DETERMINACIÓN ENSAYO DENSIDAD IN SITU MEDIANTE EL CONO

DETERMINACIÓN ENSAYO  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 se utiliza el Método del Cono de Arena.

Este método establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) en un caso y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro. 

Es el método lejos más utilizado.  Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada 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.).

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.

Entre los métodos utilizados para obtener la densidad de terreno se encuentran el método del cono de arena (convencional y macrocono), el del balón de caucho e instrumentos nucleares entre otros.

Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho, utilizan los mismos principios, es decir, obtener la masa del suelo húmedo (Mh) de una pequeña excavación hecha sobre la superficie del terreno (generalmente del espesor de la capa compactada). Obtenido el volumen de dicho agujero (Ve), la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión:

                            ρ hum  =  Mh / Ve     ( g /cm3 )

Si se determina luego el contenido de humedad (w) del material extraído, la densidad seca será:

                           ρseca  =  ρhum / ( 1 + w )     ( g /cm3 )

1. OBJETIVOS DEL ENSAYE

Determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) cuando el nivel de densificación sea controlable mediante ensaye Proctor; o menores o iguales a 80 mm (3”), cuando este sea controlable mediante ensaye de Densidad Relativa en  caso de usar el cono convencional  y menor o igual a 150 mm (6”) en caso de usar el macrocono.

2.1   NORMAS A UTILIZAR

el método se basa en la norma NCh 1516  Of. 1979  (LNV 62)

1.  APARATOS Y EQUIPOS

A) conos de densidad

1. cono convencional: es un aparato medidor de volumen, provisto de una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que sirve para controlar tanto el llenado como el vaciado de un cono de 6” de diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo (cono basal) y su otro extremo (boca) se ajusta a un recipiente  cilíndrico de aproximadamente 5 litros de capacidad. La válvula debe tener topes que permitan fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta. El aparato se acompaña de una placa base con una perforación de diámetro igual al diámetro del cono basal

nota 1: el aparato descrito puede usarse con perforaciones de ensaye de aproximadamente 3 litros

nota 2: el uso de la placa base facilita la ubicación del cono de densidad, proporciona un apoyo más sólido en suelos blandos y permite reducir perdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase

1. macrocono: es un aparato medidor de volumen, de forma similar al descrito anteriormente, construido proporcionalmente a una escala mayor y que utiliza la misma válvula. El diámetro del macrocono es de 12” y su recipiente tiene una capacidad aproximada de 35 litros.

        Este equipo permite el control de capas de suelo de espesor mayor que 20              cm y de hasta 150 mm (6”) de tamaño máximo absoluto de partículas.

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

La densidad de esta arena debe ser calibrada con una medida volumétrica              de altura igual al espesor de la capa por controlar

B)  depósito para calibración de la arena

1. en el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de forma cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica entre 3 y 3,5 litros.
2. en el caso del macrocono, el depósito consiste en un recipiente metálico, también de forma cilíndrica, de 300 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica aproximada de 21 litros

• balanzas; una con capacidad de 20 kg y resolución de 1g cuando se utilice el cono convencional, y otra de 50 kg y resolución de 10 g cuando se use el macrocono
• equipo de secado
• envases; recipientes herméticos con tapa,  bolsas de polietileno u otros recipientes adecuados para contener las muestras y la arena de ensaye
• herramientas y accesorios; picota, chuzo, pala, para despejar o alcanzar la cota del punto de medición; combo, cuchillo, martillo, cincel, tamices, poruña, espátula, brocha, huincha de medir, para cavar la perforación de ensaye; termómetro y placas de vidrio para calibrar los depósitos, regla metálica para enrase, libreta de apuntes y/o fichas de registro de datos

2.3     MATERIALES   arena normalizada de ensaye

• se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadas y comprendidas entre 2 mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en horno a 110 ± 5 ºC

• para calibrar la arena deben efectuase cinco determinaciones de su densidad aparente empleando la misma muestra representativa, de acuerdo con 2.4.2

• para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las cinco determinaciones efectuadas no deberá exceder de 1,5 % respecto de la media aritmética de ellas

2.4     CALIBRACIÓN DE LA ARENA DE ENSAYE

2.4.1 determinación de la capacidad volumétrica del depósito

1. coloque el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal
2. llene el deposito con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y exceso de agua
3. determine la masa de agua que llena el depósito (mw), aproximando a 1 g
4. mida la temperatura del agua y determine su densidad (ρw), de acuerdo con Tabla Nº  1
5. determine y registre la capacidad volumétrica (Vm), aproximando a 1 cm3, dividiendo la masa de agua que llena el depósito por su densidad:

                 Vm = mw / ρw

Tabla N º  1

Densidad del agua en función de la temperatura

                                                    Fuente: NCh 1532 Of. 1980.

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