ENSAYO DE DENSIDAD EN CAMPO MÉTODO DE CONO Y ARENA

ENSAYO DE DENSIDAD EN CAMPO

MÉTODO DE CONO Y ARENA

PRESENTADO POR:

Nicanor Antonio  Díaz  

Carlos de león

José Alfredo  petro

Carlos Mario

María Fernanda miranda

ASIGNATURA:

SUELOS I Y SU LABORATORIO

Ing  William Montiel

UNIVERSIDAD DEL SINÚ

CAMPUS ELIAS BECHARA ZAINUM

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

MONTERÍA

2014

Cuando se van a realizar obras de ingeniería, es muy común tener que realizar rellenos para la nivelación de terrenos o para aumentar la resistencia al corte de los mismos, esto se hace con materiales que sean actos para dicha labor.

Los ensayos como el de cono y arena, se realizan con el fin de verificar la obtención en el campo de cierto grado de compactación del material compactado, de acuerdo a un ensayo de compactación realizado previamente en el laboratorio; proctor estándar o proctor modificado. La recomendación del grado de compactación necesario para el proyecto, es dada por un ingeniero con conocimientos en geotecnia. El grado de compactación para el terreno varía de acuerdo con el tipo de obra a realizar, uno de estos parámetros es el peso de la estructura.

El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno, ha sido un gran reto para la mecánica de suelos, esta determinación se realiza para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente. Este parámetro se puede medir con equipos nucleares, con el balón de goma o con el método del cono y arena. Este informe expone un ejemplo de cálculo de densidad in situ para el método del cono y arena.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar con el cono y arena la densidad en campo de un material de relleno

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Excavar un pequeño hoyo en el terreno y determinar el peso del material extraído
• Calcular la humedad del material
• Determinar la densidad seca del material de relleno

MARCO TEÓRICO

COMPACTACIÓN DE SUELOS

Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos.

En general implica una reducción de los vacíos, y como consecuencia de ello, en el suelo ocurren cambios volumétricos de importancia, ligados a la pérdida de aire, porque por lo común no se presenta expulsión de agua. Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia al corte, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad. Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como terraplenes para caminos.

CONTROL DEL GRADO DE COMPACTACIÓN EN OBRA

El grado de compactación  se define como la relación, en porcentaje, entre la densidad seca alcanzada en obra y la densidad máxima seca obtenida en laboratorio para el mismo suelo, ya sea por medio de un ensayo proctor estándar o modificado.[pic 1]

                                Ecuación 1[pic 2]

De acuerdo con esta definición, podemos ver que es importante calcular la densidad en campo de los rellenos artificiales, con el fin de verificar en qué grado de compactación se encuentra el suelo. Los métodos más comunes para la determinación de la densidad en campo son:

• Método de cono y arena
• Método de la membrana de goma
• Densímetros nucleares

ESPECIFICACIONES DE LA ARENA

La arena para el ensayo del cono, debe cumplir con una serie de especificaciones con el fin de obtener resultados confiables de densidad, entre las cuales se encuentran:

• Debe estar libre de humedad
• Debe estar libre de finos, por lo que debe ser lavada
• Debe ser uniforme; pasar el tamiz N° 16 y ser retenida en el tamiz N° 30

Ecuaciones necesarias para el cálculo de la compactación de un suelo en campo por medio del método cono y arena

                                                                        Ecuación 2[pic 3]

                                                                        Ecuación 3[pic 4]

                                                                        Ecuación 4[pic 5]

Donde:

        [pic 6]

        [pic 7]

        [pic 8]

        [pic 9]

        [pic 10]

        [pic 11]

        [pic 12]

PROCEDIMIENTO

EN EL LABORATORIO

• Se toma la masa del cono + arena inicial
• Se deja el cono con la boca hacia abajo y la válvula abierta, encima de la plataforma metálica del mismo, y se deja caer la arena por gravedad hasta que esta no siga pasando, esto se realiza en una superficie lisa
• Se toma la masa del cono + arena final
• La diferencia entre masa de arena inicial y masa de arena final, nos da como resultado la constante del cono
• Este procedimiento se realiza tres veces y se promedia
• Con este resultado promedio obtenemos la constante del cono

• Se procede a medir la masa y el volumen de un cilindro
• Se toma la masa del cono + arena inicial
• Se deja caer la arena por gravedad dentro del cilindro hasta que este se llene y luego se enrasa el borde del mismo
• Se mide la masa del cilindro + la arena dentro del mismo
• Si le restamos la masa del cilindro al anterior dato, obtenemos la masa de la arena dentro del cilindro
• Se realiza tres veces el procedimiento de cálculo de la masa dentro del cilindro y se promedia
• Una vez conocido el volumen del cilindro y la masa de arena dentro del mismo, podemos conocer la densidad de la arena

Una vez conocida la constante del cono y la densidad de la arena, podemos ir al campo a realizar el número de ensayos necesarios, siempre y cuando se limpie la arena después de cada ensayo con el fin de disminuir el error que se puede presentar por la suciedad de la misma (la arena se limpia pasándola por el tamiz N° 30 y reteniéndola en el N° 16). Es importante tener en cuenta que el terreno al que se le desea calcular la densidad no se encuentre con un grado de humedad excesivo, puesto que esto genera cambios volumétricos a la arena y nos produce errores de cálculo.

EN EL CAMPO

• Se mide la masa del cono + arena inicial
• Se ubica la plataforma metálica del cono en el lugar donde se desea calcular la densidad y cavamos con un cincel un hueco de igual diámetro al de la plataforma y 10 cm de profundidad aproximadamente
• Se mide la masa del material extraído del hueco, en su estado natural
• Una vez cavado el hueco y extraído el material, montamos el cono sobre la plataforma con la válvula abierta y esperamos a que deje de pasar la arena
• Se retira el cono y se toma la masa del cono + arena final
• Con la masa inicial menos la final calculamos la masa de arena usada en el ensayo
• Restándole a la cantidad de arena usada en el ensayo, la constante del cono, obtenemos la cantidad de arena dentro del hueco. Con esto podemos calcular el volumen del hueco por medio de la ecuación 2
• Con la masa del material extraído del hueco y el volumen del mismo, obtenemos la densidad húmeda del suelo, por medio de la ecuación 3
• Se toma ahora una pequeña muestra de material, que esté libre de grava (material pasante por el tamiz N°4) y se calcula la humedad por medio del humedómetro
• Se realiza el proceso con el humedómetro tres veces y se promedia, con esto calculamos la humedad del material extraído del hueco
• Ahora con los resultados de humedad y densidad húmeda se calcula la densidad seca del material compactado, por medio de la ecuación 4

• En el caso de tener la densidad seca máxima del material de relleno hallada por medio de un método proctor en el laboratorio, se calcula el grado de compactación por medio de la ecuación 1

EQUIPOS UTILIZADOS

EN EL LABORATORIO

• Balanza
• Cono
• Plataforma del cono
• Cilindro

EN EL CAMPO

• Balanza
• Cono
• Plataforma del cono
• Martillo
• Cincel
• Cuchara para extraer el material del hueco
• Recipiente N° 03
• Tamiz N° 4
• Equipo del humedómetro (balanza, carburo, cuchara, etc.)
• Tamices N° 16 y N° 30 para limpiar la arena

RESULTADOS

EN EL LABORATORIO

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