Densidad de Cono de Arena in situ

7/25/2019 Densidad de Cono de Arena in situ

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DENSIDAD IN SITU MEDIANTE EL CONO DE ARENA

1 GENERALIDADES

La densidad natural de un suelo corresponde al cuociente entre su masa y el volumen

total que la contiene. Para calcular el volumen que ocupa el material en el terreno seutiliza el Mtodo del Cono de Arena.

Este mtodo establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de

suelos cuyo tamao mximo absoluto de partculas sea menor o i!ual a "# mm $%&' en

un caso y menor o i!ual a ("# mm $)&' en el otro.

Es el mtodo le*os ms utilizado. +epresenta una ,orma indirecta de obtener el volumen

del a!u*ero utilizando para ello- una arena estandarizada compuesta por partculas

cuarzosas- sanas- no cementadas- de !ranulometra redondeada y comprendida entre las

mallas / (# A01M $%-# mm.' y / 2" A01M $#-" mm.'.

El ensayo permite obtener la densidad de terreno y as veri,icar los resultados obtenidos

en ,aenas de compactaci3n de suelos- en las que existen especi,icaciones en cuanto a la

4umedad y la densidad.

Entre los mtodos utilizados para obtener la densidad de terreno se encuentran el

mtodo del cono de arena $convencional y macrocono'- el del bal3n de cauc4o e

instrumentos nucleares entre otros.

1anto el mtodo del cono de arena como el del bal3n de cauc4o- utilizan los mismos

principios- es decir- obtener la masa del suelo 45medo $M4' de una pequea excavaci3n

4ec4a sobre la super,icie del terreno $!eneralmente del espesor de la capa compactada'.

6btenido el volumen de dic4o a!u*ero $7e'- la densidad del suelo estar dada por la

si!uiente expresi3n8

4um 9 M4: 7e $ ! :cm2'

0i se determina lue!o el contenido de 4umedad $;' del material extrado- la densidad

seca ser8

eterminar en terreno la densidad de suelos cuyo tamao mximo absoluto de partculas

sea menor o i!ual a "# mm $%&' cuando el nivel de densi,icaci3n sea controlable

mediante ensaye Proctor? o menores o i!uales a @# mm $2&'- cuando este sea controlable

mediante ensaye de >ensidad +elativa en caso de usar el cono convencional y menor o

i!ual a ("# mm $)&' en caso de usar el macrocono.

2.1 NORMAS A UTILIZAR


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el mtodo se basa en la norma C4 ("() 6,. (B $L7 )%'

2.2 APARATOS Y EQUIPOS

A) conos d dns!d"d

a' cono con#nc!on"$8 es un aparato medidor de volumen- provisto de una vlvulacilndrica de (%-" mm de abertura- que sirve para controlar tanto el llenado como

el vaciado de un cono de )& de dimetro y )#/ de n!ulo basal. n extremo

termina en ,orma de embudo $cono basal' y su otro extremo $boca' se a*usta a un

recipiente cilndrico de aproximadamente " litros de capacidad. La vlvula debe

tener topes que permitan ,i*arla en su posici3n completamente cerrada o

completamente abierta. El aparato se acompaa de una placa base con una

per,oraci3n de dimetro i!ual al dimetro del cono basal

no%" 1& el aparato descrito puede usarse con per,oraciones de ensaye deaproximadamente 2 litrosno%" 2&el uso de la placa base ,acilita la ubicaci3n del cono de densidad- proporcionaun apoyo ms s3lido en suelos blandos y permite reducir perdidas al trans,erir el suelo

desde la per,oraci3n al envase

b' '"c(ocono& es un aparato medidor de volumen- de ,orma similar al descritoanteriormente- construido proporcionalmente a una escala mayor y que utiliza la

misma vlvula. El dimetro del macrocono es de (%& y su recipiente tiene una

capacidad aproximada de 2" litros.

Este equipo permite el control de capas de suelo de espesor mayor que %#

cm y de 4asta ("# mm $)&' de tamao mximo absoluto de partculas.

Este aparato utiliza la misma arena normalizada que el cono convencional.

La densidad de esta arena debe ser calibrada con una medida volumtrica

de altura i!ual al espesor de la capa por controlar

B) d*s!%o "(" c"$!+("c!*n d $" "(n"

a' en el caso del cono convencional- el dep3sito consiste en un recipiente metlico-

de ,orma cilndrica- de ()" mm de dimetro interior- impermeable y una

capacidad volumtrica entre 2 y 2-" litros.

b' en el caso del macrocono- el dep3sito consiste en un recipiente metlico-tambin de ,orma cilndrica- de 2## mm de dimetro interior- impermeable y una

capacidad volumtrica aproximada de %( litros

D balanzas? una con capacidad de %# ! y resoluci3n de (! cuando se utilice el cono

convencional- y otra de "# ! y resoluci3n de (# ! cuando se use el macrocono

D equipo de secado

D envases? recipientes 4ermticos con tapa- bolsas de polietileno u otros recipientes

adecuados para contener las muestras y la arena de ensaye

D 4erramientas y accesorios? picota- c4uzo- pala- para despe*ar o alcanzar la cota del

punto de medici3n? combo- cuc4illo- martillo- cincel- tamices- porua- esptula-

broc4a- 4uinc4a de medir- para cavar la per,oraci3n de ensaye? term3metro y placas


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de vidrio para calibrar los dep3sitos- re!la metlica para enrase- libreta de apuntes

y:o ,ic4as de re!istro de datos

2., MATERIALES "(n" no('"$!-"d" d ns"

D se compone de partculas cuarzosas sanas- subredondeadas- no cementadas ycomprendidas entre % mm y #-" mm. >ebe estar lavada y seca en 4orno a ((# F " /C

D para calibrar la arena deben e,ectuase cinco determinaciones de su densidad

aparente empleando la misma muestra representativa- de acuerdo con %.G.%

D para su aceptaci3n- la di,erencia entre los valores extremos de las cinco

determinaciones e,ectuadas no deber exceder de (-" H respecto de la media

aritmtica de ellas

2./ CALIBRACI0N DE LA ARENA DE ENSAYE

2./.1 d%('!n"c!*n d $" c""c!d"d #o$'%(!c" d$ d*s!%o

a' coloque el dep3sito limpio y seco sobre una super,icie ,irme y 4orizontal

b' llene el deposito con a!ua a temperatura ambiente y enrase con una placa de

vidrio- eliminando burbu*as de aire y exceso de a!ua

c' determine la masa de a!ua que llena el dep3sito $m;'- aproximando a ( !

d' mida la temperatura del a!ua y determine su densidad $


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(G #-%B

(" #-(2

() #-@B

(B #-@@#

(@ #-@)%

( #-@G2%# #-@%2

%( #-@#%

%% #-B@#

%2 #-B")

%G #-B2%

%" #-B#B

%) #-)@(

%B #-)"G

%@ #-)%)

% #-"B2# #-")"

Iuente8 C4 ("2% 6,. (@#.

2./.2 d%('!n"c!*n d $" dns!d"d ""(n% d $" "(n" d ns"

a' llene el aparato de densidad con la arena de ensaye- evitando cualquier derrame

de sta

b' coloque el dep3sito limpio y seco en una super,icie plana- ,irme y 4orizontal?

monte sobre l la placa base y posicione el aparato de densidad sobre la placa

c' abra la vlvula y mantn!ala abierta 4asta que la arena de*e de ,luir.

d' cierre la vlvula. +etire el aparato de densidad- la placa base y el exceso de

arena. Enrase cuidadosamente con una re!la metlica- evitando producir

vibraci3n. na vez e,ectuado el enrase- asiente la arena dando !olpes suaves en

el manto del dep3sito

e' determine la masa de arena que llena el dep3sito $ma'- aproximando a ( !

,' determine la densidad de la arena $etermine y re!istre la densidad aparente de la arena de ensaye como el

promedio de los cinco valores obtenidos. Exprese el resultado en !:cm2- con una

aproximaci3n de dos decimales

no%" ,8 un lapso prolon!ado entre esta determinaci3n y el empleo de la arena enterreno puede alterar la densidad por un cambio en su contenido de 4umedad o en su

!radaci3n e,ectiva

2./., d%('!n"c!*n d $" '"s" d "(n" 7 $$n" $ cono +"s"$


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a' llene el aparato de densidad con arena. >etermine y re!istre su masa $mi'-

aproximando a (!

b' coloque la placa base sobre una super,icie plana- ,irme y 4orizontal- asentando el

aparato de densidad sobre la placa

c' abra la vlvula y mantn!ala abierta 4asta que la arena de*e de ,luird' cierre la vlvula. >etermine y re!istre la masa del aparato ms la arena

remanente $m,'- aproximado a (!

e' determine y re!istre la di,erencia entre las masa inicial y ,inal como la masa de

arena que llena el cono basal $mc'- aproximando a (!

mc9 miD m,

,' e,ect5e esta operaci3n tres veces. Para su aceptaci3n- la di,erencia entre los

valores extremos de las tres determinaciones realizadas no deber exceder de (-#

H respecto de la media aritmtica de ellas.

2.8 DETERMINACI0N DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL TERRENO3IN SITU)

2.8.1 d%('!n"c!*n d$ #o$'n d $" (9o("c!*n

a' seleccione y prepare la super,icie del punto por controlar- nivelndola si ,uese

necesario para conse!uir un buen asentamientob' coloque la placa base sobre la super,icie preparada


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c' proceda a excavar dentro de la abertura de la placa base- iniciando la excavaci3n

con un dimetro menor a sta y a,inando lue!o 4acia los bordes. La pro,undidad

de la excavaci3n debe ser similar al espesor de la capa de control

no%" /8 al e*ecutar la excavaci3n de debe tener cuidado de no alterar las paredes del

suelo- especialmente en suelos !ranulares

d' coloque todo el suelo excavado en un envase o bolsa- el cual debe cerrar

4ermticamente para conservar la 4umedad del suelo y evitar posibles prdidas

de material o contaminaci3n

no%" 8&en el caso que al e*ecutar una per,oraci3n se encuentre una o ms partculascuyos tamaos mximos absolutos excedan los valores indicados en ((.( $ "# 3 ("#

mm se!5n corresponda'- stas no sern devueltas a la excavaci3n- debindose

determinar su masa y volumen se!5n mtodo xxxx para restar lue!o dic4os valores

a las respectivas medidas de terreno

e' determine y re!istre la masa del aparato de densidad con el total de arena $mti'-aproximando a (!. Asiente el aparato de densidad sobre la placa base- abra la

vlvula y cirrela una vez que la arena 4a de*ado de ,luir

,' determine y re!istre la masa del aparato ms la arena remanente $mt,'-

aproximando a (!

!' determine y re!istre la masa de arena contenida en la per,oraci3n de ensaye

$mp'- aproximando a (!

mp9 $mtiD mt,' D mc

4' recupere la arena de ensaye y d*ela en un envase aparte para su posterior

acondicionamiento. Previo a su nueva utilizaci3n- sta debe cumplir con los

requisitos establecidos en %.2

i' el volumen de la per,oraci3n de ensaye $7p' se calcula como8

7p9 mp:


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En el caso de suelo de tamao mximo absoluto de partculas de 4asta ("# mm $)&' y

que- por lo tanto- deban controlarse por el macrocono- considere una masa mnima de

muestra de %G ! para la determinaci3n de la 4umedad

En el caso de suelos naturales de tamao mximo mayores que @# mm $2&' y menores o

i!uales que ("# mm $)&'- controlados con el macrocono- considere para la

determinaci3n de la 4umedad una masa mnima de muestra de 2)

1abla / %

Masa mnima de muestra para determinar la 4umedaden suelos de tamao mximo absoluto menor o i!ual que "# mm $%&'

1amao mximo absoluto de

partculas

$mm'

Masa mnima de muestra

$!'

8< ,.etermine la masa seca del material extrado de la per,oraci3n de ensaye mediante la

expresi3n8

ms9 m4: $( = ; : (##'


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donde8

ms8 masa seca del material extrado de la per,oraci3n de ensaye $!'

m48 masa 45meda del material extrado de la per,oraci3n de ensaye $!'- sin

incluir las partculas de tamao superior a "# mm en el caso de

controlarse la densidad mediante el mtodo Proctor modi,icado u @# mm en casode e,ectuarse mediante el mtodo densidad relativa- se!5n corresponda.

; 8 4umedad del suelo determinada se!5n mtodo indicado

2..2 d%('!n"c!*n d $" dns!d"d d$ s$o

la densidad seca del suelo se determina mediante la expresi3n8


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2.> INORME

El in,orme debe incluir

a' densidad del terreno

b' cualquier in,ormaci3n especi,ica re,erente al ensaye o al suelo en estudioc' la re,erencia a este mtodo

2. OBSERVACIONES

eneralmente es deseable contar con una arena uni,orme o de un solotamao para evitar problemas de se!re!aci3n- de modo que con las

condiciones de vaciado pueda lo!rarse la misma densidad- del suelo que

se ensaya.

En el momento de ensayo en terreno- se debe evitar cualquier tipo devibraci3n en el rea circundante- ya que esto puede provocar introducir

un exceso de arena en el a!u*ero.

En suelos en que predominan las partculas !ruesas es recomendabledeterminar la 4umedad sobre el total del material extrado.

2. MFTODO CON EL DENSMETRO NUCLEAR

2..1 5n("$!d"ds

La determinaci3n de la densidad total 3 densidad 45meda a travs de este mtodo- est

basada en la interacci3n de los rayos !amma provenientes de una ,uente radiactiva y los

electrones de las 3rbitas exteriores de los tomos del suelo- la cual es captada por un

detector !amma situado a corta distancia de la ,uente emisora- sobre- dentro o adyacente

al material a medir.

Como el n5mero de electrones presente por unidad de volumen de suelo es proporcional

a la densidad de ste- es posible correlacionar el n5mero relativo de rayos !amma

dispersos con el n5mero de rayos detectados por unidad de tiempo- el cual es

inversamente proporcional a la densidad 45meda del material. La lectura de la

intensidad de la radiaci3n- es convertida a medida de densidad 45meda por medio deuna curva de calibraci3n apropiada del equipo.

Existen tres ,ormas para 4acer las determinaciones8

(%(od!s(s!*n=%("ns'!s!*n d!(c%" co$c?*n d "!(=

entre!ando resultados satis,actorios en espesores aproximados de "# a 2## mm $Ii!ura

/ ('


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Estos mtodos son 5tiles como tcnicas rpidas no destructivas siempre y cuando el

material ba*o ensaye sea 4omo!neo.

!5(" N4 1M%odos d ns"o.

Iuente8 Manual de compactaci3n CA1.- (#.

2..2 c"$!+("c!*n d$ 7!o

A) c(#"s d c"$!+("do&

Estas se establecen determinando la raz3n de conteo nuclear de cada uno de varios

materiales de densidades conocidas- trazando la raz3n de conteo contra densidad y

a*ustando una curva a travs de los puntos resultantes. El mtodo usado para establecer

la curva- es el mismo que se usa para determinar la densidad in situ. La densidad de los

materiales usados para establecer la curva $como por e*emplo bloques de !ranito-aluminio- ma!nesio- caliza- etc.'- deben ser uni,ormes y variar dentro de un ran!o de

densidades que incluya la del suelo a medir.

Las curvas de calibraci3n debern c4equearse si el equipo esta recin adquirido o si los

resultados de los ensayos de rutina se estiman que sean inexactos. 0i se utiliza el

mtodo del cono de arena para c4equear la curva de calibraci3n- se compara el

promedio de por lo menos " mediciones con el instrumento nuclear y una con el cono de

arena en exactamente la misma posici3n en terreno.

0i la densidad de cada uno de los ensayes de comparaci3n determinados por el cono de

arena vara menos de #-#@ !:cm2de la densidad determinada por el instrumento nuclear

y si el promedio de los ensayes del cono de arena di,iere menos de #-#2% !:cm 2 del

promedio de las mediciones nucleares- no es necesario 4acer a*ustes a la curva de

calibraci3n.

Por el contrario- si el promedio de las determinaciones de densidad por el cono de arena

esta a ms de #-#2% !:cm2por sobre 3 ba*o del promedio de las mediciones nucleares-

los ensayes si!uientes deben ser a*ustados en el monto de la di,erencia de los

promedios- trazando as una curva de calibraci3n corre!ida- que ser paralela a la

ori!inal.


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B) (c!s!*n&

La precisi3n $P' del sistema esta determinada por la !radiente de la curva de calibraci3n

y la desviaci3n estndar de los rayos !amma detectados en cuentas por minuto $CPM'-

mediante la si!uiente expresi3n8

P 9 0 : m

donde8

0 8 desviaci3n normal $CPM'

m 8 !radiente $CPM:!:m2'

0e determina la pendiente de la curva de calibraci3n en el punto (B)# !:m 2en CPM

por !. por m2. Lue!o se determina la desviaci3n normal de (# lecturas repetitivas de (

minuto- cada una tomadas en un mismo punto- en un material que ten!a una densidad de

(B)# @# !:m2. 0i el valor resultante $P' es menor que %# !:m2- el equipo seconsiderar en estado 3ptimo.

C) no('"$!-"c!*n&

Cada da de uso y cuando las medidas de los ensayos sean dudosas- se c4equear la

operaci3n del equipo con un patr3n de re,erencia provisto con cada medidor.

Lue!o de emplear un tiempo de estabilizaci3n para el equipo de acuerdo a las

instrucciones del ,abricante- se realizan por lo menos G lecturas repetitivas de ( minuto

cada una sobre el patr3n de re,erencia.

Los lmites de aceptaci3n estn dados por la expresi3n8

s 9 o(-) o

donde8

s 8 cuenta medida al c4equear la operaci3n sobre el patr3n de re,erencia

o 8cuenta establecida previamente en el patr3n de re,erencia $promedio de (#

lecturas'

2.., c(!%(!os d #"$"c!*n

Los criterios de evaluaci3n sern8

D si la media de las lecturas repetitivas esta ,uera de los lmites de aceptaci3n- se repite

el c4equeo-

D si el se!undo c4equeo cumple con los lmites de aceptaci3n- el equipo se considerar

en condiciones satis,actorias-

D si el se!undo c4equeo no cumple con los lmites establecidos- deber c4equearse la

curva de calibraci3n-

D si el c4equeo de la curva de calibraci3n muestra que no 4ay cambios si!ni,icativos

en ella- se deber e,ectuar un nuevo conteo de re,erencia $o' y

D si el c4equeo de la curva de calibraci3n muestra que no 4ay di,erenciassi!ni,icativas- reparar y recalibrar el instrumento.


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2../ d%('!n"c!ons

2../.1 '%odo (%(od!s(s!*n

!) 7!o ncs"(!o.

D ,uente !amma emisora de is3topos radiactivos- encapsulada y sellada.

D dispositivo de lectura- el cual normalmente contiene la ,uente de alto volta*e

necesaria para operar el detector y una ,uente de ba*o volta*e para operar el

dispositivo de lectura y equipos accesorios.

D detector !amma.

D patr3n de re,erencia- de densidad uni,orme e invariable- para c4equear la operaci3n

del equipo.

D ca*as de construcci3n s3lida que debern estar provistos los instrumentosmencionados- de modo de prote!erlos de la 4umedad y del polvo.

D 4erramientas y accesorios. Plana o escobilla para empare*ar la super,icie del

terreno.

!!) (ocd!'!n%o

0e selecciona un lu!ar de ensaye donde el medidor quede ubicado a ms de ("# mm de

distancia de cualquier proyecci3n vertical.

El lu!ar a ensayar- deber ser removido de todo material suelto y dis!re!ado. El rea

4orizontal ser la necesaria para acomodar el medidor- aplanndola 4asta de*arla lisa de

modo de obtener el mximo contacto entre el medidor y el rea a ensayar. El mximo

4ueco por deba*o del medidor no podr exceder los 2 mm.- en caso contrario- se

rellenar con arena ,ina para empare*ar la super,icie.

Iinalmente- se asienta y estabiliza el medidor para tomar una o ms lecturas de ( minuto

cada una $Ii!ura %'.

!!!) :(s!*n d (s$%"dosD determinar la densidad 45meda in situ utilizando la curva de calibraci3n previamente

establecida.

O+s(#"c!ons&

D La densidad determinada- no es necesariamente el promedio de las densidades en el

interior del volumen envuelto en la medici3n.

D El equipo utiliza materiales radiactivos que pueden ser peli!rosos para la salud de

los operarios a menos que se tomen las precauciones adecuadas.

D Los resultados obtenidos pueden ser a,ectados por la composici3n qumica- la

4etero!eneidad o la textura de la super,icie del material medido $e*emplo8 materiales

or!nicos con alto contenido de sal'.

D La colocaci3n del medidor en la super,icie del material a medir- es crtica para laexitosa determinaci3n de la densidad. La condici3n 3ptima es el contacto total entre


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la super,icie del medidor y la del material ba*o ensaye. Como esto no es posible en

todos los casos- para corre!ir las irre!ularidades de la super,icie- se utiliza una arena

,ina o material similar. El espesor del relleno no deber exceder los 2 mm y el rea

total rellenada no debe ser mayor que el (#H del rea de la base del medidor.

D Al momento de la medici3n- no debe 4aber otra ,uente de radiaci3n cercana al

medidor que pueda alterar los resultados.

2../.2 '%odo %("ns'!s!*n d!(c%"

Lo que vara con respecto al mtodo anteriores que la ,uente emisora o el detector

pueden ser alo*ados dentro de una sonda que se inserta en incrementos de "# mm.- en un

a!u*ero 4ec4o con anterioridad en el material a medir. La sonda al ser removida a la

marca de pro,undidad deseada- deber quedar en ntimo contacto con la pared del

a!u*ero al momento de realizar las lecturas.

2../., '%odo co$c?*n d "!(

0e di,erencia de los mtodos anteriores en que el equipo medidor se coloca sobre unos

soportes o espaciadores que producen un espacio vaco $colc43n de aire' entre la base

del medidor y el rea de la super,icie de terreno a ensayar. 0e requiere adems tomar

una o ms lecturas en la posici3n de retrodispersi3n para c4equear las mediciones.


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!5(" N4 2Dns;'%(o nc$"(

Iuente8 ELE nternacional Ltda.

2.1< TROS MFTODOS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD IN SITU

2.1


15/17

" B"#

(# ("##

%" %###

"# 2###

@# G###

Iuente8 eotecnia L7.(2

") Dns;'%(o nc$"(

+) Go G"5

!5(" N4 ,E7!os "(" d%('!n"( $" dns!d"d


16/17

7E+0>A> >E 7ALPA+A06

E0CELA >E EE+A >E LA C601+CC6

LAN6+A16+6 >E MECACA >E 0EL60

DETERMINACI0N DE LA DENSIDAD APARENTE ARENA Y DENSIDAD IN SITUProyecto 8

bicaci3n 8

>escripci3n del suelo 8

Iec4a de muestreo8 Iec4a de ensayo8

Dns!d"d ""(n% s$%" d $" "(n" 3DAS)>eterminaci3n / ( % 2 G "

Masa del molde $!'

Masa del molde = arena $!'

7olumen del molde $cm2'

>ensidad aparente suelta $ >A0' $!:cm2'

>ensidad aparente suelta promedio >A0 $!:cm2'

C"$!+("c!*n d$ cono +"s"$ 3'c)>eterminaci3n / ( % 2

Masa del aparato de densidad lleno de arena $!'

Masa del aparato con arena remanente $!'

M. arena en el cono y espacio de la placa base

$!'

Masa arena en el cono basal promedio mc$!'

D%('!n"c!*n d$ con%n!do d ?'d"d d$ s$o :%(";do n %((noEnsayo / ( % 2 G "

Masa recipiente = suelo 45medo $!'

Masa recipiente = suelo seco $!'

Masa recipiente $!'

Masa suelo seco $!'

Masa a!ua $!'

Contenido de 4umedad $ H '

D%('!n"c!*n dns!d"d d %((noEnsayo / ( % 2 G "

Masa suelo 45medo removido $!'

Masa del cono lleno de arena $!'

Masa del cono con arena remanente $!'

7olumen del suelo $ cm2'

>ensidad 45meda del suelo $!:cm2'


17/17

>ensidad seca del suelo $!:cm2'

Densidad de Cono de Arena in situ

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