTM D 1556)4.1 Alcance- Determina la densidad in situ de suelos.- En algn material que pueda ser excavado.- No usar en suelos que comprometan la salud.- Se limita a suelos saturados y muy blandos o muysueltos.

4.2 Importancia del Uso- El mtodo es ampliamente usado.- Determina densidad depsitos naturales yterraplenes.

4.3 Elementos necesarios

- Recipiente de plstico o metal (4000 cm3)- Cono metlico- Base metlica con un crculo hueco- Esptula y cuchara- Balanza (capacidad 10 k.)- Termmetro y wincha- Recipiente para contenido de humedad- Arena calibrada (malla No. 10 y No. 60)- Comba y cincel- Bolsas plsticas.

Fig. 1. Aparato Cono de Arena parael Ensayo Densidad de Campo.

Fig. 2. Aparato de Densidad de Campo (ASTM D1556).

Fig. 3. Equipo mnimo de Densidad de Campo.

4.4 Hallar el volumen del recipiente1. Pesar el recipiente + Cono vaco. (m1)2. Llenar de agua al recipiente hasta el nivel dela vlvula.3. Pesar recipiente + Cono vaco + agua. (m2)4. Tomar la temperatura del agua. (K)Repetir el procedimiento 6 veces y promediar.Calcular: V1= K(m1-m2)V1= volumen del recipiente en cm3.K = correccin To C (cm3/g).mi= pesos del recipiente, Cono y agua.

4.5 Densidad volumtrica de la arena- Colocar el aparato vaco, vlvula cerrada, con el Conohacia arriba y llenarlo con arena. Abra la Vlvula.- Llenarlo del modo anterior hasta la mitad. Abra lavlvula y llenarlo totalmente. Cirrelo y vaciar elexceso de arena del Cono.- Pesar arena en el recipiente + Cono (m3)- Calcular la densidad volumtrica de la arena. m4= m3 m1 (g) d s = m4/V1 (g/cm3)

m4 = masa de arena para llenar el aparato (g) d s = densidad volumtrica de la arena (g/cm3)

4.6 Calibracin de la arena

- Tamizar arena seca entre las mallas No. 10 yNo. 60 Cu < 2. Arena de tamao uniforme yforma sub redondeada y redondeada.- Lavar la arena en la malla No. 200 y secarlaen el horno.- Medir el volumen y pesos de la arena en elrecipiente tantas veces como fuera posible detal manera se conocer el d y M.- Tomar 6 muestras de arena para realizar elensayo de gravedad especfica y hallar Gs .

4.7 El ensayo- Conocer el peso del Cono sin arena, con arena y elvolumen del recipiente.- Colocar la base en la superficie nivelada, excavar enforma cilndrica hasta la profundidad a investigar. Pesarla muestra extrada.- Colocar el Cono de arena. Abrir la vlvula, llenar elhueco y el Cono inferior con arena. Retirar el Cono.- Extraer la arena sobrante del Cono inferior y pesarlocon lo anterior.- Extraer la arena del hueco y pesarlo.- Calcular el volumen del hueco.- Determinar la d de la capa investigada.

5. Mtodo Densidad y Peso Unitario por el Globo de Hule (ASTM D 2167)El procedimiento es similar al del mtodo del Cono dearena; se hace un hueco de prueba y se determinan elpeso hmedo del suelo retirado del hueco y sucontenido de agua. Sin embargo, el volumen del huecose determina introduciendo a ste un globo de hulecon agua de un recipiente calibrado, del cual elvolumen se lee directamente.El peso especfico seco del suelo compactado sedetermina usando la ecuacin: gd = W/VW = peso seco del suelo excavado del hueco (k)V = volumen del hueco (m3).

Fig. 4. Aparato Globo de Hule.

Fig. 5. Aparato Globo de Hule.

6. Mtodo Nuclear (ASTM D 2922 y D 3017)

Los medidores nucleares de densidad son ahora usadoscon frecuencia para determinar el peso especfico secocompactado de suelo. Los densmetros nucleares operanen huecos taladrados o desde la superficie del terreno.El aparato mide el peso de suelo hmedo por volumenunitario y tambin el peso del agua presente en unvolumen unitario de suelo. El peso especfico secode suelo compactado se determina restando el peso delagua del peso especfico hmedo del suelo.

Fig. 6. Aparato Densmetro Nuclear.(ASTMD 2922 y D 3017).

7. Valores Tpicos

Despus de muchos ensayos realizados ensuelos naturales se ha llegado ha establecerunos rangos de valores caractersticos y se hanagrupado como: arena y grava, arena, arcilla ysuelos rojos tropicales.

Ver la siguiente tabla.

Valores Tpicos de Densidad Natural

Densidad Natural (k/m3) Material Densidad Volum. Densidad Seca Muy suelta 1700 1800 1300 1400 Suelta 1800 1900 1400 1500 Medio densa 1900 - 2100 1500 1800 Densa 2000 2200 1700 2000

Arena y grava

Muy densa 2200 - 2300 2000 - 2200 Pobremente gradada 1700 - 1900 1300 1500 Bien gradada 1800 - 2300 1400 2200

Arena

Mezcla arena bien gradada + grava

1900 - 2300 1500 - 2200

Lodo no consolidado 1600 1700 900 1100 Blanda, agrietada 1700 1900 1100 1400 Tpica, norm. Cons. 1800 2200 1300 1900

Arcilla

Morrena (sobrecons) 2000 - 2400 1700 - 2200 Suelos Rojos Tropicales 1700 - 2100 1300 - 1800

Foto 1. El tcnicollena arena calibrada alrecipiente para pesarloy utilizarlo en el ensayoque se denominaDensidad de Campo.Se observa la balanza,el Cono metlico, labase, el recipiente deplstico y la arenacalibrada que lotransporta en una bolsa.

Foto 2. La basemetlica puestaen la superficiehorizontal y seexcava segn eldimetro de labase. Se observaque el suelo esarena limosa,medio densay se realiza elensayo a 1.20 m.

Foto 3. La basey la cuchara. Lapared interior eslo mas perfiladaposible. Se haextrado toda lamuestra hasta laprofundidad queespecifica eldiseo.

Foto 4. En la base secolocar el Cono y elrecipiente con arenacalibrada.

Foto 5. El tcnicoest pesando elmaterial extradode la capa que seest investigandopara llevarlo allaboratorio ytomar muestrapara el contenidode humedad.

Foto 6. El cono estsobre la base paraque la vlvula seaabierta, se llene elhueco y el Conocon arena calibrada.

Foto 7. El Cono yel recipiente estcolocado sobre labase metlica.

Foto 8. El tcnicoest llenando laarena sobrante alrecipiente para serpesado.

Foto 9. Despus dellenar el hueco sepesa la arena quesobra en la botellade plstico.

Foto 10. El tcnicoest pesando laarena sobrante.

INFORME : LG01-159

SOLICITANTE : MTC - PRT - PERT

PROYECTO : Evaluacin de la Carretera Corral Quemado - Ro Nieva

UBICACION : Dpto. Amazonas

FECHA : Diciembre, 2001

IDENTIFICACION

Progresiva (Km)

Lado

Tipo de capa

Profundidad (m)

DENSIDAD

Densidad de la arena (g/cm)

Peso del frasco + arena (g)

Peso del frasco + arena sobrante (g)

Peso del cono de arena (g)

Peso del suelo (g)

Densidad hmeda (g/cm)

HUMEDAD

Peso de la tara (g) 14.67 14.76 13.17 14.75 15.89 12.40

Peso de la tara + suelo hmedo (g) 141.02 152.10 142.93 145.46 144.03 139.03

Peso de la tara + suelo seco (g) 136.70 147.11 132.20 134.73 136.05 131.35

Contenido de humedad (%) 3.5 3.8 9.0 8.9 6.6 6.5

RESULTADOS

Contenido de humedad (%)

Densidad seca (g/cm)

OBSERVACION :

3.7

1.34

11000

4945

1658

11000

4585

1.34

1658

Izquierdo

259 + 000

Izquierdo

1.642.08

9.0

7666

2.16

5880

1.79

D 20 - 1 D 20 - 2

0.10 - 0.25 0.30 - 0.45

Base Sub Base

259 + 000 259 + 000

Izquierdo

Suelo Natural

6.5

1.34

11000

4756

1658

6445

1.88

1.20 - 1.35

D 20 - 3

Los ensayos se realizaron a 0.40 m del borde del pavimento.

1.77

ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPOMtodo del Cono de Arena ( ASTM - D1556 )

Bibliografa

- Bowles, Joseph E. (1981), Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil. McGraw-Hill BookCompany.

- Bowles, Joseph E. (1984), Physical and Geotechnical Properties of Soils. McGraw-Hill Book Company.

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