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    S12S - Cono de Arena

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    Luis Chiky Guadalupe Gonzales
    Este documento describe el método de ensayo estándar para determinar la densidad de suelos compactados in situ mediante el método del cono de arena. Explica el propósito, normativa, equipos, procedimiento y cálculos para realizar la prueba, la cual mide el volumen de un orificio excavado y la masa del material extraído para calcular la densidad. Finalmente, presenta un ejemplo de resultados obtenidos en un ensayo de campo.

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    S12S - Cono de Arena

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    Luis Chiky Guadalupe Gonzales
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    Este documento describe el método de ensayo estándar para determinar la densidad de suelos compactados in situ mediante el método del cono de arena. Explica el propósito, normativa, equipos, procedimiento y cálculos para realizar la prueba, la cual mide el volumen de un orificio excavado y la masa del material extraído para calcular la densidad. Finalmente, presenta un ejemplo de resultados obtenidos en un ensayo de campo.

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    Título original

    S12S_Cono de arena

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    S12S - Cono de Arena

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    Luis Chiky Guadalupe Gonzales
    Este documento describe el método de ensayo estándar para determinar la densidad de suelos compactados in situ mediante el método del cono de arena. Explica el propósito, normativa, equipos, procedimiento y cálculos para realizar la prueba, la cual mide el volumen de un orificio excavado y la masa del material extraído para calcular la densidad. Finalmente, presenta un ejemplo de resultados obtenidos en un ensayo de campo.

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    MECÁNICA DE SUELOS

    Semana 12

    Suelos. Método de ensayo estándar para la


    densidad y peso unitario del suelo in-situ
    mediante el método del CONO DE ARENA.
    PROPÓSITO

    Determinar la densidad de suelos compactados que se


    encuentran en el lugar durante la construcción de terraplenes
    de tierra, capas de rodadura, rellenos de carreteras y
    estructuras de contención mediante el método del cono de
    arena.
    NORMATIVA

    ASTM D 1556: Método de prueba estándar para Densidad y


    peso unitario del suelo en sitio por el Método Cono de Arena.
    MTC E 117: Ensayo para determinar la densidad y peso
    unitario del suelo insitu mediante el método del cono de arena
    NTP 339.143: Suelos. Método de ensayo estándar para la
    densidad y peso unitario del suelo in-situ mediante el método
    del cono de arena
    ENSAYO DEL CONO DE ARENA

    Este método es usado para determinar


    la densidad de suelos compactados que
    se encuentran en el lugar durante la
    construcción de terraplenes, capas de
    rodadura, rellenos de carreteras y
    estructuras de contención. Es
    comúnmente utilizado como base de
    aceptación para suelos compactados a
    una densidad específica o a un
    porcentaje de densidad máxima
    determinada por un método de ensayo
    normado.
    AULA VIRTUAL
    Los estudiantes deberán revisar el ensayo de la semana
    apoyándose en el Manual de Guías de Laboratorio, así como el
    video.

    https://www.youtube.com/watch?v=w-63MwbHOfk
    https://www.youtube.com/watch?v=wpLobIePZN8
    EQUIPOS Y MATERIALES
    EQUIPOS Y MATERIALES

    Arena: Deberá ser limpia, uniforme,


    seca, no cementada, durable y que
    discurra libremente. Tener un
    coeficiente de uniformidad
    (Cu=D60/D10) menor de 2 y el
    tamaño máximo de partículas menor
    que 2,0 mm (Malla Nº 10) y menos del
    3% en peso que pase la malla de 250
    µm (Malla Nº 60).
    PROCEDIMIENTO

    • Inspeccione el cono por si


    hubiera algún daño, la rotación
    libre de la válvula y cerciórese
    de que el plato de base funcione
    apropiadamente. Llene el
    contenedor del cono con la
    arena condicionada para la cual
    ya se ha determinado la
    densidad.
    PROCEDIMIENTO

    Pesar el contenedor
    con la arena calibrada
    PROCEDIMIENTO

    Seleccione una
    ubicación/elevación que
    sea representativa del
    área que se va a probar y
    determiné la densidad del
    suelo in-situ de la
    siguiente manera:
    PROCEDIMIENTO

    Prepare la superficie del sitio


    que se va a ensayar de tal
    manera que sea un plano
    nivelado. El plato de base
    debe utilizarse como una
    herramienta para remover la
    superficie a un plano de nivel
    suave.
    PROCEDIMIENTO
    Coloque el plato de base sobre la
    superficie plana, asegurándose de que
    existe contacto con la superficie del
    terreno alrededor del borde del orificio
    central. Marque el contorno del plato de
    base para revisar el movimiento durante
    la prueba y, si es necesario, asegure el
    plato contra el movimiento que se cause
    utilizando clavos insertados dentro del
    suelo adyacente al filo del plato, o en
    otros términos, sin disturbar el suelo que
    se va a probar.
    PROCEDIMIENTO
    • Se excava el hoyo de prueba a través
    del orifico central en el plato de base,
    teniendo cuidado de evitar que se
    disturbe o se deforme el suelo que
    delimitará el orificio.
    • Los volúmenes del orifico de prueba
    serán tan grandes como para que sean
    prácticos y minimicen los errores, y en
    ningún caso serán más pequeños que
    los volúmenes indicados en la Tabla 1.
    • Los lados del orificio deben inclinarse
    levemente hacia adentro, y la parte
    central debe ser razonablemente plana o
    cóncava.
    PROCEDIMIENTO
    PROCEDIMIENTO

    • El orifico debe mantenerse lo más


    libre posible de vacíos, salientes y
    obstrucciones fluidas ya que esto
    afectaría la exactitud de la prueba.
    • Los suelos que son esencialmente
    granulares requieren extremo
    cuidado y también requieren que se
    cabe un orificio de prueba de forma
    cónica.
    PROCEDIMIENTO

    Coloque todo el suelo excavado


    que se haya soltado durante la
    excavación, en un contenedor
    hermético que esté marcado
    para identificar el número de
    prueba.
    PROCEDIMIENTO Tenga cuidado de evitar la pérdida de
    cualquier material. Proteja este
    material de cualquier pérdida de
    humedad hasta que se haya
    determinado la masa y se haya
    obtenido la muestra para la
    determinación del contenido de agua.
    PROCEDIMIENTO

    Limpie el borde del orificio


    del plato base, voltee el
    aparato de cono de arena
    y coloque el embudo del
    mismo en un orificio
    rebordeado en la misma
    posición.
    PROCEDIMIENTO

    Abra la válvula y deje que la


    arena llene el orifico, el embudo
    y el plato base. Trate de evitar
    que el aparato se sacuda o
    vibre mientras la arena está
    corriendo. Cuando la arena deje
    de fluir, cierre la válvula.
    PROCEDIMIENTO

    Determine la masa del aparato


    con la arena restante, regístrela
    y calcule la masa de la arena
    utilizada.
    PROCEDIMIENTO
    Determine y registre la masa
    del material húmedo que se
    extrajo del orifico de prueba,
    evitar pérdidas de humedad.
    PROCEDIMIENTO

    Mezcle el material
    cuidadosamente y obtenga un
    espécimen representativo
    para determinar el contenido
    de húmedo o, en todo caso,
    utilice una muestra completa.
    CONTENIDO DE HUMEDAD
    PROCEDIMIENTO
    Vamos a pesar 500 g del material
    natural traído de campo, para poner
    en el horno
    CONTENIDO DE HUMEDAD
    PROCEDIMIENTO
    Ponemos nuestras muestras en el
    horno y 24 horas después las
    retiramos para poder pesarlas.
    CONTENIDO DE HUMEDAD

    Obtenido los datos se calcula con la fórmula:

    w % = ((Pmn-Pseco)/(Pseco-Precipiente))*100%

    Dónde:

    • Pmn = peso de la muestra natural con el recipiente.


    • Pseco = peso seco de la muestra al horno con el recipiente.
    • Precipiente = Peso del recipiente limpio y seco.
    CÁLCULO

    Calcule el volumen del orificio de prueba de la siguiente


    manera:
    M 𝟏 − 𝑴𝟐
    𝑽=
    𝝆𝟏
    Donde:
    V = volumen del orificio de prueba, cm3.
    M1 = masa de la arena utilizada para llenar el orifico de prueba, embudo y plato de base (g).
    M2 = masa de la arena utilizada para llenar el embudo y el plato de base (g).
    p1 = densidad del volumen de la arena (g/cm3).
    CÁLCULO

    • Calcule la masa seca del material extraído del orifico de


    prueba tal como sigue:
    𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝑴𝟑
    𝑴𝟒 =
    (𝑾 − 𝟏𝟎𝟎)
    Donde:
    W = contenido de humedad del material extraído del orificio de prueba, %
    M3 = masa húmeda del material del hueco de ensayo, g
    M4 = masa seca del material del hueco de ensayo, g.
    CÁLCULO

    • Una vez determinado el contenido de humedad de cada


    muestra, hallar la densidad seca para cada punto.
    𝑴𝟑 𝑴𝟒
    𝝆𝒎 = , 𝝆 𝒅=
    𝑽 𝑽

    Donde:
    V = volumen del orificio de prueba, cm3
    𝝆 𝒎 = densidad húmeda del material probado, g/cm3
    𝝆 𝒅 = densidad seca del material probado, g/cm3.
    FICHA
    RESULTADOS 1
    En la siguiente tabla se muestra los resultados obtenidos en campo:
    DENSIDAD N° D1
    1. Peso del frasco + arena g. 7835
    2. Peso del frasco + arena que queda g. 3380
    3. Peso de la arena empleada (1) - (2)g.
    4. Peso de arena en el cono g. 1744
    5. Peso de arena en excavación (3) - (4)g.
    6. Densidad de la arena gr/cm3 1.42
    7. Volumen del material extraído (5) / (6)cm3
    8. Peso del recip. + suelo + grava g. 4650
    9. Peso del recipiente g. 5
    10. Peso del suelo + grava (8) - (9) g.
    11. Peso retenido en el tamiz ¾ 4070
    12. Peso específico de grava gr /cm3 2.66
    13. Volumen de grava (11) / (12) cm3
    14. Peso de finos (10) - (11) g.
    15. Volumen de finos (7) - (13) cm3
    16. Densidad húmeda (14) / (15) gr / cm3
    RESULTADOS 1
    En la siguiente tabla se muestra los resultados obtenidos en campo:
    DENSIDAD N°09 D1
    1. Peso del frasco + arena g. 7835
    2. Peso del frasco + arena que queda g. 3380
    3. Peso de la arena empleada (1) - (2)g. 4455
    4. Peso de arena en el cono g. 1744
    5. Peso de arena en excavación (3) - (4)g. 2711
    6. Densidad de la arena gr/cm3 1.42
    7. Volumen del material extraído (5) / (6)cm3 1909
    8. Peso del recip. + suelo + grava g. 4650
    9. Peso del recipiente g. 5
    10. Peso del suelo + grava (8) - (9) g. 4645
    11. Peso retenido en el tamiz ¾ 4070
    12. Peso específico de grava gr /cm3 2.66
    13. Volumen de grava (11) / (12) cm3 1530.08
    14. Peso de finos (10) - (11) g. 575
    15. Volumen de finos (7) - (13) cm3 379.07
    16. Densidad húmeda (14) / (15) gr / cm3 1.52
    RESULTADOS 2
    En la siguiente tabla se muestra los resultados obtenidos en campo:
    DENSIDAD N° D1
    1, Peso del frasco + arena g. 6295
    2, Peso del frasco + arena que queda g. 1260
    3, Peso de la arena empleada (1) - (2)g.
    4, Peso de arena en el cono g. 1580
    5, Peso de arena en excavación (3) - (4)g.
    6, Densidad de la arena gr/cm3 1.41
    7, Volumen del material extraído (5) / (6)cm3
    8, Peso del recip. + suelo + grava g. 5745
    9, Peso del recipiente g. 5
    10, Peso del suelo + grava (8) - (9) g.
    11, Peso retenido en el tamiz 3/4 2445
    12, Peso específico de grava gr /cm3 2.65
    13, Volumen de grava (11) / (12) cm3
    14, Peso de finos (10) - (11) g.
    15, Volumen de finos (7) - (13) cm3
    16, Densidad húmeda (14) / (15) gr / cm3
    RESULTADOS 2
    En la siguiente tabla se muestra los resultados obtenidos en campo:
    DENSIDAD N° D1
    1, Peso del frasco + arena g. 6295
    2, Peso del frasco + arena que queda g. 1260
    3, Peso de la arena empleada (1) - (2)g. 5035
    4, Peso de arena en el cono g. 1580
    5, Peso de arena en excavación (3) - (4)g. 3455
    6, Densidad de la arena gr/cm3 1.41
    7, Volumen del material extraído (5) / (6)cm3 2450.35
    8, Peso del recip. + suelo + grava g. 5745
    9, Peso del recipiente g. 5
    10, Peso del suelo + grava (8) - (9) g. 5740
    11, Peso retenido en el tamiz 3/4 2445
    12, Peso específico de grava gr /cm3 2.65
    13, Volumen de grava (11) / (12) cm3 922.64
    14, Peso de finos (10) - (11) g. 3295
    15, Volumen de finos (7) - (13) cm3 1527.71
    16, Densidad húmeda (14) / (15) gr / cm3 2.15
    DEL ENSAYO

    • Ubicación de la prueba, elevación, espesor del estrato


    probado u otros datos pertinentes para ubicar identificar
    la prueba.
    • Volumen del orificio de ensayo, en cm3.
    • Densidad húmeda in-situ, en g/cm3.
    • Densidad seca in-situ, rd, en g/cm3.
    • Peso unitario seco in-situ, en kN/m3 (rd x 9,807),
    expresado lo más cercano posible a 0,1 kN/m3.
    DEL ENSAYO

    • Contenido de agua del suelo in-situ, expresado como un


    porcentaje de masa seca, y el método de ensayo
    utilizado.
    • Identidad del aparato de prueba y volumen calibrado.
    • Densidad del volumen de la arena utilizada, en g/cm3.
    • Descripción visual del suelo o designación del material.
    • Masa y porcentaje de las partículas de mayor tamaño y el
    tamaño de la malla utilizada, en caso se hay empleado
    una.
    DEL ENSAYO

    • Comentarios acercar del ensayo, si se da el caso.


    • Si la densidad sea in-situ o el peso está expresado como un
    porcentaje de otro valor, incluya lo siguiente:
    a) El método de ensayo de laboratorio utilizado.
    b) La densidad seca comparativa o el valor del peso unitario y el contenido de agua
    utilizado.
    c) La corrección del material de mayor tamaño y detalles, si se diera el caso.
    d) El porcentaje comparativo del material in-situ para el valor de comparación.
    • Si la densidad in-situ, el peso unitario o el contenido de humedad van a utilizarse
    para una aceptación, incluya los criterios de aceptación que se aplican al ensayo.
    Muchas gracias por su atención…!

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