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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL CAMPO 1Por: Herbert Daniel Flores Y.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN DE

AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

CURSO: PAVIMENTOS

JEFE DE PRCTICAS: Bch. Marisol Llamoca

PRCTICA # 07 REF. Norma ASTM D 1556, MTC E

117 2000 AASHTO T 191-61

TEMA: DENSIDAD DEL SUELO IN SITU POR EL

MTODO DEL CONO DE ARENA

NOMBRE: Herbert Daniel Flores Yancachajlla

CUI: 20084127

GRUPO: B

DA/ HORARIO: Mircoles 11-1:00 pm

AREQUIPA-PER



TEMA: DENSIDAD DEL SUELO IN SITU POR EL MTODO DEL CONO DE ARENA

REF. Norma ASTM D 1556-90, MTC E 117 2000 - AASHTO T 191-61

1.-OBJETIVOS:

Determinar la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el mtodo del

cono de arena.

Relacionar la densidad seca de campo con la densidad seca mxima obtenida en el

laboratorio, obtenidas de los diferentes mtodos de compactacin de laboratorio.

2.-ALCANCE

A. MTODO DEL CONO DE ARENA

Este mtodo se emplea para la determinacin de la densidad de suelos en el lugar (in situ), utilizando un equipo denominado cono de arena.

Este mtodo de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales gruesos con un dimetro mayor a 1 pulg. (38 mm).

Cualquier suelo u otro material, que pueda ser excavado con herramientas de mano, puede ser ensayado siempre que los vacos o aberturas de los poros en la masa

sean lo suficientemente pequeos para prevenir que la arena usada en el ensayo

penetre en los vacos naturales. El suelo u otro material a ensayarse deber tener la

suficiente cohesin o atraccin entre partculas para mantener estables los lados

de un pequeo hoyo o excavacin.

Este deber ser lo suficientemente firme y consistente para soportar las pequeas

presiones ejercidas al excavar el hoyo y colocar el aparato sobre l, sin que se

deforme o se caiga.

Es prctica comn en la profesin de ingeniera utilizar corrientemente unidades de medida para representar tanto unidades de masa como unidades de fuerza. Esto

implcitamente combina dos sistemas de unidades diferentes, esto es, el sistema

absoluto y el sistema gravitacional. Cientficamente, no es recomendable combinar

el uso de dos clases diferentes de unidades dentro de una norma simple. Este

mtodo de ensayo ha sido elaborado utilizando el sistema gravitacional de unidades

cuando se tratan las unidades en el sistema de centmetros y gramos. En este

sistema, el gramo (gf) representa una unidad de fuerza (peso). Sin embargo, el uso

de balanzas o escalas para registrar medidas de masa (gm) o para registrar la

densidad en gm/cm3 puede establecerse como conforme a este mtodo de

ensayo.



B. GENERALIDADES.

Cuando el trabajo de compactacin va progresando en el campo, es conveniente saber si

el peso volumtrico especificado se est logrando o no. Esto se conoce como control de

compactacin de campo. Esta verificacin se logra con varios procedimientos estndares,

nosotros utilizaremos el mtodo ms comnmente usado, EL METODO DEL CONO DE ARENA. Bsicamente el mtodo consiste en determinar el peso del suelo hmedo de una pequea

excavacin de forma irregular (hueco) hecho sobre la superficie del suelo.

Se determina el volumen de dicho hueco y la densidad hmeda del suelo en el sitio

(densidad in situ) peso volumtrico hmedo del campo. Se calcula simplemente como:

Peso del suelo hmedo

hmeda= ------------------------- Volumen del hueco

El mtodo del cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del

agujero. La arena utilizada (a menudo arena de Otawa) es generalmente material que pasa el

tamiz No. 20 y esta se encuentra retenida por el tamiz No. 30 . Aunque el material menor

que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 40 o el material menor que el tamiz No. 30

y mayor que el tamiz No. 50 puede tambin utilizarse, generalmente es deseable tener una

arena uniforme o de un solo tamao para evitar problemas de segregacin (un volumen de arena fina puede pesar ms que un volumen de arena gruesa, pero un volumen de la

mezcla puede pesar an mas) de forma que en las mismas condiciones de vaciado puedan

lograrse la misma estructura del suelo y duplicacin requerida.

C. RESUMEN DEL MTODO

Se cava a mano un orificio de prueba en el suelo donde se va a ensayar y todo el material

extrado del orificio es recuperado en un contenedor. Se llena el orificio con arena de

densidad conocida en cada libre y se determina el volumen. La densidad hmeda del suelo

in situ se determina dividiendo la masa hmeda del material removido entre el volumen del

orificio. Se determina el contenido de humedad del material del orificio y se calcula la masa

seca del material y la densidad seca del lugar, utilizando la masa hmeda del suelo, el

contenido de humedad y el volumen del orifico.

D. SIGNIFICADO Y USO

Este mtodo es muy difundido para determinar la densidad de suelos compactados utilizados en la construccin de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y

estructuras de relleno. Es comnmente utilizado como base de aceptacin para

suelos compactados a una densidad especfica o a un porcentaje de densidad

mxima determinada por un mtodo de ensayo normado.

Este mtodo puede ser usado para determinar la densidad in-situ de depsitos de suelos naturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar.

3.-DESARROLLO Y PROCEDIMIENTO

3.1.-EQUIPO

- Densmetro o cono metlico.

- Placa base metlica con un crculo hueco.

- Recipiente de plstico metal de 4000 cm de

capacidad aproximadamente.



- Dos bolsas conteniendo arena calibrada (2030) seca, una con peso de 2.00 kg

y la otra con peso de 4.00kg.

- Cincel de acero liso de 5/8 de dimetro y una altura de 25 cm de longitud aproximadamente.

- Cuchara.

- Brocha de 4.

- Mazo de dos libras y media de peso.

- Taras para el contenido de humedad.

- Balanza con precisin de 0.1 gramo y capacidad de 2.0 kg.

- Balanza con precisin de 1.0 gramo y capacidad de 25 kg.

- Horno con temperatura constantes de 1105C.

- Pala y barra ( si fuese necesario)



3.2.- PROCEDIMIENTO

a) PREPARACIN DEL MATERIAL.

Trabajo de laboratorio.

1.-Calibrar la arena a utilizar, cribndola por los tamices No. 20 y No. 30 desechando lo

que retenga el tamiz No. 20 y lo que pase el tamiz No. 30.

2.-Determinarle el peso volumtrico seco suelto de la arena calibrada.

3.-Pesar la arena y obtener dos pesos de arena (para cada ensaye) de 2.0Kg y 4.0kg.

Depositar la arena en bolsas e identificar estas.

b) TRABAJO DE CAMPO.

4.-Limpiar con la brocha todo el suelo suelto del rea donde se realizar el ensaye.

5.-Colocar la placa base. Esta no debe de moverse hasta que se termine el ensaye.

Factor de calibracin.

6.-Colocar el cono sobre la placa base (el hueco de la placa base debe de coincidir con el

cono). Verificar que la vlvula de pase este cerrada.

7.-Verter sobre el cono superior el contenido de la bolsa con arena (peso 2.0kg). Anotar

la identificacin de la bolsa.

8.-Abrir vlvula de pase y dejar caer la arena hacia el cono inferior y el suelo. Cuando la

arena deje de verter, cierre la vlvula.

9.-La arena que qued (sobrante) en el cono superior depostela en la bolsa que contena

los 2.0 k de arena.

Excavacin.



10.-Retire el densmetro (cono) de la placa base y comience a excavar sobre el suelo con

ayuda del mazo y el cincel hasta una profundidad de 10 a 15 centmetros, como se lo

indica el Instructor de la clase.

11.-Deposite el suelo extrado en el recipiente volumtrico, colocndole la tapa para evitar

perder la humedad natural del suelo. Anote la identificacin del recipiente.

12.-Coloque el cono sobre la placa base (como se indic en el paso No. 6).

13.-Vierta el contenido de arena de 4.0 kg de peso sobre la parte superior del cono.

14.-Abra la vlvula de pase y deje que la arena fluya hacia la parte inferior del cono y el

hueco (excavacin) hasta llenar estos.

15.-Cuando la arena deje de fluir, cierre la vlvula y la arena sobrante en el parte superior

del cono depostela en la bolsa que contena los cuatro kilogramos de arena.

16.-Retire de la excavacin la arena usada y depostela en un balde, esta arena se lavara y

se volver a cribar para usarse en otro ensaye.

Laboratorio.

17.-Determine el peso hmedo del suelo excavado en la balanza de 1.0 de precisin y

anote su peso.

18.-Tome una pequea muestra representativa del suelo excavado y determine el peso

hmedo (para determinarle su contenido de humedad), depostela en una tara anote su

identificacin.

19.-Deposite la tara con la muestra hmeda en el horno, djela por veinticuatros horas a

una temperatura de 1105 C. hasta obtener peso constante (peso seco).

20.-Pese las arenas sobrantes, en el factor de calibracin y en la excavacin y anotes sus

pesos.

7. PROCEDIMIENTO MTC

1) Seleccione una ubicacin/elevacin que sea representativa del

rea que se va a probar y determin la densidad del suelo in-situ

de la siguiente manera:

I. Inspeccione el cono por si hubiera algn dao, la rotacin

libre de la vlvula y cercirese 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 segn el Anexo A2 del MTC E

117, y determine la masa total.

II. 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.



III. Coloque el plato de base sobre la superficie plana, asegurndose 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 trminos, sin disturbar

el suelo que se va a probar.

IV. En suelos donde la nivelacin no es exitosa o la superficie presenta vacos, el

volumen que se expulsa horizontalmente y que est limitado por el embudo, el plato

y la superficie del terreno debe determinarse mediante un ensayo preliminar. Llene

el espacio con arena del aparato, determine la masa de la arena utilizada para llenar

el espacio, rellene el aparato y determine una nueva masa.

V. Cave el hoyo de prueba a travs del orifico central en el plato de base, teniendo

cuidado de evitar que se disturbe o se deforme el suelo que delimitar el orificio.

Los volmenes del orifico de prueba sern tan grandes como

para que sean prcticos y minimicen los errores, y en ningn

caso sern ms pequeos que los volmenes indicados en la

Tabla N 1 para el tamao mximo de la partcula del suelo

removido del orificio de prueba. Los lados del orificio deben

inclinarse levemente hacia adentro, y la parte central debe ser

razonablemente plana o cncava. El orifico debe mantenerse lo

ms libre posible de vacos, salientes y obstrucciones fluidas

ya que esto afectara la exactitud de la prueba. Los suelos que

son esencialmente granulares requieren extremo cuidado y

tambin requieren que se cabe un orificio de prueba de forma cnica. Coloque todo

el suelo excavado y cualquier otro suelo que se haya soltado durante la excavacin,

en un contenedor hermtico que est marcado para identificar el nmero de

prueba. Tenga cuidado de evitar la prdida de cualquier material. Proteja este

material de cualquier prdida de humedad hasta que se haya determinado la masa y

se haya obtenido la muestra para la determinacin del contenido de agua.

VI. 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 posicin que se

marc durante la calibracin (vase Anexo A1). Elimine o minimice en el rea de

prueba las vibraciones que pueda causar el personal que realiza la prueba o el

equipo que se utiliza. Abra la vlvula 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

est corriendo. Cuando la arena deje de fluir, cierre la vlvula.

VII. Determine la masa del aparato con la arena restante, regstrela y calcule la masa de

la arena utilizada.



VIII. Determine y registre la masa del material hmedo que se extrajo

del orifico de prueba. Cuando se requiera correcciones del

material de mayor tamao, determine la masa de este material en

la malla apropiada y regstrela, teniendo cuidado de evitar

prdidas de humedad. Cuando se requiera, efecte las

correcciones apropiadas para el material de mayor tamao

utilizando la Prctica ASTM D4718.

IX. Mezcle el material cuidadosamente y obtenga un espcimen

representativo para determinar el contenido de hmedo o, en

todo caso, utilice una muestra completa.

X. Determine el contenido de humedad de acuerdo al Mtodo de Ensayo MTC E 108.

2) Los especmenes para el contenido de humedad deben ser lo

suficientemente grandes y seleccionados de tal manera que

representen todo el material obtenido del orificio de prueba. La masa

mnima de la muestra para determinar el contenido de agua es aqulla

que se requiere para dar valores del contenido de humedad exactos

al 1%.

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACION

A1.2.3 MTODO A:

A1.2.3.1 Llene el aparato con la arena que est seca y condicionada al mismo estado

anterior, durante el uso en la prueba.

A1.2.3.2 Determine la masa del aparato lleno con arena, g.

A1.2.3.3 Coloque el plato base en una superficie plana, nivelada y limpia. Inserte el

contenedor/aparato y coloque el embudo en el orificio central rebordeado en el plato base.

Marque e identifique el aparato y el plato base de tal manera que ambos puedan

identificarse y reubicarse en la misma posicin durante la prueba.

A1.2.3.4 Abra completamente la vlvula hasta que la arena deje de fluir, asegurndose de

que el aparato, el plato base o la superficie plana no se agite o vibre antes de que se

cierre la vlvula.

A1.2.3.5 Cierre bien la vlvula, saque el aparato y determine la masa del aparato y la arena

restante. Calcule la masa de la arena utilizada para llenar el embudo y el plato base como la

diferencia entre la masa inicial y final.

A1.2.3.6 Repita el procedimiento por lo menos tres veces. La variacin mxima entre

cualquiera de las determinaciones y el promedio no debe exceder el 1%. Utilice el

promedio de las tres determinaciones para este valor en los clculos del ensayo.

CALIBRACION DE LA DENSIDAD DE LA ARENA

A2.1 ALCANCES

A2.1.1 Este anexo se utiliza para determinar la densidad volumtrica (calibracin) de la

arena que se va a utilizar en este mtodo de prueba.

A2.1.2 La calibracin determina la densidad promedio de la arena que se va a utilizar para

calcular el volumen del orificio de prueba.



A2.2 EQUIPO REQUERIDO

A2.2.1 Contenedor. Seleccione un contenedor de volumen conocido que sea aproximadamente de la misma medida y permite que la arena caiga aproximadamente la

misma distancia que el orificio excavado durante la prueba de campo. Se recomienda utilizar

los moldes de 1/30 pies3 (944 cm3) y de 1/13,33 pies3

(2 124 cm3) que se especifican en el Mtodo de Ensayo

MTC E 115 y MTC E 116, o el molde de 0,1 pie3 (2 830

cm3) especificado en el Mtodo de Ensayo ASTM D4253.

A2.2.2 Aparto de Cono de Arena. Utilice un aparato de cono de arena del mismo tamao y diseo como el que se

utilizar durante la prueba de campo.

A2.2.2.1 Las caractersticas de flujo se han mostrado a

travs del ensamblaje de valores diferentes para causar

valores de densidad volumtrica diferentes. La determinacin

de la densidad volumtrica ser requerida para cada aparato

o menos que se determine que otros aparatos dan los

mismos resultados.

A2.2.3 Balanza. Una balanza que tenga una capacidad suficiente como para determinar la masa del contenedor de

calibracin llenada con arena. Para contenedores de 0,500

pies3 (14 200 cm3), se requiere una balanza que tenga una

capacidad mnima de 50 1b (20kg) y rena los

requerimientos de la Especificacin ASTM D4753, para una

lectura de 0.01 lb (5 g).

A2.2.4 Regla recta metlica. de alrededor de 2 pulg. (50 mm) de ancho, al menos 1/8 pulg. (3mm) de espesor y un largo de aproximadamente 1,5

veces ms del dimetro del contenedor de calibracin.

A2.3 DETERMINACIN DE LA DENSIDAD VOLUMTRICA

A2.3.1 Llene el aparato ensamblado con arena. La arena debe secarse y acondicionarse al

mismo estado anterior durante el uso.

A2.3.2 Determine y anote la masa del contenedor de calibracin cuando est vaco.

A2.3.3 MTODO A (Preferible):

A2.3.3.1 Cuando el contenedor de calibracin tenga el mismo dimetro que el orificio

central rebordeado en el plato base, invierta y centre el aparato llenado de arena y el

plato base en el contenedor de calibracin.

A2.3.3.2 Abra la vlvula completamente y deje que la arena llene el contenedor. Cuando la

arena deje de fluir, cierre la vlvula.

A2.3.3.3 Determine la masa del aparato y de la arena restante. Calcule la masa neta de la

arena en el contenedor de calibracin sustrayendo la masa de la arena contenida en el

cono y en el plato base (tal como se determina en el Anexo A1) y antela.



c) PROCEDIMIENTO DE CALCULO

Clculos:

1.-Calcule el volumen de calibracin (V1) en m.

Peso de arena usada en calibracin (kg)

V1 = --------------------------------------------------------------

Peso vol. seco suelto de arena calibrada (kg/m)

2.-Calcule el volumen total (V2) en m.

Peso de arena usada en excavacin (kg)

V1 = ------------------------------------------------------------

Peso vol. seco suelto de arena calibrada (kg/m)

3.- Calcule el volumen de excavacin (Vexc.

). en m.

Vexcv.

= V2 V

1

4.- Calcule el peso volumtrico hmedo del sitio en kg/m.

Peso del suelo hmedo excavado (kg)

hmeda in situ = ------------------------------------------- Volumen de excavacin (m)

HACER UNA CORRECCION POR GRAVA

5.-Calcule el peso volumtrico seco del sitio en kg/m.

hmeda in situ

seca o d in situ = ----------------------------------

(1 + contenido de humedad)

6.- Calcule el porcentaje de compactacin (% compact.).

d in situ

% compac = -----------------------

d mximo



4.-MEMORIA DE CLCULO

I. DATOS OBTENIDOS

PARA LA CALIBRACION DE LA ARENA

a. PESO INICIAL Y FINAL PARA EL CONO DE CORRECION

b. PARA LA DENSIDAD DE LA ARENA

Peso del molde

de proctor (g):

5128

W proctor +

arena (g)

8330

8330

8332

h (cm) D (cm)

Dimensiones del

proctor (cm)

11.700 15.270

11.705 15.270

11.715 15.270

11.707 15.270

c. DATOS OBTENIDOS EN EL CAMPO (IN SITU)

W arena+cono inicial (g) 6734

W arena+cono final (g) 1450

W bolsa (g) 10

W suelo hm+grava+bolsa

(g)

4682

W grava hm (ret 3/4'')

(g)

1126

V grava (cm3) 417

Para el contenido de humedad:

W suelo hm + recipiente

(g)

251.64

W suelo seco + recipiente

(g)

240.52

W recipiente (g) 27.04

W

inicial

W final

W cono + arena

(g)

5873 4229

5874 4226

5875 4234



II. CLCULOS

CALCULO DEL PESO DEL CONO DE CORRECCION

CALCULO DE LA DENSIDAD DE LA ARENA

CALCULO DE LA DENSIDAD SECA DEL SUELO POR EL MTODO DEL CONO DE

ARENA

W arena+cono inicial (g) 6734

W arena+cono final (g) 1450

W cono de correccin (g) 1644

W arena en el hoyo (g) 3640

arena (g/cm3) 1.494

V' hoyo (cm3) 2436.4

W bolsa (g) 10

W suelo hm+grava

hm+bolsa (g)

4682

W grava hm (ret 3/4'') (g) 1126

W suelo hm (g) 3546

V grava (cm3) 417.0

V hoyo (cm3) 2019.41

suelo hm (g/cm3) 1.756

W cono + arena

(g)

W cono de

correccin (g)

W inicial W final

5873 4229 1644

5874 4226 1648

5875 4234 1641

PROMEDIO 1644.3

Peso del molde

de proctor (g):

5128

W proctor +

arena (g)

W arena (g)

8330 3202

8330 3202

8332 3204

PROMEDIO 3202.7

h (cm) D (cm)

Dimensiones del

proctor (cm)

11.700 15.270

11.705 15.270

11.715 15.270

PROMEDIO 11.707 15.270

V proctor (cm3) 2143.9

arena (g/cm3) 1.494

Para el contenido de humedad:

W suelo hm + recipiente

(g)

251.6

W suelo seco + recipiente

(g)

240.5

W recipiente (g) 27.0

w (%) 5.21

Para la densidad seca del suelo:

suelo seca (g/cm3) 1.669



5.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El peso del cono de correccin es =1644.3 g que es el promedio de 3 ensayos

sucesivos.

La densidad de la arena se determina conociendo el volumen de un recipiente, y

pesando su contenido, de como minimo 3 ensayos sucesisvos, y se obtuvo un valor

de

El contenido de humedad de la base extraida es:

Se obtiene una densidad en estado natural (humeda) de:

suelo hm (g/cm3)

1.756

Se obtiene una densidad seca de:

No existe un valor de referencia aceptado para este mtodo de ensayo, por lo tanto, la confiabilidad no puede ser

determinada.

Como regla general, no es recomendable la arena con segundo uso. La mayora de las arenas tiene tendencia a absorber la humedad de la atmsfera.

Una muy pequea cantidad de humedad absorbida puede hacer un cambio sustancial

en la densidad y el volumen. En reas de alta humedad o donde la humedad cambia

frecuentemente, la densidad y el volumen pueden necesitar ser determinados en un

tiempo mayor a los 14 das de intervalo mximo indicado. La necesidad de

revisiones ms frecuentes pueden determinarse comparando los resultados de

diferentes pruebas de densidad y volumen en la misma arena, hecha en diferentes

condiciones de uso por encima de un perodo de tiempo.

Este mtodo de ensayo no es adecuado para suelos orgnicos, saturados o altamente plsticos que podran deformarse o comprimirse durante la excavacin

del hoyo de ensayo. Este mtodo de ensayo puede no ser adecuado para suelos

que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados

estables en el orificio de ensayo; tampoco para suelos que contengan una cantidad

considerable de material grueso mayor de 1 pulg. (38 mm), ni para suelos

granulares que tengan altos porcentajes de vacos.

6.-BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS WEB

Apuntes de clases: Pavimentos Ing. Jean Paul Paredes

Apuntes de laboratorio de mecnica de suelos 1- Ing. Juan Carlos Zevallos Aroni-

2012

Competencias tcnicas de laboratorista en mezclas asflticas. UTPL Loja Ecuador

Manual de laboratorio de pavimentos, FIC-UNI

MTC 117-2000

arena (g/cm3) 1.494

w (%) 5.21

suelo seca (g/cm3)

1.669

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