UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURÍMAC

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA DE SUELOS I

ÍNDICE GENERAL

1 LABORATORIO N° 001: PESO ESPESIFICO IN SITU CON EL METODO DEL

CONO DE ARENA ..................................................................................................... 4
1.1 INTRODUCCION ....................................................................................... 4

1.2 OBJETIVOS ............................................................................................... 4

1.2.1 OBJETIVOS GENERALES..................................................................... 4

1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................. 4

2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 5

2.1.1 DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO IN SITU UTILIZANDO EL
CONO DE ARENA.................................................................................................. 5

2.2.1 EL MÉTODO DE CONO DE ARENA ........................................................ 5

2.3.1 HISTORIA .................................................................................................. 7

2.4.1 DEFINICIÓN .............................................................................................. 7

2.5.1 CONO DE ARENA. .................................................................................... 8

3 EQUIPOS Y MATERIALES ................................................................................ 9

3.1.1 EQUIPOS .................................................................................................. 9

3.2.1 MATERIALES .......................................................................................... 10

4 PROCEDIMIENTO Y TOMA DE DATOS ......................................................... 11

4.1.1 TRABAJO DE GABINETE ....................................................................... 13

4.2.1 RESULTADOS......................................................................................... 14

5 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 15
6 HOJA DE DATOS............................................................................................. 16
6.1.1 EJEMPLO ILUSTRATIVO ....................................................................... 17

I
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1 LABORATORIO N° 001: PESO ESPESIFICO IN SITU CON EL METODO DEL

CONO DE ARENA

1.1 INTRODUCCION
El poder conocer el peso específico que posee un suelo en terreno o en su
estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y
científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado
de compactación en rellenos compactados.
Este ensayo permite obtener el peso específico, la densidad del terreno y la
humedad y así verificar los resultados obtenidos en trabajos obtenidos en
compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad
y densidad. Entre los métodos utilizados, el método del cono de arena, se aplica en
general a partir de la superficie del material compactado, este método se centra en
determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde
se ha retirado todo el suelo compactado (sin perdidas de material) ya que el peso del
material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar
la densidad humedad. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permite
obtener la densidad seca.
El ensayo que desarrollaremos a continuación es determinar el peso específico
in situ con el método del cono de arena.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVOS GENERALES

• Determinar el peso específico que tiene el suelo in situ con el método del cono
de arena.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo.
• Calcular el grado de compactación de dicho suelo.

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2 MARCO TEÓRICO

2.1.1 DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO IN SITU UTILIZANDO EL

CONO DE ARENA.
En los proyectos ejecutados en la Ingeniería Civil está sujeto a
especificaciones técnicas las cuales deben ser cumplidas para obtener obras de gran
calidad y envergadura. en este sentido los suelos también tienen ciertas
especificaciones las cuales debemos verificar conforme avanzado a la obra dado que
un error puede encadenar a otros y provocar fallas posteriores una de las
especificaciones que debe controlarse en el grado de compactación especialmente
en la construcción de carreteras y vías de comunicación.
La compactación es un proceso de densificación y reacomodo de las partículas
del suelo este proceso incrementa la capacidad del suelo para soportar cargas es por
eso que es muy importante la verificación del grado de compactación la norma exige
generalmente un grado de compactación a partir del 95%y se realizan ensayos en
campo para saber si el constructor logra o no llegar a dicho peso específico.
Los ensayos de campo para la determinación del peso específico más
conocidos son. el método del Cono de rena, método del globo de goma y el método
nuclear de estos métodos el más sencillo y práctico es el método del cono de arena.
El equipo utilizado para este método consiste en un vaso o jarra de plástico con un
cono de metal unido a su parte superior. la jarra se llena con arena normalizada seca
muy uniforme y se determinan sus propiedades antes de realizar las pruebas en
campo. en el campo se excava un pequeño agujero en la zona donde el suelo ha sido
compactado. se determina el peso húmedo del suelo excavado del agujero
calculamos el contenido de humedad de la muestra excavada y determinamos el peso
seco de la muestra de suelo.

2.2.1 EL MÉTODO DE CONO DE ARENA

El método de cono de arena se aplica en general a partir de la superficie del
material hasta una profundidad de 15cm y de cuyo de diámetro de excavación es
aproximadamente de 4 pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono
metálico de ensayo este método se Sentra en la determinación del volumen de
una ´pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado por el suelo

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compactado ( sin perdidas de material ) ya que el peso del material retirado dividido
por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda
determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca .
se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas
cuarzosas sanas no sementadas de granulometría redondeada y comprendida entre
las mallas N° 10 ASTM (2, 0 mm) y N° 35 ASTM (0.5 mm)) y de granos redondeados
para llenar el hueco excavado en terreno (Zeta Eche, 2019).
El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de
granos redondeados (arena OTAWA con Cu > 2) para llenar el hueco excavado en
terreno. En este método de ensayo no es adecuado para:
• Suelos orgánicos saturados o altamente plásticos que podrían de formarse o
comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo
• Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material
grueso mayor de 1 ½ pulg. (38mm) o cuando los volúmenes de los orificios del
ensayo son mayore a 0.1pes 3 (2830 cm3) se explica del meto de ensayo
ASTM D 4914 O ASTM D 5030.
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 de la
densidad máxima correspondiente a la prueba del laboratorio.
El grado de compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente
expresión:

𝑌𝑠𝑐
𝐺𝑐 = 𝑥 100
𝑌𝑠𝑙

Donde:

Gc = Grado de compaccion
Ysc = densidad seca obtenida en el campo
Ysl = Densidad seca máxima obtenida en el laboratorio

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2.3.1 HISTORIA
El ingeniero Ralph Roscoe Proctor inició en 1929 una serie de trabajos,
publicados en 1933, en los cuales se constató la relación entre humedad-peso
específico seco y la influencia de la energía de compactación. Propuso un ensayo
normalizado con el cual obtener la curva de ensayo Proctor correspondiente a una
determinada energía, comunicada a una muestra del terreno mediante la caída desde
altura fija de una pesa y un determinado número de veces. Por cierto, a pesar de que
la palabra Proctor es llana y en castellano debería acentuarse, por respeto al apellido
del autor, se mantiene este sin modificarlo. Esta es la tradición que han seguido los
libros de texto españoles en carreteras en el ámbito universitario.
Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y
determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos, en
determinadas condiciones de humedad y energía. (DM1556-07, 2007)
Es importante indicar que a veces es posible superar el 100% del Proctor
correspondiente sin que por ello se pueda afirmar que la capa está suficientemente
compactada. Ello es posible, entre otras posibles causas, cuando la capa ensayada
presenta gran cantidad de gruesos cuyo elevado peso específico respecto al
promedio del resto de la capa hace subir el valor del peso específico in situ. Tengamos
presente que el ensayo en laboratorio se realiza sobre la fracción de suelo inferior a
20 mm. En estos casos es necesario realizar una corrección.

2.4.1 DEFINICIÓN
El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente
mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso
de compactación depende de la energía utilizada durante la compactación,
denominada energía de compactación, también depende del Contenido de humedad
durante la realización de la misma (compactación de la capa de suelo).
El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así
verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos, en las
que existen especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad y la densidad
del suelo. Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno
(Ministerio de Vivienda, 2014)

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2.5.1 CONO DE ARENA.

Figura 1
Cono de arena

Nota:(Densidad Y Humedad Por El Método Del Cono Y Arena)

El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del

material compactado hasta una profundidad aproximada de 15cm. cuyo diámetro del
hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la abertura
de la placa base del cono metálico de ensayo; 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. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite
obtener la densidad seca. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena
compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría
redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM
(0,5 mm.)) 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. El método del cono de arena utiliza una
arena uniforme normalizada y de granos redondeados (arena OTAWA con Cu>2)
para llenar el hueco excavado en terreno ((UNI), 2019).

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3 EQUIPOS Y MATERIALES

3.1.1 EQUIPOS
• Aparato del cono de arena
• Placa metálica hueca
• Balanza con una calibración al gramo
• Capsula
• Cincel
• Tamiz 3/4"
• Cucharas
• Recipientes
• Comba

Imagen N°1 Aparato de cono de arena Imagen N°2 Placa metálica hueca

Imagen N°3 Balanza con una calibración al Imagen N°4 Cincel

gramo

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Imagen N° 5 Tamiz 3/4” Imagen N° 6 Cucharas

Imagen N° 7 Recipientes Imagen N° 8 Comba

3.2.1 MATERIALES
• Arena de Ottawa
• Bolsa hermética
• Yeso
• Clavos

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Imagen N° 9 Arena de ottawa Imagen N° 10 Bolsa hermetica

Imagen N° 11 Yeso Imagen N° 12 Clavos

4 PROCEDIMIENTO Y TOMA DE DATOS

Por lo general este método es aplicado a partir de la superficie del material
compactado, hasta un aproximado de 15cm, con respecto a su profundidad. El
diámetro del agujero de extracción será aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la
abertura de la placa base del cono metálico de ensayo. Este método se centra en la
determinación del volumen de una excavación de forma cilíndrica, de donde se ha
retirado todo el sueldo compactado, sin pérdidas de material, ya que el peso del
material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos va a permitir
determinar la densidad húmeda. Al determinar la humedad de esa muestra vamos a
obtener la densidad seca.

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Este método puede ser usado para determinar la densidad in-situ de depósitos
de suelos naturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar. Este método
de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o
materiales gruesos con un diámetro mayor a 1 ½ pulg (38 mm).

Descripción: Foto N01: Se limpia y se retira el Descripción: Foto N02: Se realiza la medición del
material suelto del suelo cuadrado

Descripción: Foto N03: Procedemos a excavar Descripción: Foto N04: Recolección de la muestra
después del cavado

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Descripción: Foto N05: Colocación del cono Descripción: Foto N06: pesado del cono con la
arena que queda

4.1.1 TRABAJO DE GABINETE

• Los cálculos son en gramos para la masa y en centímetros cúbicos.
• Cálculo del volumen del orificio de prueba de la siguiente manera:

(𝑴𝟏 − 𝑴𝟐 )
𝒗=
ρ𝟏
donde:
𝒗 = volumen de orificio de prueba en cm3.
𝑴𝟏 = masa de la arena utilizada para llenar el orificio de prueba, embudo y plato de
base
𝑴𝟐 = masa de la arena utilizada para llenar el embudo y e plato de base
ρ𝟏 = densidad del volumen de la arena en g/cm3

• Calcule la masa seca del material extraído del oficio de prueba tal como

𝑴𝟒 = 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝟏 /(𝒘 + 𝟏𝟎𝟎)

donde:
w = contenido de humedad del material extraído del orificio de prueba en %
𝑴𝟑 = masa húmeda del material del hueco de ensayo en gramos
𝑴𝟒 = masa seca del material del hueco de ensayo en gramos

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• Calcule la densidad húmeda y seco in - situ del material ensayado de la

siguiente manera:
ρ𝒎 = 𝑴𝟑 /𝒗

ρ𝒅 = 𝑴𝟒 /𝒗
donde:
𝒗 = volumen de orificio de prueba en cm3.
𝑴𝟑 = masa húmeda del material del hueco de ensayo en gramos
𝑴𝟒 = masa seca del material del hueco de ensayo en gramos
ρ𝒎 = densidad húmeda del material probado, o su peso unitario húmedo 𝛾𝒎 en g/cm3
ρ𝒅 = densidad seca del material probado, o su peso unitario seco 𝛾𝒅 en g/cm3
Fuente: (MTC, 2016)

4.2.1 RESULTADOS
• Luego de realizar los cálculos y seguir el procedimiento del formato la arena
(OTTAWA) usada en el desarrollo de este ensayo cumplió con los requisitos
de ser limpian, seca, uniforme, durable y que discurra libremente: con un
Cu=Deo/Dso<2 y tamaño de partículas menor de 38mm (1 )
• El Suelo Compactado tiene un Contenido de Humedad igual a 3.57 %
• Como se observa en los resultados estamos frente a un grado se
Compactación de 76.97 % esto quiere decir que aun no está Compactado al
95% de dato mínimo requerido por norma para asegurar que la sub-rasante es
aceptable y de buena funcionalidad.

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5 BIBLIOGRAFÍA

(UNI),(2019). laboratorio de mecanica de suelos, Manual de practicas.

DM1556-07, A. (2007). SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEVAS.
Ministerio de Vivienda (2014). Norma tecnica E0.70 mecanica de suelos y
cimentaciones.
MTC,(2016). Manual de ensayo de materiales: MTC E -117 ensayo para determinar
la densidad y peso unitario del suelo insitu mediante el método del cono de
arena. Peru.133-142.
Zeta Eche, D. G. (2019). analisis comparativo del metodo cono de arena y densimetro
nuclear para determinar densidades de campo in situ.

ASTM D 1556, (standard test method for density and unit weight of soil in place by the
sand – cone method).
ASSHTO T 191, (density in – place by the sand cone method).
https://es.scribd.com/doc/266858021/Determinacion-Del-Peso-Especifico-de-Campo-Con-El-
Cono-de-Arena
Cono de arena Omar A. Ortiz M. (2017)
El ensayo que inventó Ralph R. Proctor, El blog de Víctor Yepes. (2021, March 10).
Blogs.upv.es. https://acortar.link/VxfGEp
Norma técnica de E-050 suelos y cimentación
EGSciences. (2022, November 2). “Ensayo Proctor Modificado”

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6 HOJA DE DATOS

Tabla 1
ENSAYO DE PESO ESPECIFICO EN SITU CON EL METODO DE CONO DE ARENA

Proyecto: Trabajo N°:

Localización del proyecto: Perforación N°: Muestra N°:
Descripción del suelo:
Realizado por: Fecha:
Golpe/Capa: N° de Capas: Peso del martillo:
Dimensión del molde: Altura:
cm cm Volumen: m3

Tabla 2
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Muestra N° 1 2 3 4 5 6
Lata de
humedad N°
Peso de lata +
suelo húmedo
Peso de lata +
suelo seco
Peso del agua
Peso de lata
Peso del
suelo seco
Contenido de
humedad (W)

Tabla 3
DETERMINACION DE LA DENSIDAD

contenido de
humedad deseado
contenido de
humedad (Wm)
Peso de suelo +
molde
Peso del molde
Peso del suelo seco
en molde (gr)
Densidad húmeda
(KN/m3)

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Densidad seca
(KN/m3)
Contenido de
humedad (W)

6.1.1 EJEMPLO ILUSTRATIVO

A. Cada grupo debe pesar la lata con suelo húmedo obtenido en campo y registrar
dicho peso en la línea apropiada de su formato. Echar el contenido de la lata
en un recipiente pesado y colocarlo dentro del horno para secado.
B. Cada grupo debe pesar su recipiente con cono parcialmente vacío de arena y
registrar su peso en la sección en la sección apropiada del formato.
C. Colocar las lecturas del volumen de balón en el tablero del laboratorio de
suelos, promediar y substraer la lectura promediada de cero para obtener un
promedio de volumen del hueco para toda la clase. Registrar en el formato.
D. El grupo encargado de tomar la muestra de suelo del hueco que se utilizó para
el ensayo de balón debe poner el peso húmedo registrado para dicho suelo en
el tablero.

Tabla 4
ENSAYO DE COMPARACION – FORMATO 10

Proyecto: EXPERIMENTO PATRON DE COMPACTACION Trabajo N°:

Localización del proyecto: UNI. DE
BRADLEY Perforación N°: Muestra N°:
Descripción del suelo: ARCILLA ARENOSA Y LIMOSA PARDA CLARA A2-6(3);
WC=28.3, WP =14.1
Realizado por: J.E.B. Y M.C Fecha: 10/08/76
Golpe/Capa: 26/3 N° de Capas: 3 Peso del martillo: 24.5
Dimensión del molde: 10.3 cm Altura: 12.0 cm Volumen: 1000 m3

Tabla 5
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Muestra N° 1 2 3 4 5
Lata de
humedad N° 75 77 81 86 87 88 93 104 109 110
Peso de lata
+ suelo
húmedo 93.8 98.24 93.96 101.76 97.62 88.47 96.22 102.53 100.65 97.07

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Peso de lata
+ suelo seco 88.64 92.66 87.37 94.46 89 80.94 85.49 51.83 88.83 85.68
Peso del
agua 5.16 5.58 6.59 7.3 8.62 7.52 9.75 10.7 11.82 11.39
Peso de lata 22.57 22.02 22 22.32 17.85 17.8 17.32 19.46 17.21 17.25
Peso del
suelo seco 66.07 70.64 65.37 78.14 71.15 63.14 68.15 74.37 71.62 68.42
Contenido de
humedad
(W) 7.81 7.9 10.08 10.12 16.11 11.93 14.31 14.39 16.51 16.64

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