DOCENTE: Ing° ABRAHAM FERNÁNDEZ MUNDACA

ESTUDIANTE

CUBAS PEREZ CARLOS 114544-k

Fecha de Realización del Ensayo: 10 / 09 / 2015

Fecha de Presentación del Ensayo: 17 / 09 / 2015

PAVIMENTOS Determinación de la Densidad de los Suelos en el Campo

MÉTODO DEL CONO DE ARENA (MTC E 117-2000, ASTM D1556)

2

1

5

CONTENIDO DEL INFORME

I. INTRODUCCION

II. OBJETIVOS 1) OBJETIVO GENERAL

2) OBJETIVOS ESPECIFICOS

III. MARCO TEORICO 1) Determinación de la densidad del suelo en terreno

MÉTODO CONO DE ARENA (ASTM D1556-64) 2) Principales conceptos básicos.

A. Compactación B. Peso Específico C. Grado de Compactación D. Densidad Húmeda del Suelo E. Contenido de Humedad F. Densidad Seca del Suelo

IV. EQUIPOS Y MATERIALES 1) Aparato del Cono de Arena 2) Arena 3) Balanzas. 4) Equipo para el secado. 5) Equipo misceláneo.

V. PROCEDIMIENTO

VI. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

VII. CONCLUSIONES

VIII. RECOMENDACIONES

IX. LINKOGRAFIA

X. ANEXOS

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PAVIMENTOS

I. INTRODUCCION

El presente ensayo Determinación de la Densidad de los Suelos en el

Campo (MÉTODO DEL CONO DE ARENA) se realizó el 10 de

setiembre del 2015 en la Ciudad Universitaria de la UNPRG-

Lambayeque.

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a

partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el

cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la

determinación previa del peso específico y de la humedad óptima

correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método

de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya

que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir

del material extraído de una cala, la cual se realiza sobre la capa de

material ya compactada.

El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el

cuerpo de ingenieros de U.S.A. y acogido por las normas MTC E 117-

2000, ASTM D1556

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II. OBJETIVOS

1) OBJETIVO GENERAL

Determinar la densidad seca y el contenido de humedad del suelo en el

campo mediante el método del cono de arena.

2) OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo

del método del cono de arena.

Calcular el porcentaje de compactación de una muestra de suelo de

campo.

III. MARCO TEORICO 1) Determinación de la densidad del suelo en terreno método cono de

arena (ASTM D1556-64) Una vez que se han definido los criterios de compactación - en la forma de

especificaciones técnicas - para las obras en terreno, es necesario utilizar un

método para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego

de la compactación.

Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno:

o Cono de arena

o Balón de densidad

o Densímetro nuclear

En esta guía nos referiremos solamente el primero.

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.

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2) Principales Conceptos Básicos.

a) Compactación: Es el proceso mecánico mediante el cual se reduce el volumen de

los materiales en un tiempo relativamente corto con el fin de que resistan las cargas y

tengan una relación esfuerzo deformación conveniente durante la vida útil de la obra .

b) Peso Específico: Es el cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa.

𝜸 =𝑷

𝑽=

𝒎𝒈

𝑽= 𝝆𝒈

Donde:

𝜸 = Peso específico

𝑷 = Peso de la sustancia

𝑽 = Volumen que la sustancia ocupa

𝝆 = Densidad de la sustancia

𝒎 = Masa

𝒈 = Aceleración de la gravedad

c) Grado de Compactación: Este ensayo esta normado por la noma peruana NTP

339.143 el cual 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 en 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 del suelo de determina mediante la siguiente expresión:

𝑮𝒄 =𝜸𝒅

𝜸𝒅 𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝟏𝟎𝟎

Donde:

𝑮𝒄 = Grado de compactación 𝜸𝒅 = Densidad seca en campo

𝜸𝒅 𝒎𝒂𝒙 = Densidad seca máxima obtenida en el laboratorio

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d) Densidad Húmeda del Suelo. Con el peso de la muestra recuperada y el volumen

del agujero, obtenemos la densidad húmeda del suelo, mediante la siguiente expresión,

ya conocida:

𝜸𝒉 =𝑷

𝑽

e) Contenido de Humedad de la muestra ya recuperada

%𝒉 =𝑷𝒂

𝑽𝒔∗ 𝟏𝟎𝟎

f) Densidad Seca del Suelo

𝜸𝒅 =𝜸𝒉

𝟏 + 𝒉

Donde:

𝜸𝒅 = Densidad seca de campo

𝜸𝒉 = Densidad húmeda

𝒉 = Contenido de humedad

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

1) Aparato del cono de arena:

El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón

(3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que

consiste de una válvula cilíndrica con un orificio

de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un

pequeño embudo que continua hasta una tapa de

frasco de tamaño normal en un extremo y con un

embudo mayor en el otro. La válvula deberá

tener topes para evitar su rotación cuando este en

posición completamente abierta o

completamente cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas.

Placa metálica cuadrada o rectangular, con un hueco central con un borde para recibir

el embudo grande (cono) del aparato descrito. La placa debe ser plana en la base y tener

suficiente rigidez, con un espesor de 3/8” a ½” (10 a 13mm)

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2) Arena:

La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que

fluya libremente. Además deberá tener un

coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que

2 y no contener partículas que queden retenidas en

el tamiz de 2mm (N°10). Debe ser uniforme y

preferiblemente de forma redondeada o sub-

redondeada para favorecer que fluya libremente y

desprovista de partículas o arena fina (menor que

250 m, N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso

unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica.

Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como mínimo, cinco

determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea

aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio

una variación mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deberá secarse y

dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al aire”, en la zona en

que va a ser usada.

3) Balanzas:

Una balanza de capacidad mínima de 20Kg. con

sensibilidad de 1.0g.

4) Equipo para el secado:

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

contenido de humedad.

5) Equipo misceláneo:

Pequeña pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela para freír

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, termómetro,

pequeña brocha de pintura, cuaderno y cartera, etc.

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V. PROCEDIMIENTO

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,

teniendo como guía el agujero interior de la placa, a una profundidad de 14

a 15 cm.

Todo el material que se saque del agujero se coloca en una bolsa plástica

y se pesa.

Para determinar el volumen del agujero, utilizamos el equipo de densidad

de campo.

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 el.

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 la humedad de la muestra recuperada del agujero, para de esta forma,

determinar el Grado de Compactación.

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VI. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

El presente ensayo Determinación de la Densidad de los Suelos en el Campo (MÉTODO DEL CONO DE ARENA) se realizó el 10 de setiembre del 2015 en la Ciudad Universitaria de la UNPRG-Lambayeque.

Profundidad de la perforación: 14 cm

METODO DEL CONO DE ARENA RESULTADO UNIDADES

1.-Peso Suelo Húmedo +Depósito 3659 gr

2.-Peso del Depósito Solo 685 gr

3.-Peso del Suelo Húmedo del hueco (1-2) 2974 gr

4.-Peso del Frasco + Arena -Calibrada 6783 gr

5.-Peso Arena que Queda en el Frasco 2675 gr

6.-Peso de Arena Hueco +Peso Arena Cono (4-5) 4108 gr

7.-Peso de la arena en el Cono+ Placa 1495 gr

8.-Peso de Arena Hueco (6-7) 2613 gr

9.-Densidad de la Arena 1.33 (gr/cm3)

10.-Volumen del Hueco (8/9) 1964.662 cm3

11.-Peso de la Grava Retenido en el Tamiz 3/4" 0 gr

12.-Peso Específico de la Grava 0 (gr/cm3)

13.-Volumen de la Grava por Desplazamiento (11-12) 0 cm3

14.-Peso del Suelo (3-11) 2974 gr

15.-Volumen del Suelo (10-13) 1964.662 cm3

16.-Densidad del Suelo Húmedo (14/15) 1.514 (gr/cm3)

17.-% Humedad del Suelo In situ 9 %

18.-Densidad del Suelo Seco (16/(17+100)*100) 1.389 (gr/cm3)

19.-Máxima Densidad Seca de la Curva 1.86 (gr/cm3)

20.-% de Compactación (18/19*100) 74.677 %

CONTENIDO DE HUMEDAD %

MUESTRA ARCILLA LIMOSA

FRASCO N° 4 2

1.- PESO FRASCO + SUELO HUMEDO 179.83 gr. 167.01 gr.

2.- PESO FRASCO + SUELO SECO 166.62 gr. 155.23 gr.

3.- PESO DE AGUA (1-2) 11.78 gr. 11.78 gr.

4.- PESO FRASCO 22.69 gr. 21.76 gr.

5.- PESO FRASCO 143.93 gr. 133.47 gr.

6.- PESO FRASCO 9.18 % 8.82 %

PROMEDIO 9.00%

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VII. CONCLUSIONES El porcentaje de compactación obtenido es 74.677%, el cual no cumple con el

porcentaje de compactación normado 95% (se encuentra a nivel de sub rasante)

por lo cual se va a proceder a escarificar el terreno y compactar; después realizar

el mismo ensayo hasta poder cumplir con el porcentaje de compactación

normado.

Y el porcentaje del contenido de humedad de un 9%

El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados

obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen

especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad.

VIII. RECOMENDACIONES

El manejo de los equipos debe ser lo más eficaz posible para obtener datos más

precisos.

Se debe limpiar el espacio donde será el punto de ensayo.

Calibrar bien la balanza para obtener pesos más exactos.

La base del hueco a escavar debe tener forma cuadrada.

IX. LINKOGRAFIA

http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo34_p.pdf

http://civilabs.blogspot.pe/2014/03/determinacion-de-densidad-metodo-del.html

http://www.construaprende.com/docs/lab/320-practica-cono-arena

http://ingenieriareal.com/como-realizar-ensayo-densidad-en-el-sitio-con-el-

cono-de-arena/

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X. ANEXOS

PANEL FOTOGRAFICO EN CAMPO:

Realización Del Ensayo En la UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO La Ciudad Universitaria-Lambayeque

IMAGENES WEB: