65028142 ensayo cono y arena

8/13/2019 65028142 Ensayo Cono y Arena

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ENSAYO CONO Y ARENA

MARCO TEORICO

La densidad relativa es una propiedad ndice de estado de los suelos que se emplea normalmenteen gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad de partculas menores que0.074 mm. (Malla # 200). La densidad relativa indica el grado de compactacin del material y seemplea tanto en suelos naturales como en rellenos compactados.

Segn la norma, el porcentaje de finos no debe sobrepasar un 12% para que la densidad relativasea aplicable. Para mayores contenidos de finos se utiliza por tanto el ensayo de compactacin. Larazn de esta limitacin reside en la ineficacia del procedimiento de vibrado utilizado en ladeterminacin de la densidad mxima. En casos lmites, se recomienda realizar, tanto el ensayo dedensidad relativa como el de compactacin, cuando el porcentaje de finos se encuentra entre 10 y12%, conservando los resultados del mejor de ellos. Hay que hacer notar que el ensayo dedensidad relativa puede ser vlido en suelos que superan el contenido de finos indicado cuandostos no poseen plasticidad alguna, como es el caso de algunos materiales de relaves (residuos dela lixiviacin de minerales, por ejemplo, de cobre) y finos tales como el polvo de roca.

La densidad relativa tiene gran aplicacin en geotecnia debido a las correlaciones que existen conotros parmetros de ingeniera tales como el ngulo de roce interno y la resistencia a la

penetracin de cuchara normal. Por otra parte, muchas frmulas que permiten estimar losasentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, estn basadas en ladensidad relativa. Existen sin embargo dificultades para determinar la densidad relativa en suelosgranulares de grandes tamaos.

Ya que la obtencin de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menosque ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, ladensidad relativa adquiere importancia porque permitira reproducir esta condicin de estado enel laboratorio.

MTODO DEL CONO Y LA ARENA (D 1556 DE LA ASTM)


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Un suelo natural o compactado requiere la determinacin de la densidad in situ. En la mayora delos casos, esta determinacin se realiza utilizando el mtodo del cono de arena. Cuando el trabajode compactacin va progresando en el campo, es conveniente saber si el peso volumtricoespecificado se est logrando o no. Dentro de esto existe un procedimiento estndar que se usapara determinar el peso especfico de campo de compactacin.

El aparato usado en este mtodo consiste en un recipiente de vidrio o plstico con un cono demetal unido a su parte superior. El recipiente se llena con arena Ottawa seca muy uniforme. Sedetermina el peso del envase, del cono y de la arena que llena el recipiente (W1). En el campo seexcava un pequeo agujero en el rea donde el suelo fue compactado. Si el peso del suelohmedo excavado del agujero (W2) se determina y se conoce el contenido de agua del sueloexcavado, el peso seco del suelo (W3) se obtiene con:

W3= W2/(1+(w(%)/100) ) (1)

Donde w = contenido de agua

Despus de excavado el agujero, el cono con el recipiente unido a l se invierte y se coloca sobreel agujero. Se permite que la arena fluya del envase al agujero y al cono. Una vez que el agujero yel cono estn llenos, se determina el peso del recipiente, del cono y de la arena restante en elenvase (W4), de modo que:

W5=W1 = W4 (2)

Donde W5 = Peso de la arena para llenar el agujero y el cono.

CONCLUSIN

Esta prctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer elgrado de compactacin de una capa en campo, es muy sencilla, no necesitamucho tiempo (con excepcin de esperar a que se seque la muestra extrada de lacala), adems de que la informacin que nos proporciona es muy cercana a larealidad.

INFORME N 2

DISEO MODERNO DE PAVIMENTOS


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NOMBRE DE LA PRACTICA.

DENSIDAD NATURAL METODO : CONO DE ARENA.

1.- RESUMEN.

Mediante el uso del mtodo del cono de arena se logra determinar la densidad o masa unitaria delsuelo en el sitio o campo, este mtodo tambin es utilizado para hallar el grado de compactacindel suelo, el cual se aplica para establecer un mejoramiento del terreno para la construccin de

terraplenes, realizar un control de calidad de compactacin en subrasantes para carreteras.

2.- MARCO TEORICO.

La compactacin de suelos es un proceso artificial en el cual las partculas de suelo son obligadas aestar ms en contacto (unidas) las unas con las otras, mediante una reduccin de vacos,empleando algn medio mecnico, esto se realiza para mejorar las propiedades ingenieriles delsuelo.

La importancia de la compactacin de suelos radica en el aumento de la resistencia y disminucinen la capacidad de deformacin que se obtiene al someter al suelo a tcnicas, que aumenten elpeso especfico seco, disminuyendo los vacos.

Los mtodos empleados para la compactacin de suelos dependen del tipo de materiales con quese trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los mtodos

vibratorios son los ms eficientes, en tanto que en suelos plsticos el procedimiento de cargaesttica resulta el ms ventajoso. En la prctica, estas caractersticas se reflejan en el equipodisponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos.

Beneficios de la compactacin:


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a. Aumenta la capacidad para soportar cargas

b. Impide el hundimiento del suelo

c. Reduce el escurrimiento del agua

d. Reduce el esponjamiento y la contraccin del suelo

e. Impide los daos de las heladas

3.- OBJETIVOS.

- El objetivo principal de la prctica se centra en determinar mediante un ensayo (en el sitio dondese toma la muestra) la densidad o masa unitaria del suelo usando el mtodo del cono de arena.

- Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicacinal diseo o construccin.

- Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de informacin que se obtengan en el laboratorio para

adquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.

2.- EQUIPO Y MATERIALES

* Equipo de Cono de arena.

* Arena calibrada

* Balanza digital

* Cucharn* Cuchara

* Molde de proctor estndar

* Brocha

* Bolsas para material


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* Recipientes para la muestra.

*

* Recipiente plano para material.

3.- PROCEDIMIENTO.

* Primeramente, antes de ir al campo, se realiza el factor de correccin, pesando la arenagraduada que entra en el cono de arena, proceso que debe repetirse 2 o 3 veces y sacar unpromedio, el cual se utilizar en los clculos posteriores. Se realiz dos pesos, el primero de 910 gry el segundo de 1035 gr, en nuestro caso se tom el de 1035 gr.

* Luego se llena la arena graduada en el molde del proctor, para hallar su densidad, se haceen cada libre, luego se enraza y se limpia con la brocha lo que ha cado fuera del molde.

* Luego se pesa con el molde y da un peso de 4210 gr. El peso del molde slo es de 2920 gr,luego el peso de la arena es de 1290 gr.

* Luego para obtener el volumen del molde se mide el dimetro= 10 cm. Y su altura 13.4 cm.Por lo que el volumen es 1052.43 cm3.

* Con los datos obtenidos se halla la densidad , D = P/V -- D = 1290 gr /1052.43 cm3 . LuegoD = 1.22 gr/cm3.

* Posteriormente toda la arena graduada se vaca en el frasco y se realiza el pesado dearena + frasco con el cono = 5425 gr.

* Luego se va al campo y con la ayuda del plato del equipo de cono de arena se nivela elterreno y se excava un hoyo de forma cilndrica de dimetro igual a la abertura del plato y deaproximadamente 10 a 15 cms. de profundidad.

* El material producto de la excavacin es recogida en una bolsa plstica para llevarla a supesado y obtencin de la humedad. Hay que tener en consideracin que si se encuentra partculassuperiores a lo estndar del suelo, se deber escoger otro lugar para la excavacin y obtencin de

la muestra. ( En el laboratorio se obtuvo el peso de la muestra = 3020 gr.)

* Seguidamente una vez bien limpio y nivelado el hoyo excavado, se pone el cono en laabertura de la base (plato) y se deja caer la arena por gravedad, hasta quew se llene el hoyo y secierra la vlvula; luego se procede a pesar la arena que queda + el frasco = 1850 gr.


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* Nuevamente en el laboratorio con ayuda de una malla de se separa la grava mayor quese retiene y se pesa = 100 gr. Y se calcula su volumen por el mtodo de desplazamiento ayudadode la probeta graduada = 40 cm3.

* Todos los datos obtenidos se anotan en el formato correspondiente y se procede a hacer

los clculos para obtener la densidad del terreno.* Los resultados se comparan con los obtenidos previamente en el ensayo de proctor y

humedad ptima (para el caso en el casillero correspondiente se asumi el valor de mximadensidad).

4.- APLICACIONES DEL ENSAYO.

Este ensayo se utiliza sobre todo en los estudios de suelos para carreteras para determinar elgrado de compactacin del material de base o sub base de las mismas y tambin en los materialesque servirn para hacer rellenos compactados.

De igual modo el ensayo puede aplicarse en reservorios, estanques y represas.

5.- RESULTADO DEL ENSAYO.

Se obtiene la densidad seca natural del suelo, realizando los clculos que se muestran en anexoadjunto.

6.- CONCLUSIONES.

* El presente ensayo nos da informacin que grado de compactacin tiene el suelo y si est enun rango aceptable (generalmente entre 95 % y 105%) si los resultados estn por debajo de 95%entonces se dir que al suelo le falta compactacin y si est por encima, quiere decir que algo estmal y se tendr que tomar medidas correctivas necesarias.

7.- RECOMENDACIONES.


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* Se debe hacer el ensayo con las debidas precauciones y medidas de aproximacincorrespondientes, debido a que de los resultados depende la compactacin en mayor grado o node un suelo sobre todo en carretera, lo cual influye econmicamente en el costo de las obras.

* Se debe tener cuidado en la recogido de la muestra de campo y su traslado lo ms inmediatoposible al laboratorio para evitar propiedades como humedad y otros. Del mismo modo tratar derecoger la arena graduada sin mezcla del suelo, porque la misma servir para otros ensayossimilares.

OBJETIVO GENERAL

* Determinar mediante dos ensayos la densidad o masa unitaria del suelo usando el mtodo delCono de Arena y el de Densmetro Nuclear.

OBJETIVOS ESPECFICOS

* Determinar la densidad in-situ de una muestra de suelo aplicando Ensayo Cono de Arena.

* Conocer el funcionamiento y operacin de un Densmetro Nuclear.

* Comparar la compactacin obtenida por el ensayo de Cono de Arena con un valor referencialde Proctor.

* Determinar el peso unitario total, el porcentaje de humedad y el peso unitario seco, para unamuestra obtenida en campo por el mtodo del Cono de Arena y por el mtodo del Densmetronuclear.

* Calcular el porcentaje de Compactacin de una muestra de campo.

MATERIALES Y EQUIPO

Para el ensayo del Cono de Arena se utiliz:

* Cono


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* Placa base

* Cuchara

* Brocha

* Cincel y Porra

* Recipientes varios para manejo de la muestra y de la arena

Para el ensayo del Densmetro nuclear se utiliz:

* Densmetro nuclear

* Porra

* Bloque de calibracin

* Placa niveladora de terreno

* Cincel

* Porra

En los dos ensayos se utiliz una muestra de suelo obtenida del frente del edificio de ingenieracivil, 350, de la Universidad del Valle.

APLICACIONES

Estos ensayos se usan en obra para:

* Llevar un control de calidad de compactacin en subrasantes para carreteras.

* Aumentar la capacidad de soporte del suelo y reducir los asentamientos del terreno paraestablecer un mejoramiento del terreno en la construccin de terraplenes.

* Hoy en da es muy importante saber el estado de la superficie sobre la cual se quiere construirde acuerdo al uso que se le va a dar y una de las formas ms confiable es a travs de un


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Densmetro Nuclear, mtodo indirecto; y otro aun ms utilizado que a su vez es un mtodo msdirecto, el Cono de arena.

PROCEDIMIENTO

Mtodo del Cono de Arena:

1. Se obtuvo los pesos del cono, con la arena a utilizar, y de todos los recipientes.

2. Se llev el cono y los materiales al campo.

3. Se ubic la placa base en el suelo.

4. Se rompi el suelo con el cincel, a travs de la placa, para obtener la muestra a trabajar.

5. Se removi la muestra sin perder material y se pas por tamiz , regresando lo que no pasabaal hueco.

6. Se abri la llave del cono para dar paso a la arena que, en cuanto llen el hueco, dio paso alcerramiento de la llave.

7. Se levant el cono del sitio para llevar a tomar su peso de nuevo.

8. Debido al costo de la arena, se recoge del hueco para despus tamizar y lavar para poderlausar de nuevo.

Mtodo del Densmetro nuclear:

1. Se puso a cargar el densmetro.

2. Se traslado a campo.

3. Se ubic la Placa niveladora en el suelo, creando una superficie horizontal aproximada conadicin de arena.

4. Se ubic el densmetro, en el hueco hecho con la porra y el cincel a travs de uno de losagujeros de la placa, en el terreno.


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5. Se encendi el densmetro y se tomaron 2 mediciones, durante periodos de 4 minutos paramayor precisin.

DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO

Mtodo del Cono de Arena:

MUESTRA | |

Peso Cono + Arena inicial (Pi) | 6530 g |

Peso Cono + Arena final (Pf) | 3800 g |

Constante Cono (k) | 1670 g |

Peso Suelo (W) | 1211,93 g |

| 105 lb/pie3 |

| |

TESTIGO DE HUMEDAD | |

Recipiente | 33,93 g |

Recipiente + Muestra Total | 435,75 g |

Recipiente + Slidos | 381,86 g |

Muestra hmeda | 401,82 g |

Slidos | 347,93 g |

Mtodo del Densmetro Nuclear:

MEDICIN 1: | |

| 10,5 |

| |


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Compactacin (%) | 123 |

MEDICIN 2: | |

| 12 |

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| |

Compactacin (%) | 109,6 |

CLCULOS Y RESULTADOS

1. Peso de la arena que ocupa el hueco:

2. Volumen del hueco:

3. Densidad hmeda:

4. Porcentaje de humedad del suelo:

5. Densidad seca del suelo:

6. Porcentaje de compactacin:

CONCLUSIONES


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* Para el clculo del porcentaje de compactacin, se utiliz un peso especfico seco mximoasumido en el laboratorio.

* Debido que el porcentaje de humedad que mostr el suelo en el ensayo de Cono de Arena esms alto que el que se encontr en el ensayo del densmetro, era de esperarse que, de la misma

forma, el porcentaje de compactacin en primer ensayo fuera menor que en el segundo. A mayorcontenido de humedad, menor compactacin.

* Del ensayo del cono de arena, al ser un mtodo directo, se obtuvo el grado real decompactacin fue de un 93,45%, el cual est cerca al ptimo de compactacin que oscila entre95% y 100%, esto indica que la humedad presente en la muestra de suelo es suficiente paraalcanzar una compactacin adecuada.

DENSIDAD O MASA UNITARIA DEL SUELO EN EL TERRENO

MTODO DEL CONO DE ARENA

I.N.V. E 161 07

PRCTICA No.

Presentado por:

Presentado a:

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA CIVIL

SANTA MARTA

2011 - l

INTRODUCCIN


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La compactacin es el trmino que se utiliza para describir el proceso de densificacin de unmaterial mediante medios mecnicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir elcontenido de aire en los vacos en tanto se mantienen el contenido de humedadaproximadamente constante.

En la prctica, de compactacin se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan pararellenos en la construccin de terraplenes, pero tambin puede realizarse in situ con suelosnaturales en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactacin es mejorar las propiedades ingenieriles del material, talescomo:

* Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y lacapacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

* Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

* Disminuir la relacin de vacos y reducir la permeabilidad.

* Reducir el potencial de expansin, contraccin o expansin por congelamiento.

El grado compactacin de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante ladensidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactacin dependede la energa utilizada durante la compactacin, denominada energa de compactacin, tambindepende del contenido de humedad durante la misma.

Las relaciones tpicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energa decompactacin se obtiene a partir de ensayos de compactacin en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactacin en campo se mide a partir de un parmetroconocido como grado de compactacin, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluacininvolucra la determinacin previa del peso especfico y de la humedad optima correspondiente ala capa de material ya compactado. Este mtodo es para conocer el grado de compactacin, es unmtodo destructivo ya que se basa en determinar el peso especfico seco de campo a partir delmaterial extrado de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado

RESUMEN

Este ensayo tiene como finalidad establecer el peso unitario seco de los suelos en el terreno quecontengan partculas no mayores de 50 mm (2") de dimetro. El procedimiento consiste en que seexcava manualmente un agujero en el suelo que se va a ensayar y todo el material del hueco seguarda en un recipiente. Se llena el hueco con arena de densidad conocida, la cual debe fluir


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libremente, y se determina el volumen. Se calcula luego la densidad del suelo hmedo, in situ,dividiendo la masa del material hmedo removido por el volumen del agujero. Y por ltimo sedetermina el contenido de humedad del material extrado del hueco y se calcula su masa seca y ladensidad seca del suelo en el campo, usando la masa hmeda del suelo, la humedad y el volumendel hueco. El parmetro aqu medido es un indicador del grado de compactacin presente en las

subbases, bases granulares y afirmados de carreteras y que usualmente es comparado con el pesoespecifico mximo obtenido en laboratorio despus de realizar los ensayos de compactacinProctor o Proctor modificado para verificar si el material fue o no adecuadamente compactado.

PROCEDIMIENTO

Se mide el dimetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; despus se pesa el

cilindro con la base, se cierra la vlvula del cono, se coloca ste sobre las mariposas del cilindroevitando que se mueva, se abre la vlvula y se llena el molde con arena hasta que sta se derrame;se cierra la vlvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del contenedor y se enraza elcilindro ayudado por un elemento inocuo para evitar ejercer presin, se limpia la base con labrocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre elvolumen del cilindro nos proporcionar el peso volumtrico.

Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: sepesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana, se cierra la vlvula y secoloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga elmovimiento de la arena dentro del contenedor se cierra la vlvula y, se pesa el equipo con la arenasobrante.

El siguiente paso es la obtencin del peso volumtrico de campo, para ello se pesa el equipo conarena y la cpsula. En el campo, en el lugar en que se realizar la prueba se debe nivelar, colocar laplaca y trazar el dimetro de sta, se extrae el material procurando evitar prdidas hasta unaprofundidad de 8 a 10 cm. El material extrado deber colocarse en una bolsa de plstico paraevitar que pierda agua. Despus se coloca el cono sobre la base, se cierra la vlvula y cuando estlisto se abre la vlvula para que fluya la arena dentro del agujero y el cono, cuando se llenenambos elementos, se cierra la vlvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se pesa el materialextrado del agujero y de ah mismo se obtiene una muestra representativa que ser pesada paraobtener el contenido de humedad, con estos datos se obtiene el peso especfico seco mximo decampo y dividindolo entre el peso volumtrico seco mximo de laboratorio nos indica el grado decompactacin de campo


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CLCULOS

DATOS:

Wo cono y arena = 5644,8gr

Wf cono y arena = 1896,6gr

Wt material = 3376gr

w natural= 1,6%

Ccono=1643

1=1,37 gr/cm3

Warena que lleno el hueco=W0 cono y arena-Wf cono y arena

Warena que lleno el hueco=5644.8-1896,6

Warena que lleno el hueco=3748.2 gr

Vdel hueco=Warena que lleno el hueco- Ccono1

Vdel hueco=3748,2-16431,37

Vdel hueco=1536,64 cm3

Wmasa removida=100*Wt materialwnatural+100

Wmasa removida=100*33761,6+100

Wmasa removida=3322.83 gr

m=Wt materialVdel hueco

m=3748,21536,64

m=2,44 grcm3


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d=Wmasa removidaVdel hueco

d=3322,831536,64

d=2,16grcm3

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Esta prctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el grado decompactacin de una capa en campo, es muy sencilla, no necesita mucho tiempo (con excepcinde esperar a que se seque la muestra extrada del agujero), adems de que la informacin que nosproporciona es muy cercana a la realidad. Igualmente es coherente el dato obtenido e igualmentees de suma importancia tener ms de un punto de informacin para una aproximacin estadsticams rigurosa.

Es de vital importancia recomendar el seguimiento estricto de la norma INV E 161, dado aque resulta un ensayo simple, pero, no hay q escatimar que esos valores por cualquier descuido,pueden variar

DENSIDAD IN SITU (METODO DEL CONO DE ARENA)

vINTRODUCCIN

La compactacin es el trmino que se utiliza para describir el proceso de densificacin de un materialmediante medios mecnicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en losvacos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante.

En la prctica, de compactacin se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos enla construccin de terraplenes, pero tambin puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos demejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactacin es mejorar las propiedades ingenierles del material, tales como:

Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y lacapacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.

Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.

Disminuir la relacin de vacos y reducir la permeabilidad.
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Reducir el potencial de expansin, contraccin o expansin por congelamiento.

El grado compactacin de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. Ladensidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactacin depende de la energa utilizada durantela compactacin, denominada energa de compactacin, tambin depende del contenido de humedad durantela misma.

Las relaciones tpicas entre la densidad seca. El contenido de humedad y la energa de compactacin seobtiene a partir de ensayos de compactacin en el laboratorio.

La calidad durante un proceso de compactacin en campo se mide a partir de un parmetro conocido comogrado de compactacin, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluacin involucra la determinacin previadel peso especifico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Estamtodo es para conocer el grado de compactacin, es un mtodo destructivo ya que se basa en determinar elpeso especifico seco de campo a partir del material extrado de una muestra, la cual se realiza sobre la capade material ya compactado.

OBJETIVOS

Este mtodo de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en elterreno. El empleo del aparato descrito aqu est restringido a suelos que contengan partculas nomayores de 50 mm (2") de dimetro.

Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicacin aldiseo o construccin.

Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de informacin que se obtengan en estos laboratorios paraadquirir experiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.

MARCO TEORICO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO METODO CONO DE ARENA ( ASTMD1556-64)

Una vez que se han definido los criterios de compactacin - en la forma de especificaciones tcnicas - paralas obras en terreno, es necesario utilizar un mtodo para determinar la densidad o peso unitario que el sueloalcanza luego de la compactacin.

Para obtener estas densidades existen los siguientes mtodos en terreno:

Cono de arena

Baln de densidad

Densmetro nuclear

En esta gua nos referiremos solamente el primero.

El mtodo del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, estemtodo se centra en la determinacin del volumen de una pequea excavacin de forma cilndrica de dondese ha retirado todo el suelo compactado (sin prdidas de material) ya que el peso del material retirado divididopor el volumen del hueco cilndrico nos permite determinar la densidad hmeda. Determinaciones de lahumedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca.

El mtodo del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar elhueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad


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que ella tiene para las mismas condiciones de cada que este material va a tener en terreno. Para ello seutiliza un cono metlico.

MATERIALES

1. Aparato del cono de arena :

el aparato del cono de arena consistir de un frasco de aproximadamente un galn (3.785lts.) y de undispositivo ajustable que consiste de una vlvula cilndrica con un orificio de 12.7mm (1/2) de dimetro y quetiene un pequeo embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamao normal en un extremo y con unembudo mayor en el otro. La vlvula deber tener topes para evitar su rotacin cuando este en posicincompletamente abierta o completamente cerrada. El aparto deber estar de acuerdo con las exigenciasindicadas.

Placa base para su uso esto puede hacer mas difcil la nivelacin pero permite en el ensayo abrir agujeros dedimetro mayores y puede reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, as comotambin ofrecer una base mas constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de basedeber considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este mtodo de ensayo.

2. Arena :

La arena que se utilice deber ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Adems deber tener un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partculas quequeden retenidas en el tamiz de 2mm (N10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada osub-redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partculas o arena fina (menor que250 m, N60), para prevenir segregacin en almacenamiento o uso, ycambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosfrica.

Al seleccionar una arena para ser usada, deber hacerse, como mnimo, cinco determinaciones de pesounitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deber existir entre cada uno de losresultados individuales y el promedio una variacin mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arenadeber secarse y dejar se luego en reposo hasta que obtenga la condicin de seca al aire, en la zona en queva a ser usada.

3. Balanzas :

Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de capacidad de 200g. y sensibilidad de 0.1g.

4. Equipo para el secamiento :

Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad.


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5. Equipo miscelneo :

Pequea pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela para frer de 224mm.(10) ocualquier otro recipiente adecuado para secar muestras; canastillas con tapas, canecas con tapas, sacos delona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para elpeso unitario de la arena respectivamente, termmetro, pequea brocha de pintura, cuaderno y cartera, etc.

PROCEDIMIENTO

Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el volumen del orificio de la vlvula de la siguientemanera:

Pesamos el conjunto del aparato, se coloco el aparato hacia arriba y se abri la vlvula, llenamos el conjuntocon el agua hasta la vlvula, el recipiente y el agua teniendo en cuenta la temperatura del agua.

Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser usada en le campo de la siguiente forma:

Colocamos el aparato vaci hacia arriba sobre una superficie firme y a nivel, se cerro la vlvula y llenamos elembudo con arena.

Se procedi a abrir la vlvula y, manteniendo el embudo con arena por lo menos hasta la mitad, llenamos elaparato. Se cerro la vlvula se saco el exceso de arena. Se peso el aparato con arena y se determino el pesoneto de la arena quitando el peso del aparato. Se determino el peso de la arena necesaria para llenar elembudo.

Se determino el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente forma:

Se preparo el sitio de la superficie para ser ensayada de tal manera que quede en un plano a nivel, se colocola base sobre la superficie, la cual sirve como gua, se cavo el orificio del ensayo, dentro de la base, teniendocuidado de evitar la alteracin del suelo que limita al hueco.

Se coloco el aparato invertido sobre la base y se poseda a abrir la vlvula y se peso luego el aparto con laarena restante y determnese el peso de la arena usada para el ensayo. Pesamos el material que fueremovido del hueco de ensayo, se saco una muestra de este material para calcular la humedad.


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bFACULTAD DE INGENIERIA

Departamento de Ingeniera de Minas

LABORATORIO FUNDAMENTOS DE GEOTECNIA

MEDICIN DE DENSIDAD DE SUELO IN SITU MEDIANTE EL MTODO DEL CONO DE ARENA

ANLISIS Y CLASIFICACIN DE UN SUELO MEDIANTE CALICATAS


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Eduardo Castro .

Julio 2 de 2010

Contenidos N Pgina

Introduccin 3

Objetivos del Laboratorio Cono de Arena 3

Marco Terico Mtodo del Cono de Arena 4

Aparatos, equipos y herramientas Cono de Arena 5

Procedimiento 7

Clculos de densidades obtenidos 9

Objetivo y Objetivo Especifico Laboratorio Calicata 13

Metodologa Para el Anlisis de Comportamiento de Suelos 14

Marco Terico Mtodo de la Calicata 15

Esquema Calicata 17


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Clasificacin Del Suelo Segn Sistema Unificado (USCC) 17

Procedimiento Calicata 19

Instrumentos Utilizados 20

Imgenes Procedimiento Calicata 21

Clculos Tabla Granulomtrica Calicata 22

Clasificacin suelo segn norma U.S.C.C 22

Conclusin 25

Introduccin

La calidad durante un proceso de compactacin en campo se mide a partir de un parmetroConocido como grado de compactacin, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluacininvolucra la determinacin previa del peso especfico y de la humedad ptima correspondiente ala capa de material ya compactado. Este mtodo es para conocer el grado de compactacin, es unmtodo destructivo ya que se basa en determinar el peso especfico seco de campo a partir delmaterial extrado de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado. Elmtodo del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de EstadosUnidos y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma ChilenaNCh1516 Of.79. Un suelo natural o compactado requiere la determinacin de la densidad in situ.En la mayora de los proyectos, esta verificacin se logra con el cono de arena o por el densmetronuclear. Adems se desarrollara unacalicata ya es necesario hacer este procedimiento por que los suelos son materiales complejos porlo que para realizar un estudio eficiente, a estos se les debe considerar como un material condiferentes tamaos de partculas y distintas composiciones. El anlisis granulomtrico es el ensayomas comn que se emplea para la determinacin de la distribucin por tamao de las partculaspresentes en una muestra de suelo o material particulado.

Mediante los datos obtenidos en dicho anlisis, es posible calcularun coeficiente de uniformidad (Cu) y un coeficiente de curvatura (Cc) para una muestra y ademsde conocer su comportamiento como Suelo o material particulado mediante sistemasnormalizados como el USCC y AASHTO, en este presente informe se analizara por medio de lanorma USCC.


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Objetivos del Laboratorio Cono de Arena

Determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo del aparato descritoaqu est restringido a suelos que contengan partculas no mayores de 50 mm (aprox. 2") dedimetro. Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en laaplicacin al diseo o construccin. Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de informacin que seobtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se est realizando una obra degran magnitud. Determinar la densidad in situ suelo determinado densidad insitu ,esto dependiendo del grado de compactacin del terreno que se escogi para tal efecto.

Marco Terico Mtodo del Cono de Arena

Este ensayo corresponde a un mtodo utilizado segn las normas A.S.T.M., para evaluardensidades in situ, en bases estabilizadas compuestas de material particulado, ptreos, finalmentelo que el mtodo logra es calcular el volumen de orificio de prueba. El ensayo se realiza, usando uncono de arena, adems para llevar a cabo la experiencia se debe hacer una pequea excavacin de15 x 20 cm de dimetro, y una profundidad de 10 a 15 cm, luego se debe pesar el material que hasido excavado, es importante recalcar que en el orificio se debe colocar el cono y llenar con arenanormalizada la cual posee las siguientes caractersticas:

Peso unitario seco Gs = 2,65 [gr/cc]

Porcentaje de humedad W = 0%

Grado de saturacin Sr = 0 %

Dimetro de partcula entre 0,074 y 4,75 [mm]

Granulometra estricta bajo malla N4 y sobre malla N200

% finos 0

Despus de pesar la arena que se encuentra en el cono y restarle el peso del cono, es posible

calcular el volumen del agujero, para luego poder calcular


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Donde VT se puede estimar a travs del cono de arena. La estimacin de VT se obtiene usandoarena normalizada con las caractersticas anteriormente expuestas.

Usamos la relacin; .Luego, en condiciones normales;

Aparatos, equipos y herramientas

Aparato de densidad

Consiste en una vlvula cilndrica de 12,5 mm de abertura con un extremo terminado en forma deembudo y con su otro extremo ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 litrosde capacidad. La vlvula debe tener topes que permitan fijar cerrada o completamente abierta. Elaparato debe llevar una placa base. Este aparato descrito se puede utilizar en perforacionesaproximadas de 3 litros.

Arena Normalizada

Slo compuesta por partculas sanas, redondeadas, no cementadas y comprendidas entre 1 y 2mm Debe estar lavada y seca en estufa a 110 5C. Para elegir la arena deben efectuarsepreviamente 5 determinaciones de su densidad aparente empleando la misma muestrarepresentativa. Para su aceptacin, los resultados de dichas determinaciones deben tener unavariacin menor que el 1% entre si.

Depsito para calibracin de arena

Recipiente metlico, impermeable, de forma cilndrica y con una capacidad volumtrica de 2 a 3litros.


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Balanza

Con una capacidad mxima de 15 kg y una precisin de 1 gr

Equipo de secado

Estufa u horno elctrico segn NCh1515

Envases

Recipientes con tapa, tarros de hojalata sin costuras con tapa hermtica, bolsas de polietileno uotros recipientes adecuados para contener las muestras y la arena de ensayo respectivamente.

Herramientas y accesorios

Combo o macho, cuchillo, martillo, pala jardinera y cuchara para cavar la perforacin de ensayo,brocha, cinta mtrica, libreta de apuntes, bolsas plsticas y arena normalizada.

Procedimiento

1. Extraer desde una base estabilizada o suelo, una muestra de 4 a 5 kilogramos de materialcompacto.

2. Obtener una humedad (% W) de la muestra de suelo extrado.

3. Medir volumen de la excavacin utilizando arena normalizada.


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4. Abrir llave de paso y llenar el orificio, y cono con arena normalizada

5. Cerrar llave de paso y se retira el cono y la botella que contiene arena normalizada. Luego seretira la bolsa plstica que contiene la arena normalizada.

6. Llenar en forma separada el cono con arena y luego pesar la arena contenida (Ws)

7. Clculo del volumen del orificio

8. Clculo del saturado

9. Clculo del

10. Luego, con respecto a la muestra:

WT (excavacin), se pesa con humedad

WS (masa seca), se seca la muestra y se pesa nuevamente.

Clculos de densidades obtenidos

Muestra 1

Para la muestra N1 se dispuso de un terreno utilizado actualmente para actividades deportivas.Presenta una buena compactacin y fue estabilizado con grava de una granulometra homognea.


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Peso de la muestra extrada del orificio:

WT = 5031,0 [grs]

Peso total de arena (includo el cono):

WST = 5637,0 [grs]

Peso en arena del cono:

WS = 1642,4 [grs]

Entonces calculamos el peso en arena del orificio;

Luego el volumen del orificio (considerando

Calculamos el peso unitario saturado

El % de humedad (%W) nos entrega el peso unitario seco


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Calculamos la humedad;

Peso hmedo Whmedo = 156,4 [gr]

Peso seco Wseco = 147,06 [gr]

Calculamos el peso unitario seco;

Muestra 2

Para la muestra N2 se dispuso de un sitio eriazo. Presenta una compactacin desconocida, perosirve como parmetro de comparacin entre un terreno utilizado normalmente (muestra 1) a unoque est completamente abandonado.

Peso de la muestra extrada del orificio:

WT = 5010,0 [grs]

Peso total de arena (includo el cono):

WST = 5595,0 [grs]

Peso en arena del cono:


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WS = 1642,4 [grs]

Entonces calculamos el peso en arena del orificio;

Luego el volumen del orificio (considerando

Calculamos el peso unitario saturado

El % de humedad (%W) nos entrega el peso unitario seco

Calculamos la humedad;

Peso hmedo Whmedo = 133,1 [gr]

Peso seco Wseco = 122,62 [gr]

Calculamos el peso unitario seco;


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Calicata

Objetivos del Laboratorio Calicata

Realizar un anlisis granulomtrico con una muestra proveniente de una de las canchas de launiversidad de Antofagasta. Familiarizarse con los instrumentos utilizados y las tcnicas aplicadasque permiten la realizacin del anlisis anteriormente mencionado.

Objetivos Especficos

Clasificar el tipo de suelo segn norma USCC.

Confeccionar una curva granulomtrica.

Definir un coeficiente de uniformidad (Cu) para el material particulado y un coeficiente decurvatura (Cc) a analizar, aplicando los conocimientos de mecnica de suelos.

Metodologa Para el Anlisis de Comportamiento de Suelos

La metodologa para el anlisis de un suelo frente a las acciones exteriores (como cimentacionesde edificios, excavaciones exteriores; etc.) Es la siguiente:

1. Identificacin del tipo de suelo; determinado su granulometra y plasticidad, a lo que se aadeel contenido de SO3, CO2 y materia orgnica, todo ello a travs de sencillos de laboratorio.


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2. Determinacin de su estado real (los ensayos anteriores se hacen secando y disgregando lamuestra, si conservar su estructura inicial), esto es, de las proporciones relativas de slidos, agua,etc.

3. A partir del estado real, teniendo en cuenta, adems, su estado tensional inicial, a de estudiarsela respuesta del suelo frente a los cambios que, en este estado, inducen las acciones exteriores

Marco Terico Mtodo de la Calicata

Tamizaje

El tamizaje corresponde a la separacin de partculas de acuerdo al tamao, esto se producegracias a los tamices. En practica lo que sucede es que las partculas de la muestra cuyo dimetroes mayor a la abertura del tamiz quedaran retenidas en dicho tamiz producindose la clasificacinde tamao ya que las partculas de inferior tamao pasaran por el tamiz ya sealado. Paradeterminar la distribucin granulomtrica la muestra se somete en un Ro-tap con una serie detamices. Luego de ordenados los tamices, se disponen en una mquina, (ro tap), la cual imprimeun movimiento rotativo excntrico horizontal y, adems, un movimiento brusco vertical. La

eficiencia del tamizado depende del tamao de las partculas y del tiempo empleado para tamizar.Las partculas de tamao grueso requieren de menos tiempo de tamizado que las partculas detamao fino. El tiempo de tamizaje recomendado es del orden de 10 a 15 minutos, pero ese valordepende del tipo de material y es conveniente estimarlo para cada caso en particular. Un factorque es necesario tener en cuenta es la abrasin del mineral, en algunos casos esto es crtico y lagranulometra se modifica significativamente con el tiempo de tamizaje. El tamizaje est limitadopara partculas sobre 34 micras, la razn de ello es la imposibilidad prctica de fabricar y operartamices con aberturas menores. Terminado el tamizaje, se pesa el material retenido en cadatamiz.

Coeficiente de uniformidad (Cu)

Es la relacin entre el dimetro correspondiente al tamiz por el que pasa un 60% del material y eldimetro correspondiente al tamiz por el que pasa el 10%, si el valor obtenido es inferior a 4


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hablamos de un material uniforme o pobremente graduado mientras que para un numero mayora cuatro estamos en presencia de un material bien graduado. Este ndice tambin puede serconsiderado como de no uniformidad ya que su valor numrico decrece cuando la uniformidadaumenta. Cuanto mas uniforme es la granulometra de un suelo, mas uniforme es el tamao desus huecos, menores densidades alcanzara, mas fcilmente ser erosionado, etc. El coeficiente de

uniformidad queda dado por la siguiente formula:

Coeficiente de curvatura (Cc)

Representa la relacin en la curva granulomtrica para los dimetros 30, 60,10, el valor de Ccdebe estar entre 1y 3 para suelos bien graduados, con amplio margen de tamaos de partculas ycantidades apreciables de cada tamao intermedio, y este se obtiene a travs de la siguienteformula:

Distribucin granulomtrica: Los anlisis granulomtricos se realizan para conocer la proporcinde cada material que tiene un suelo, As se utiliza la va seca para partculas de tamaos superioresa 0.075 mm. Y la granulometra por sedimentacin mediante el hidrometro (va hmeda) paratamaos iguales o inferiores a 0.075 eh Los primeros se llevan a cabo tomando una muestrarepresentativa del suelo, secndola o disgregndola en seco el conjunto de partculas. A estamuestra se la hace pasar por un conjunto de tamices (cuyos tamaos suelen ir disminuyendo enprogresin geomtrica de razn 2) agitando el conjunto. Despus se pesa lo retenido en cadatamiz. Con lo que conocido el peso de la muestra se determina el porcentaje de materialpasante (%P) por un tamiz de dimetro i.

Siendo m el peso total seco de la muestra y mi el peso retenido por el tamiz de dimetro . El pesomn+1 es el retenido por la base ciega que se pone debajo de la columna de tamices (fondo).


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Con estos datos se puede elaborar la curva granulomtrica la cual ser semi- logartmica ya querelaciona %P con Log de un suelo, las curvas obtenidas son muy representativas segn sugranulometra, as un suelo constituido por partculas de un solo tamao estar representado poruna lnea vertical, generalmente la curva de distribucin de tamaos de las partculas indica si eltamao de las partculas varia en un rango amplio o estrecho y se utiliza para describir la

graduacin del suelo de entre los parmetros que se encuentran ajustados a estas curvas tenemosel Cc y el Cu.

Esquema Calicata

Clasificacin Del Suelo Segn Sistema Unificado (USCC).

1. Suelos Finos: Son aquellos donde el 50% de sus partculas pasan por la malla #200; es decir, lafraccin fina corresponde a ms del 50% del peso seco total del suelo.

2. Suelos gruesos: Son aquellos donde el 50% de sus partculas quedan retenidas por malla #200;es decir, la fraccin gruesa corresponde a mas del 50% del peso seco total del suelo.

Estos dos grupos los podemos subdividir en otros cuatro grupos

Gravas (G): Son suelos en que ms del 50% de sus partculas quedan retenidas por la malla#200; y de esta fraccin gruesa, mas del 50% es retenido por malla #4.

Arenas (S): Son suelos en que ms del 50% de sus partculas quedan retenidas por la malla#200; y de esta fraccin gruesa menos del 50% es retenido por la malla #4.

Limos (M): Son suelos en que ms del 50% de sus partculas pasan por la malla #200 y estafraccin fina tiene un lmite lquido menor que 50.

Arcillas (C): Son suelos en que ms del 50% de sus partculas pasan por la malla #200 y estafraccin fina tiene un lmite lquido mayor que 50.


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Tabla de la norma U.S.C.C

CLASIFICACION DE SUELOS SEGN EL S.U.C.S.

Malla % que pasa Tipo de suelo

Malla

% que pasa

Curva granulomtrica

% finos

IP

Posicin c/r a la lnea A

Clase

Grupo

#200

< 50

G

R

A

N

U

L

A

R


35/95

# 4

< 50 Bien Graduada

< 5

--

----

G

R

A

V

A

S GW

Mal Graduada GP

----

5 a 12 GW-GM

> 12

< 4

Abajo GM

4 a 7

Arriba GM-GC


36/95

> 7 GC

> 50 Bien Graduada < 5

--

----

A

R

E

N

A

S SW

Mal Graduada SP

---- 5 a 12 SW-SM

> 12 < 4 Abajo SM

4 A 7

Arriba SM-SC

> 7 SC


37/95

> 50

F

I

N

O

LL

IP

Orgnico Posicin c/r a la lnea A

Clase

Grupo

< 50

< 4 SI

Abajo O OL

NO

M ML

4 a 7

----

Arriba ML-CL

> 7

C CL

< 50

---- CH


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NO

Abajo M MH

SI O OH

Procedimiento Calicata

1. Demarcar zona de inters (U.A.)

2. Extraer suelo distinguiendo distintas capas de suelo

3. Dimensiones 1 metro de ancho por un metro de largo por un metro de profundidad.

4. Una vez obtenidas las muestras estas se llevan al laboratorio

5. Se homogeniza la muestra a travs de la tcnica del roleo, para luego reducir por cuarteouna cantidad representativa de aproximadamente 500 grs.

6. Se debe pesar cada uno de los tamices que conforman la batera y anotar dichos datos enuna tabla.

7. Ordenar la batera de tamices en orden descendente, los cuales debern encontrarselimpios. La torre deber contar de una tapa en la parte superior y una bandeja receptora en lainferior.

8. Pesar la muestra hasta que alcance los 400 grs.

9. Colocar la muestra, en la malla ms gruesa de la batera de tamices.


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10. Se hace vibrar el conjunto de tamices durante 10 minutos en la maquina RO-TAP.

Se retira del vibrador la batera de tamices y se registra el peso del tamiz, mas el material retenidoen el; con lo que se obtiene el peso del material retenido mediante una simple diferencia depesos.

Instrumentos Utilizados

1) Plstico para captar muestras y para Rolear (Homogenizar) muestra.

2) Pala y Pala Pequea (Cuarteadora) y una Escobilla (para incorporar finos).

3) Bandejas (para pesar muestras).

5) Muestra original de suelo, proveniente del costado de la U.A., con un total de 2 muestras.

6) Serie de Tamices TYLER.

7) Vibrador RO TAP.

8) Balanza electrnica.

Imgenes Procedimiento Calicata

Cambio de estratos

Estrato (1)

Presencia de Gravas Estrato (2)


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Se Toma Muestra de Suelos

Clculos Tabla Granulomtrica Calicata

Dada la tabla de datos obtenidos en laboratorio

Tamiz Abertura (m) ln[abertura] Peso Tamiz [grs] Retenido Pasante [grs] Pasante

Inicial Final Retenido

4 4760 8,4680 836,3 526 310,3 0,1305 2067,50 0,8695

10 2000 7,6009 824,5 459 365,5 0,1537 1702,00 0,7158

20 841 6,7346 744,6 433,1 311,5 0,1310 1390,50 0,5848

35 500 6,2146 708,8 358,5 350,3 0,1473 1040,20 0,4375

50 297 5,6937 972,3 369,2 603,1 0,2536 437,10 0,1838

200 74 4,3041 944,5 520,2 424,3 0,1784 12,80 0,0054

-200 443,6 430,8 12,8 0,0054 0,00 0,0000

NOTA: W total muestra cuarteada = 2,356 Kg. 2377,8

Clasificacin suelo segn norma U.S.C.C.

1. En la Malla 200 pasa menos del 50%, se trata de un suelo grueso.

2. En la Malla 4 pasa ms del 50% (pasa el 86,9%), por lo tanto se trata de una arena (S).


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3. Para determinar si esta arena est bien graduada (W) o pobremente graduada (P) usamos Cu yCc.

;

Calculamos los dimetros respectivos mediante interpolacin;

Clculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

Clculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

Clculo de

Interpolamos;

Por lo tanto;

Calculamos los coeficientes;


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Se adjunta el grfico de distribucin correspondiente.

Conclusin

Calicata

Como Cu = 5,1 < 6,0 y Cc = 0,8 < 1, se trata de una arena pobremente graduada.

Adems en la Malla 200 pasa menos del 12% de fino, por lo tanto se trata de una ARENAPOBREMENTE GRADUADA LIMPIA (SP SP).

Cono de Arena

En total se tienen dos muestras de suelos; uno de un sitio con compactacin y estabilizado, y otrode un lugar desconocido, sin presencia de caminos o carreteras. Sus caractersticas se detallan acontinuacin:

DETERMINACION DE LA DENSIDAD EN EL TERRENO POR EL METODO DEL CONO DE ARENA

I.INTRODUCCIN

El mtodo del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de U.S.A. yacogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma Chilena 1516 of. 79.


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Un suelo natural o compactado requiere la determinacin de la densidad in situ. En la mayora delos proyectos, esta verificacin se logra con el cono de arena o por el densmetro nuclear.

Este mtodo (cono de arena) a utilizar establece un procedimiento para determinar en terreno ladensidad de suelos cuyo tamao mximo absoluto de partculas sea menor o igual a 50 mm (2) se

utilizara el cono convencional, y menor o igual a 150 mm (6) en el otro. Se utilizara el macrocono. El cono convencional utilizado en este ensayo es un aparato medidor de volumen, provisto de unavlvula cilndrica de 12,5 mm. de abertura, que controla el llenado de un cono de 6 de dimetro y60 de ngulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a laboca de un recipiente de aproximadamente 5 lts. de capacidad. La vlvula debe tener topes quepermitan fijarla en su posicin completamente cerrada o completamente abierta.

El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicacin del cono de densidad, permitereducir prdidas al transferir el suelo desde la perforacin al envase y proporciona una base msslida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse como parte constituyente del cono de

densidad durante el ensaye.

El cono de arena convencional puede usarse con perforaciones de ensaye de aproximadamente 3litros.

La arena normalizada se compone de partculas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadasy comprendidas entre 2mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en horno a 110+- 5C, para elensayo.

En el caso del cono convencional, el depsito consiste en un recipiente metlico, de formacilndrica, de 165 mm de dimetro interior, impermeable y una capacidad volumtrica entre 3 y3,5 litros.

II. EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR

Para la calibracin de los equipos:

* Cono de densidad convencional.

* Vidrio de 20x20 cms. (para calibrar depsito).

* Arena normalizada de ensaye. (previamente tamizada, lavada y seca)

* Deposito para calibracin de arena.

* Balanza (20 kgs)

* Termmetro.

* Regla metlica para enrase.


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* Brocha.

* Placa base.

* Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).

Para terreno:

* Pala (para despejar)

* Combo.

* Cincel o punto.

* Pala jardinera o cucharn.

* Brocha.

* Huincha de medir.

* Banco o piso para sentarse.

* Placa base.

* Cono de densidad.

* Bolsas o recipientes.

* Arena normalizada ( aprox. 8,00 kgs.)

Para determinacin de resultados finales en laboratorio:

* Equipo de secado (horno 110c 5).

* Balanza (20 kgs.).

* Recipiente pequeo.

* Vidrio acorde al tamao del recipiente.

* Termmetro.

* Platillo o bandeja.

* Fichas de registro de datos (formato 8.102.9.C del manual de carreteras).

III. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIN DE LA ARENA DE ENSAYE.

Determinacin de la Capacidad Volumtrica del Depsito


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Se coloca el depsito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal como una mesa estable(lo ideal contiguo a la balanza).

Se Llena el depsito con agua a temperatura ambiente y se enraza con una placa de vidrio, paraeliminar burbujas de aire y el exceso de agua.

Se pesa en la balanza el recipiente con el agua y el vidrio, para que no se derrame.

Se anota la masa total, para despus descontar la masa del vidrio y del recipiente, y as determinarel peso de agua que llena el depsito (mw), aproximado a 1 gr.

m TOTAL = 7.452 grs.

m VIDRIO = 1.014 grs. 7.452 - 1014 - 3696 => mW = 2.742 grs.

m RECIPIENTE = 3.696 grs.Se mide la temperatura del agua.

En la cual dio T = 20 c

Para el agua se debe corregir la densidad (pw), segn su temperatura con la tabla 8.102.9.A.(Manual de carreteras).

TEMPERATURA (C) | DENSIDAD (grs/cm3) |

8 | 0,9999 |

9 | 0,9998 |

10 | 0,9997 |

11 | 0,9996 |

12 | 0,9995 |

13 | 0,9994 |

14 | 0,9993 |

15 | 0,9991 |

16 | 0,9990 |

17 | 0,9988 |


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18 | 0,9986 |

19 | 0,9984 |

20 | 0,9982 |

21 | 0,9980 |

22 | 0,9978 |

23 | 0,9976 |

24 | 0,9973 |

25 | 0,9971 |

26 | 0,9968 |

27 | 0,9965 |

28 | 0,9963 |

Se determina y registra la capacidad volumtrica del depsito (VM), aproximado a 1 cm3, con lasiguiente expresin:

VM = mW/pW => 2.742 grs. / 0,9982 grs/cm3 => VM = 2.747 cm3

Determinacin de la Densidad Aparente de la Arena de Ensaye.

Se coloca el depsito limpio y seco en una superficie plana, firme y horizontal como el piso; montesobre l la placa base y posicione el aparato de densidad sobre la placa.

Se Llena el aparato de densidad con la arena de ensaye, evitando cualquier derrame de sta.

Se abre la vlvula y se mantiene abierta hasta que la arena deje de fluir. Esto se nota porque hacecomo un efecto de succin y borbotea arena por unos segundos y se detiene.

Se retira el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena.

Se enraza cuidadosamente con una regla metlica, evitando producir vibracin.

Una vez efectuado el enrase, asiente la arena dando golpes suaves en el manto del depsito.


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Se determina la masa de arena que lleva el depsito (mA), aproximando a 1 g. Esto se efectuar 5veces. Para su aceptacin, la diferencia entre los valores extremos de las cinco determinacionesrealizadas no deber exceder de 1,5%, respecto de la medida aritmtica de ellas. Si esto no secumple se debe repetir el ensaye.

Se determina y registra la densidad aparente de la arena de ensaye expresando el resultado engrs/cm3, con una aproximacin de dos decimales.

Determinacin N | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

Masa arena que llena depos. grs. ma | 4.057 | 4.061 | 4.094 | 4.069 | 4.089 |

Capacidad volumtr. Deps. cc. Vm | 2.747 | 2.747 | 2.747 | 2.747 | 2.747 |

Densidad arena grs/cc. Pa = ma/Vm | 1,48 | 1,48 | 1,49 | 1,48 | 1,49 |

Se determina la densidad de la arena (pA), dividiendo la masa de sta que llena el depsito por la

capacidad volumtrica del depsito con la siguiente expresin:

pA = mA / VM => 4.076 grs. / 2.747 cm3 => pA = 1,48 grs/cm3

Determinacin de la Masa de Arena que llena el Cono Basal.

Se llena el aparato de densidad con arena y se coloca en la balanza para registrar su masa (mi),aproximando a 1 gr. mi = 9.845 grs.

Se coloca la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal, asentando el aparato dedensidad sobre la placa. (ideal en el piso y colocar una bandeja entre el piso y la placa para noperder arena)

Se abre la vlvula y se mantiene abierta hasta que la arena deje de fluir.

Se cierra la vlvula. se determina y registra la masa del cono ms la arena remanente (mF),aproximando a 1 gr.

mF = 8.113 grs.

Se determina y registra la diferencia entre las masas inicial y final como la masa de arena que llena

el cono basal ( mc), aproximando a 1gr.:

mc = mi - mF => 9.845 grs. - 8.113 grs. => mc = 1.732 grs.

Esta operacin se hace 3 veces, y para su aceptacin, la diferencia entre los valores extremos delas tres determinaciones realizadas no deber exceder de 1,0%, respecto de la medida aritmticade ellas.


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IV. DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL TERRENO.

Determinacin del Volumen de la Perforacin de Ensaye.

Se seleccionara el lugar para efectuar el ensaye, que en este caso lo determina el profesor, siendoeste en el sector nor-oriente de la Universidad Central, detrs de las oficinas.

Se prepara la superficie del punto a controlar, nivelndola o emparejndola y quitando el materialvegetal que hubiere, para conseguir un buen asentamiento de la placa.

Se coloca la placa base sobre la superficie nivelada y se procede a excavar dentro de la abertura dela placa base, iniciando la excavacin con un dimetro menor (desde el centro) y afinando luegohacia los bordes. La profundidad de la excavacin debe ser similar al espesor de la capa bajocontrol, que en este caso se supuso de 15 cms. por no tener especificaciones tcnicas.

Al ejecutar la excavacin se debe tener cuidado de no alterar las paredes del suelo que delimitanla perforacin, especialmente cuando predominan partculas que al sacarlas pueden desmoronarlos costados, cambiando la geometra de la perforacin. Si esto ocurriese, se deber hacer unaperforacin nueva.

Se coloca todo el suelo excavado en un envase o bolsa resistente, el cual debe cerrarhermticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles prdidas de material ocontaminacin, con un papel que indique las condiciones de la muestra (lugar, fecha, material,hora, etc.).

En nuestra perforacin se encontr una partcula cuyo tamao mximo absoluto excedi los50mm. sta no ser devuelta a la excavacin, debindose determinar su masa y volumen, pararestar luego dichos valores a las respectivas medidas del terreno.

Se lleva a terreno la arena, determinada y registrada la masa del aparato de densidad con el totalde arena (mti), aproximando a 1 gr.

mti = 9.845 grs.

Se asienta el aparato de densidad sobre la placa, se abre la vlvula y se cierra una vez que la arenaha dejado de fluir.

Posteriormente en el laboratorio se determina y registra la masa del aparato ms la arenaremanente (mtf), aproximando a 1gr.

mtF = 5.001 grs.


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Se determina y registra la masa de arena contenida en la perforacin de ensaye (mp),aproximando a 1g.

mp = (mti - mtF) - mc => (9.845 grs - 5.001 grs.) - 1.732 grs. = 3.112 grs.

Se recupera la arena de ensaye y se deja en un envase aparte para su posterioracondicionamiento.

El volumen de la perforacin de ensaye (Vp) se calcula como:

Vp = mp / pA => 3.112 grs. / 1,48 grs./cm3 => Vp = 2.103 cm3

V. DETERMINACIN DE RESULTADOS FINALES EN LABORATORIO

Determinacin de peso y volumen de la partcula mayor a 50mm.

Se deber determinar el volumen de la partcula mayor a 50mm. de la siguiente forma:

Se verifica que la partcula no pasa por el tamiz 50mm. (se pasa por 2 tamices consecutivos).

Se registra la masa de la partcula (mTM = 233 grs.)

Se pesa un recipiente pequeo con agua y el vidrio, procedimiento muy similar al dedeterminacin de la Capacidad Volumtrica del Depsito del cono.

m TOTAL = 671 grs.

m VIDRIO = 207 grs. 671 - 207 - 92 => mW = 372 grs.m RECIPIENTE = 92 grs.

T agua = 24 c

Se introduce la partcula en el recipiente pequeo con agua, la cual desplaza volumen segn elprincipio de Arqumedes. El agua desplazada se coloca en la balanza (en el recipiente que lacontiene) y se determina y registra su masa.

El agua desplazada, se corrige por la densidad segn temperatura.

VTM = mWd / pW => 111 grs. / 0,9973 grs/cm3 => VTM = 111,3 cm3

Determinacin de la Masa Seca del Material Extrado de la Perforacin de Ensaye.

Inmediatamente despus de extraer todo el material de la perforacin de ensaye, se vuelve allaboratorio para determinar y registrar la masa hmeda (mh), aproximando a 1 gr.


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Se deber extraer una muestra representativa de este material, del tamao indicado en la tabla8.102.9.B (manual de carreteras), para suelos cuyos tamaos mximos absolutos de partculas nosuperen los 50mm y sean controlados con el cono convencional. Pero en este caso tenemospartcula mayor a 50mm. Por tanto se secara al horno el total del material extrado.

T.MAX. ABSOLUTO DE PARTICULAS (mm) | MASA MINIMA DE MUESTRA (grs) |50,00 | 3.000 |

25,00 | 1.000 |

12,50 | 750 |

5,00 | 500 |

2,00 | 100 |

0,50 | 10 |Se determina la humedad (w) de la muestra en el laboratorio, segn Mtodo 8.102.2. del manualde carreteras.

Se seca al horno la muestra a 110 c 5, durante 24 hrs. sin la partcula mayor a 50mm.

mh= masa del recipiente+la muestra hmeda en grs.

ms = masa del recipiente+la muetra seca en grs.

mr = masa del recipiente en grs.

(mh - ms) (5.062 - 4.922)

W = 100 x --------------- => 100 x --------------------- => w = 3,59%

(ms - mr) (4.922 - 1.018)

Determinacin de la Densidad del Suelo.

La densidad seca del suelo se determina mediante la expresin:

pd = ms/vp => 3.904 grs. / 1.992 cm3 => pd =1,96 grs./cm3

ms : Masa seca del material extrado de la perforacin de ensaye en grs.

Vp: Volumen de la perforacin de ensaye (cm3), sin incluir la partcula de tamao superior a 50mm.


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La densidad del suelo puede expresarse tambin como densidad del suelo hmedo, indicandoadems la humedad correspondiente (w) de acuerdo con la frmula siguiente.

ph = mh/vp => 4.044 grs. / 1.992 cm3 => ph = 2,03 grs/cm3

mh = masa hmeda del material extrado, sin partcula sobre 50mm. en grs.

Planilla de datos

Extracto del formato tipo densidad de terreno (tabla 8.102.9.C)

| Contrato/camino : Universidad Central |

| | Sector : Talleres |

| | Tramo a controlar : Detrs de oficinas |

| | Material : Maicillo |

| | Fecha de Control : 04/12/2004 |

| | Responsable Control Terreno: Julieta Lmeles - Christian cornejo - Jorge Rubilar |

| | | | |

| Kilmetro | 0 | |

| | Capa/cota/estrato | 1ra / 0,15 / I |

| | Lado | Nor-oriente |

| | Espesor (cms) | 15 |

A | Densidad de arena normalizada de ensayo | (grs/cm3) | 1,48 | |

B | Masa de suelo hmedo | (grs) | 4.277 | |

C | Masa hmeda de partcula mayor a 50mm | (grs) | 233 | |

D | Masa hmeda de control (B-C) | (grs) | 4.044 | |

E | Masa inicial de arena | (grs) | 8.020 | |

F | Masa de arena remanente | (grs) | 3.175 | |

G | Masa de arena cono basal | (grs) | 1.732 | |

H | Volumen de perforacin de ensaye (E - F - G ) / A | (cm3) | 2.103 | |


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I | Volumen de partcula mayor a 50mm. | (cm3) | 111 | |

J | Volumen de la masa de control (H - I) | (cm3) | 1.992 | |

K | Densidad hmeda (D / J) | (grs/cm3) | 2,03 | |

L | Densidad seca K / (1 + (w / 100) | (grs/cm3) | 1,96 | |

M | DMCS | (grs/cm3) | * 2,08 | |

N | Porcentaje de compactacin (L / M) * 100 | (%) | 94,23 | |

| HUMEDAD : W | | |

O | Masa recipiente+suelo hmedo | (grs) | 5.062 | |

P | Masa recipiente+suelo seco | (grs) | 4.922 | |

Q | Masa recipiente | (grs) | 1.018 | |

R | Masa suelo seco (P - Q) | (grs) | 3.904 | |

W | Humedad 100*(O - P) / R | (%) | 3,59 | |

| * valor otorgado por el profesor | | | |

| ** Humedad optima del maicillo | (%) | 8,50 | |

VI. CONCLUSIONES

* Si se deja pasar mucho tiempo desde la calibracin de los equipos y la arena. Puede que laarena de ensaye adquiera humedad, lo cual variara la densidad de la arena, dando como resultadodatos errneos.

* La suciedad de la arena, tambin puede influir en la mala calibracin de la densidad de esta.

* Hay que ser muy preciso en anotar las cantidades con sus unidades y decimalescorrespondientes, ya que es muy fcil calcular equivocadamente.

* Se debe contar con los equipos adecuados, y en buenas condiciones, como sus formasgeomtricas, sin abolladuras, sin perforaciones, el horno con la t que se requiere, balanzascalibradas, etc. muchos instrumentos por el excesivo uso se deterioran rpidamente. Por tanto,siempre hay que estar pendiente de sus reposiciones, para obtener buenos y exactos resultados.

* Por ltimo la importancia de utilizar los mismos instrumentos durante la calibracin, y elterreno, para no tener variaciones en las medidas.


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INFORME N 2




1.- RESUMEN.

Mediante el uso del mtodo del cono de arena se logra determinar la densidad o masa unitaria del suelo en

el sitio o campo, este mtodo tambin es utilizado para hallar el grado de compactacin del suelo, el cual seaplica para establecer un mejoramiento del terreno para la construccin de terraplenes, realizar un controlde calidad de compactacin en subrasantes para carreteras.

2.- MARCO TEORICO.

La compactacin de suelos es un proceso artificial en el cual las partculas de suelo son obligadas a estar msen contacto (unidas) las unas con las otras, mediante una reduccin de vacos, empleando algn medio

mecnico, esto se realiza para mejorar las propiedades ingenieriles del suelo.

La importancia de la compactacin de suelos radica en el aumento de la resistencia y disminucin en lacapacidad de deformacin que se obtiene al someter al suelo a tcnicas, que aumenten el peso especficoseco, disminuyendo los vacos.

Los mtodos empleados para la compactacin de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabajeen cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los mtodos vibratorios son los ms

eficientes, en tanto que en suelos plsticos el procedimiento de carga esttica resulta el ms ventajoso. En laprctica, estas caractersticas se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformasvibratorias, rodillos lisos.



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d. Reduce el esponjamiento y la contraccin del sueloe. Impide los daos de las heladas

3.- OBJETIVOS.

- El objetivo principal de la prctica se centra en determinar mediante un ensayo (en el sitio donde se tomala muestra) la densidad o masa unitaria del suelo usando el mtodo del cono de arena.

- Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas en la aplicacin al diseoo construccin.

- Tomar decisiones de acuerdo a tipos de de informacin que se obtengan en el laboratorio para adquirirexperiencia cuando se este realizando una obra de gran magnitud.



* Arena calibrada

* Balanza digital

* Cucharn

* Cuchara


* Brocha



*


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3.- PROCEDIMIENTO.

* Primeramente, antes de ir al campo, se realiza el factor de correccin, pesando la arena graduadaque entra en el cono de arena, proceso que debe repetirse 2 o 3 veces y sacar un promedio, el cual seutilizar en los clculos posteriores. Se realiz dos pesos, el primero de 910 gr y el segundo de 1035 gr, ennuestro caso se tom el de 1035 gr.

* Luego se llena la arena graduada en el molde del proctor, para hallar su densidad, se hace en cadalibre, luego se enraza y se limpia con la brocha lo que ha cado fuera del molde.

* Luego se pesa con el molde y da un peso de 4210 gr. El peso del molde slo es de 2920 gr, luego elpeso de la arena es de 1290 gr.

* Luego para obtener el volumen del molde se mide el dimetro= 10 cm. Y su altura 13.4 cm. Por loque el volumen es 1052.43 cm3.

* Con los datos obtenidos se halla la densidad , D = P/V -- D = 1290 gr /1052.43 cm3 . Luego D = 1.22gr/cm3.

* Posteriormente toda la arena graduada se vaca en el frasco y se realiza el pesado de arena + frascocon el cono = 5425 gr.

* Luego se va al campo y con la ayuda del plato del equipo de cono de arena se nivela el terreno y seexcava un hoyo de forma cilndrica de dimetro igual a la abertura del plato y de aproximadamente 10 a 15

cms. de profundidad.

* El material producto de la excavacin es recogida en una bolsa plstica para llevarla a su pesado yobtencin de la humedad. Hay que tener en consideracin que si se encuentra partculas superiores a loestndar del suelo, se deber escoger otro lugar para la excavacin y obtencin de la muestra. ( En ellaboratorio se obtuvo el peso de la muestra = 3020 gr.)

* Seguidamente una vez bien limpio y nivelado el hoyo excavado, se pone el cono en la abertura de labase (plato) y se deja caer la arena por gravedad, hasta quew se llene el hoyo y se cierra la vlvula; luego seprocede a pesar la arena que queda + el frasco = 1850 gr.

* Nuevamente en el laboratorio con ayuda de una malla de se separa la grava mayor que seretiene y se pesa = 100 gr. Y se calcula su volumen por el mtodo de desplazamiento ayudado de la probetagraduada = 40 cm3.

* Todos los datos obtenidos se anotan en el formato correspondiente y se procede a hacer losclculos para obtener la densidad del terreno.

* Los resultados se comparan con los obtenidos previamente en el ensayo de proctor y humedadptima (para el caso en el casillero correspondiente se asumi el valor de mxima densidad).


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Este ensayo se utiliza sobre todo en los estudios de suelos para carreteras para determinar el grado decompactacin del material de base o sub base de las mismas y tambin en los materiales que servirn parahacer rellenos compactados.



Se obtiene la densidad seca natural del suelo, realizando los clculos que se muestran en anexo adjunto.

6.- CONCLUSIONES.

* El presente ensayo nos da informacin que grado de compactacin tiene el suelo y si est en un rangoaceptable (generalmente entre 95 % y 105%) si los resultados estn por debajo de 95% entonces se dir queal suelo le falta compactacin y si est por encima, quiere decir que algo est mal y se tendr que tomar

medidas correctivas necesarias.


* Se debe hacer el ensayo con las debidas precauciones y medidas de aproximacin correspondientes,debido a que de los resultados depende la compactacin en mayor grado o no de un suelo sobre todo encarretera, lo cual influye econmicamente en el costo de las obras.

* Se debe tener cuidado en la recogido de la muestra de campo y su traslado lo ms inmediato posible allaboratorio para evitar propiedades como humedad y otros. Del mismo modo tratar de recoger la arenagraduada sin mezcla del suelo, porque la misma servir para otros ensayos similares.


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ANEXOSINFORME N 2




1.- RESUMEN.



2.- MARCO TEORICO.








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3.- OBJETIVOS.






* Arena calibrada

* Balanza digital

* Cucharn

* Cuchara


* Brocha



*


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3.- PROCEDIMIENTO.















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Se obtiene la densidad seca natural del suelo, realizando los clculos que se muestran en anexo adjunto.

6.- CONCLUSIONES.

* El presente ensayo nos da informacin que grado de compactacin tiene el suelo y si est en un rangoaceptable (generalmente entre 95 % y 105%) si los resultados estn por debajo de 95% entonces se dir queal suelo le falta compactacin y si est por encima, quiere decir que algo est mal y se tendr que tomar

medidas correctivas necesarias.


* Se debe hacer el ensayo con las debidas precauciones y medidas de aproximacin correspondientes,debido a que de los resultados depende la compactacin en mayor grado o no de un suelo sobre todo encarretera, lo cual influye econmicamente en el costo de las obras.

* Se debe tener cuidado en la recogido de la muestra de campo y su traslado lo ms inmediato posible allaboratorio para evitar propiedades como humedad y otros. Del mismo modo tratar de recoger la arenagraduada sin mezcla del suelo, porque la misma servir para otros ensayos similares.


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ANEXOSINFORME N 2




1.- RESUMEN.



2.- MARCO TEORICO.








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3.- OBJETIVOS.






* Arena calibrada

* Balanza digital

* Cucharn

* Cuchara


* Brocha



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3.- PROCEDIMIENTO.















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Se obtiene la densidad seca natural del suelo, realizando los clculos que se muest

65028142 ensayo cono y arena

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