Laboratorio de Mecnica de Suelos II CAP. Ingeniera Civil

CHUCUYA MACHACA, Eberth Antoni

ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO

METODO DEL CONO DE ARENA

INTRODUCCIN

La compactacin es el trmino que se utiliza para describir el proceso de densificacin de un material mediante medios mecnicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante.

En la prctica, de compactacin se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos en la construccin de terraplenes, pero tambin puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactacin es mejorar las propiedades ingenieriles del material, tales como:

1. Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

1. Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

1. Disminuir la relacin de vacos y reducir la permeabilidad.

1. Reducir el potencial de expansin, contraccin o expansin por congelamiento.

El grado compactacin de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactacin depende de la energa utilizada durante la compactacin, denominada energa de compactacin, tambin depende del contenido de humedad durante la misma.

Las relaciones tpicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energa de compactacin se obtiene a partir de ensayos de compactacin en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactacin en campo se mide a partir de un parmetro conocido como grado de compactacin, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluacin involucra la determinacin previa del peso especfico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Esta mtodo es para conocer el grado de compactacin, es un mtodo destructivo ya que se basa en determinar el peso especfico seco de campo a partir del material extrado de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado.

OBJETIVOS

1. Este mtodo de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo del aparato descrito aqu est restringido a suelos que contengan partculas no mayores de 50 mm (2") de dimetro.

1. Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicacin al diseo o construccin.

1. Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de informacin que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se est realizando una obra de gran magnitud.

Esta norma de ensayo establece determinar la densidad y peso unitario del suelo insitu mediante el mtodo del cono de arena

Este mtodo aplica a suelos que no tengas una cantidad excesiva de rocas o suelos gruesos con dimetro mayor a 1

El suelo debe tener la suficiente cohesin o atraccin entre partculas para mantener estables los lados del hoyo o excavacin

Este mtodo de ensayo no es adecuado para suelos orgnicos, saturados o altamente plsticos que podran deformarse o comprimirse durante la excavacin. Suelos suaves o desmenuzables, que se desmoronan fcilmente o sufran cambios volumtricos.

No es adecuado para materiales granulares que no mantengas sus lados estables ni suelos granulares que contengas alto porcentaje de vacios.

Este mtodo es muy difundido para determinar la densidad de suelos compactados utilizado en la construccin de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno.

MARCO TEORICO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO METODO CONO DE ARENA (ASTM D1556-64)

Una vez que se han definido los criterios de compactacin - en la forma de especificaciones tcnicas - para las obras en terreno, es necesario utilizar un mtodo para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la compactacin.

Para obtener estas densidades existen los siguientes mtodos en terreno:

Cono de arena

Baln de densidad

Densmetro nuclear

En esta gua nos referiremos solamente el primero.

El mtodo del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, este mtodo se centra en la determinacin del volumen de una pequea excavacin de forma cilndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin prdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilndrico nos permite determinar la densidad hmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca.

El mtodo 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 cada que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metlico.

MATERIALES

Aparato del cono de arena:

El aparato del cono de arena consistir de un frasco de aproximadamente un galn (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una vlvula cilndrica con un orificio de 12.7mm (1/2) de dimetro y que tiene un pequeo embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamao normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro. La vlvula deber tener topes para evitar su rotacin cuando este en posicin completamente abierta o completamente cerrada. El aparto deber estar de acuerdo con las exigencias indicadas.

Placa base para su uso esto puede hacer ms difcil la nivelacin pero permite en el ensayo abrir agujeros de dimetro mayores y puede reducir la prdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, as como tambin ofrecer una base ms constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deber considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este mtodo de ensayo.

Arena:

La arena que se utilice deber ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Adems deber tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partculas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partculas o arena fina (menor que 250mm, N60), para prevenir segregacin en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosfrica.

Al seleccionar una arena para ser usada, deber hacerse, como mnimo, cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deber existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variacin mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deber secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condicin de seca al aire, en la zona en que va a ser usada.

3. Balanzas:

Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de capacidad de 200g. y sensibilidad de 0.1g.

4. Equipo para el secamiento:

Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad.

5. Equipo miscelneo:

Pequea pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela para frer de 224mm.(10) o cualquier otro recipiente adecuado para secar muestras; canastillas con tapas, canecas con tapas, sacos de lona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el peso unitario de la arena respectivamente, termmetro, pequea brocha de pintura, cuaderno y cartera, etc

Vlvula cilndrica con un orificio de de dimetro

Embudo

Arena limpia, seca, uniforme y Cu menor de 2 (tamao mximo de partculas malla N10 y menos del 3% de mallas que pasa malla N 60)

Placa base

Profundidad 12cm. Espesor de base 20-25

PROCEDIMIENTO

Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el volumen del orificio de la vlvula de la siguiente manera:

Pesamos el conjunto del aparato, se coloco el aparato hacia arriba y se abri la vlvula, llenamos el conjunto con el agua hasta la vlvula, el recipiente y el agua teniendo en cuenta la temperatura del agua.

Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser usada en el campo de la siguiente forma:

Colocamos el aparato vaci hacia arriba sobre una superficie firme y a nivel, se cerr la vlvula y llenamos el embudo con arena.

Se procedi a abrir la vlvula y, manteniendo el embudo con arena por lo menos hasta la mitad, llenamos el aparato. Se cerr la vlvula se saco el exceso de arena. Se peso el aparato con arena y se determino el peso neto de la arena quitando el peso del aparato. Se determino el peso de la arena necesaria para llenar el embudo.

Se determino el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente forma:

Se preparo el sitio de la superficie para ser ensayada de tal manera que quede en un plano a nivel, se coloco la base sobre la superficie, la cual sirve como gua, se cavo el orificio del ensayo, dentro de la base, teniendo cuidado de evitar la alteracin del suelo que limita al hueco.

Se coloco el aparato invertido sobre la base y se poseda a abrir la vlvula y se peso luego el aparto con la arena restante y determnese el peso de la arena usada para el ensayo. Pesamos el material que fue removido del hueco de ensayo, se saco una muestra de este material para calcular la humedad.

La muestra la secamos y de esta tamizamos y usamos la muestra que pasa por la malla N 10 y retenida por la malla N 30

Obtenemos un peso aproximado de 6000gr.

Y llenamos esta muestra en el frasco aprox. De 1 galn

Seguidamente se procede al pesado del donde se obtiene:

Peso frasco + muestra

Llevamos esta muestra a campo de prueba donde realizamos un hoyo con la placa base con una profundidad aproximada de 12 cm.

Recogiendo de la misma la muestra extrada con ayuda claro de la placa base.

Seguidamente vertemos la muestra del frasco en el hoyo.

Hasta que llene el cono.

Obteniendo adems la muestra del cono, sacando cuidadosamente enrazndolo en el hoyo.

Llevamos la muestra obtenida del suelo y la pesamos

Seguidamente pesamos la muestra obtenida del cono.

Anotando todos los datos para el posterior calculo del los mismos

CALCULOS Y DATOS

1

PESO DEL FRASCO + ARENA (grs)

5984

2

PESO DEL FRASCO + ARENA SOBRANTE(grs)

2348

3

PESO DE ARENA EMPLEADA (grs)

3636

4

PESO DE LA ARENA DEL CONO (grs)

1678

5

PESO DE LA ARENA DEL HUECO (grs)

1958

6

DENSIDAD DE LA ARENA

1,38

7

VOLUMEN DEL HUECO

1418

8

PESO DEL TARRO+SUELO+GRAVA (grs)

3000

9

PESO DEL TARRO (grs)

-

10

PESO DEL SUELO + GRAVA (grs)

3000

11

DENSIDAD DE LA MUESTRA HUMEDA (gr/cm3)

2,11

CONTENIDO DE HUMEDAD

12

PESO RECIPIENTE+SUELO HUMEDO (grs)

196,53

13

PESO RECIPIENTE+SUELO SECO (grs)

186,5

14

PESO DEL AGUA (gr)

10,03

15

PESO RECIPIENTE (gr)

30,87

16

PESO SUELO SECO (gr)

155,63

17

CONTENIDO DE HUEMEDAD %

6,44

18

DENSIDAD MUESTRA SECA (gr/cm3)

2

% GRAVA

19

PESO TOTAL MUESTRA SECA (grs)

2843,25

20

PESO RETENIDO TAMIZ N 3/4 (grs)

411

21

% RETENIDO EN TAMIZ N 3/4

14,46

22

PESO ESPECIFICO DE LA GRAVA

2,51

CORRECCION DE DENSIDAD POR CONTENIDO DE GRAVA DE 15% A 40%

23

VOLUMEN DE LA GRAVA

164

24

PESO SECO FINOS (grs)

2432,25

25

VOLUMEN DE FINOS

1254,84

26

DENSIDAD SECA DE FINOS

1,94

27

MAXIMA DENSIDAD

28

OPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD

29

CORREC. DENSID. PROCTOR (grava 40%)

% DE COMPACTACION

97,01

Conclusin

La determinacin de la densidad de un suelo in situ es necesaria para saber el estado de la compactacin del suelo por capas las cuales deben tener un valor adecuado dado por las especificaciones tcnicas de un proyecto, de esta forma se puede realizar un trabajo de mejor forma.

El densmetro nuclear necesita un valor patrn el cual es obtenido por este ensayo as este aparato realizara el funcionamiento adecuado de obtener la densidad de un terreno.

Recomendaciones

Para poder realizar con mayor eficacia el laboratorio debera haber la cantidad suficientes de materiales para que todos los grupos trabajen al mismo tiempo, as el laboratorio tiende a realizarse con mayor seriedad ya que todos estarn trabajando.

No olvidar anotar todos los datos obtenidos, para as poder realizar los clculos respectivos sin ningn problema.

Utilizar muestra seca para el tamizado respectivo.

Realizar el agujero con cuidado, ya que ste vamos a sacar la muestra de suelo necesaria para los clculos.

Utilizar regla para medir la profundidad del agujero.