Práctica: Ensayo densidad y peso unitario del suelo in-situ por el método del cono de arena – basado en la norma ASTM D1556

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Departamento de Ingeniería Civil[pic 2]

Pontificia Universidad Católica del Ecuador

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Módulo:  Laboratorio de Mecánica de suelos 1

Práctica: Ensayo densidad y peso unitario del suelo in-situ por el método del cono de arena – basado en la norma ASTM D1556

Supervisor:  Ing. Guillermo Realpe MSc.

Fecha de Entrega Límite:  09/05/2022

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DECLARACIÓN

Certifico que entiendo el significado de plagio y que el trabajo presentado para esta asignación de curso es mi propio trabajo, excepto donde específicamente se indique lo contrario. Al firmar este documento, estoy de acuerdo en que este trabajo puede ser sometido a una prueba electrónica de plagio en cualquier momento y ofreceré una versión adicional de este trabajo en un formato apropiado cuando se solicite:

Nombre: Ana Paula Alvear Arellano                                  ID: 172545660-0

Firma: _______________________________________   Fecha: 09/05/2022[pic 5]

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A SER COMPLETADO POR EL CALIFICADOR

Calificación Otorgada: __________________________________________________

Penalización por falta al laboratorio / Entrega tardía: __________________________

RESUMEN

La práctica de laboratorio del día de hoy busca determinar la densidad y el peso unitario del suelo IN SITU utilizando el método del cono de arena. este método es aplicable para los suelos sin cantidades apreciables de materiales rocosos o mayores a 38mm de diámetro. La necesidad de conocer la densidad del suelo IN SITU o en su estado natural permitió el uso de métodos para determinar la densidad, y una de las formas de verificar esto es el método del cono de arena, que mide el grado de compactación en rellenos compactados. El método del cono de arena utiliza arena estándar, homogénea y de grano redondo para rellenar los agujeros excavados en el suelo. Previamente en laboratorio se determinó la densidad de esta arena para las mismas condiciones de caída que tendrá en campo, para lo cual se utilizó un cono metálico. Este informe detalla los conceptos básicos del procedimiento de prueba, así como los procedimientos de rendimiento y la recopilación de datos necesarios para calcular el contenido de humedad, la densidad de la arena y la corrección del cono. Por lo tanto, el grado de compactación de la capa de suelo también se determinará para el análisis de la calidad del suelo.

Palabras claves: In situ, densidad peso unitario, compactación, cono de arena

ABSTRACT

Today's laboratory practice seeks to determine the density and unit weight of IN SITU soil using the sand cone method. This method is applicable for soils without appreciable amounts of rocky materials or greater than 38mm in diameter. The need to know the density of the soil IN SITU or in its natural state allowed the use of methods to determine the density, and one of the ways to verify this is the sand cone method, which measures the degree of compaction in compacted fills. The sand cone method uses standard, homogeneous, round-grained sand to fill the holes excavated in the soil. Previously, the density of this sand was determined in the laboratory for the same conditions of fall that it will have in the field, for which a metal cone was used. This report details the basics of the test procedure, as well as the performance procedures and data collection necessary to calculate the moisture content, sand density and cone correction. Therefore, the degree of compaction of the soil layer will also be determined for soil quality analysis.

Key words: In situ, unit weight density, compaction, sand cone.

1. OBJETIVOS

1. Objetivo General

Determinar el contenido de humedad y la densidad del suelo seco compactado en campo, y así verificar los resultados de procesos de compactación de suelos en el laboratorio.

1. Objetivos específicos.

Determinar:

• El volumen del orificio de prueba.
• La masa seca del material removido del orificio de prueba.
• La densidad húmeda y seca in situ del material probado.
• Contenido de agua del suelo in situ.
• Masa y porcentaje de partículas de gran tamaño

1. ALCANCES

Mediante este ensayo esperamos determinar la densidad del suelo seco y el contenido de humedad del suelo compactado en campo, para a continuación mediante los respectivos cálculos determinar el grado de compactación que presenta el mismo.

1. INTRODUCCIÓN

El ensayo de densidad IN SITU por el método del cono de arena permite obtener la densidad del suelo al cual se ha aplicado el mismo, y así verificar los resultados obtenidos en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado, y así poder determinar la calidad del suelo donde se vayan a ejecutar los proyectos. en este informe se va a detallar los fundamentos básicos para la práctica de este ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán indispensables para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y calibración del condón. Finalmente, también se determinará el grado de compactación de la capa del suelo, para analizar la calidad del suelo de obra

1. MARCO TEÓRICO

El ensayo de densidad seca nos permite obtener la densidad del terreno y así verificar los resultados que obtuvimos previamente en el proceso de compactación del suelo, donde podemos observar que existe una correlación en cuanto a humedad y la densidad de este. Hay varios métodos para registrar estas densidades, sin embrago; en el informe hablaremos sobre el método de cono y arena. Este método es únicamente aplicable para los suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 38mm.

Método del cono y arena

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

Se utiliza una arena uniforme estandarizada, compuesta por partículas de cuarzo, sana, no sé mentadas, de granulometría redondeada y comprendidas entre los tamices N.º 10 y Nº35. con grandes redondeados para rellenar el hueco excavado en el terreno. En el laboratorio con anticipación se va a determinar la densidad de esta arena para las condiciones de caída que tendrá en el terreno. para esto se utiliza un cono metálico.

Este método de ensayo no es recomendado cuando:

• Tenemos suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse comprimirse durante la excavación del agujero del ensayo.
• Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el agujero del ensayo.
• Son los que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 38mm.

Este ensayo es beneficioso debido a que es factible comparar las densidades secas en obra y las obtenidas en el laboratorio. para ello se tiene que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a una prueba de laboratorio. al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como grado de compactación, que se define como la relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en campo y la densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio.

1. MATERIALES Y MÉTODOS

1. Materiales

• Aparato de densidad cono de arena – que consiste en depósito de arena, cono de arena, y la placa de base.

• Contenedor de arena - un tarro acoplable u otro contenedor de arena que tiene una capacidad de volumen en exceso de la requerida para llenar el agujero de prueba y el cono de arena durante la prueba.
• Cono de Arena - un aparato desmontable que consiste en una válvula cilíndrica con una ce fi ori aproximadamente 1 / 2 en. [13 mm] de diámetro, que se adjunta a un embudo de metal y depósito de arena en un extremo, y un embudo de metal grande en el otro extremo. La válvula tendrá paradas para prevenir gire más allá de las posiciones totalmente abiertas o cerradas. El aparato se construye de metal de suficientemente rígida para evitar cambios de distorsión o de volumen en el cono. Las paredes del cono formarán un ángulo de aproximadamente 60 ° con la base para permitir un llenado uniforme con arena.
• Plato Base - una placa o base de metal o una plantilla con un reparto orificio central.
• La masa de la arena requerida para llenar el cono de arena y placa de base se determinará de acuerdo con las instrucciones del anexo 1 antes de su uso.

• Arena – La arena debe estar limpia, seca, uniforme en densidad, no cementada, durable y que fluya libremente. Cualquier gradación puede ser utilizada siempre y cuando tenga un coeficiente de uniformidad de (Cu = D60/D10) menor a 2.0. Uniformemente se necesita arena graduada para evitar la segregación durante la manipulación, almacenamiento y uso. Se requiere de arena libre de multas y partículas de arena fina para evitar cambios mayor densidad significativa con cambios diarios normales en la humedad atmosférica
• Balanzas o Escalas – Cumple con la especificación D4753, con 0.01 lbm (5.0g) de legibilidad, o mejor, para determinar la masa de arena y los suelos excavados. Un desequilibrio o escala con una capacidad mínima de 44 lbf (20kg) y 0.01 lbf (5g) de legibilidad es adecuado para determinar la masa de la arena y el suelo excavado.
• Equipo de secado – Equipo correspondiente al método utilizado para determinar el contenido de agua como se especifica en los métodos de prueba D2216, D4643, D4944 o D4959.

• Controlado termostáticamente con circulación forzada. Debe mantener una temperatura uniforme de 110±5°C.

• Equipo diverso

• Cuchillo.
• Pico pequeño.
• Cincel.
• Cuchara para cavar orificios de prueba.
• Clavos para asegurar la placa base.
• Fundas plásticas.
• Recipientes para retener las muestras de densidad.
• Calculadora.
• Formularios.

1. Métodos

• Seleccione una ubicación o elevación que sea representativa del área a ser probada, y determine la densidad del suelo in situ de la siguiente manera.

• Inspeccione el aparato de cono de arena para detectar daños, rotación libre de la válvula y la placa de la base adecuada. Llene el contenedor de cono con arena condicionada para la cual se ha determinado la densidad aparente de acuerdo con el anexo A2. Y determine la masa total.
• Prepare la superficie de la ubicación que se va a ensayar, de tal forma que se trate de un plano nivelado. La placa de base puede ser utilizada como una herramienta para golpear la superficie a un nivel plano y liso.
• Asiente la placa de base sobre la superficie plana asegurándose que exista contacto con la superficie del suelo alrededor del borde del orificio central. Marcar el contorno de la placa de base para comprobar el movimiento durante la prueba, y si es necesario, asegurar la placa contra el movimiento usando clavos empujando en el suelo adyacente al borde de la placa, o por otros medios, sin perturbar el suelo a ensayar.
• En suelos donde la nivelación no es exitosa, o en la superficie permanecen huecos, el volumen horizontal delimitado por el embudo, la placa y la superficie del suelo debe ser determinada por un ensayo preliminar. Llenar el espacio con arena desde el aparato, determinar la masa de arena usada para llenar el espacio, retirar del aparato y determinar una nueva masa inicial del aparato y la arena antes de proceder con el ensayo. Después de que se complete esta medición, cepillar cuidadosamente la arena de la superficie preparada.
• El volumen del orificio de prueba dependerá del máximo tamaño de partícula de suelo a ser ensayado y la profundidad de la capa compactada. Los volúmenes de orificios de prueba deben ser tan grandes como prácticos para minimizar los errores y no será menor que los volúmenes indicados en la Tabla 1. Se debe seleccionar una profundidad de pozo que proporcionará una muestra representativa del suelo.

TABLA 1 Volúmenes mínimos del orificio de prueba en función del tamaño máximo de partículas incluidas.[pic 7]

• Cave el orifico de prueba a través del orificio central en la base de la placa, teniendo cuidado de evitar perturbar o deformar el suelo. Los suelos del agujero deben inclinarse ligeramente hacia adentro y la parte inferior debe ser razonablemente plana o cóncavo. El agujero debe mantenerse lo más libre posible de obstrucciones ya que afectan la precisión del ensayo. Los suelos que son esencialmente granulares requieren extremo cuidado y puede requerir excavar un orificio de prueba con forma cónica. Todo el suelo excavado y cualquier suelo aflojado durante la excavación se debe colocar dentro de un contenedor hermético de debe estar marcado para identificar el número de prueba. Tenga cuidado de no perder ningún material. Proteger este material de cualquier pérdida de humedad hasta que la masa sea determinado, para así determinar el contenido de agua.
• Determinar la masa del aparato, registrar y calcular la masa de arena usada.
• Se determina y registra la masa de la tierra húmeda que se retira del orificio de prueba.
• Mezclar bien el material y/o bien obtener un espécimen representativo para la determinación de contenido de agua, o el uso conjunto de la muestra.
• Determinar el contenido de agua de conformidad con el método de ensayo D2216, D4643, D4944 o D4959.

1. CÁLCULOS

1. Procedimientos de cálculo, fórmulas y cálculos matemáticos

• Calcular el volumen del agujero de ensayo

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Donde:

V = volumen del agujero de ensayo, cm3

M 1 = Masa de la arena usada para llenar el agujero, embudo y plato base, gr

M 2 = Masa de la arena usada para llenar el embudo y plato base, gr

ρ = Densidad bulk de la arena, gr/cm3

• Calcular la masa seca del material removido del agujero de ensayo.

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Donde:

M 4 = Masa seca del material removido del agujero de ensayo, gr

M 3 = Masa húmeda del material removida del agujero, gr

w = Contenido de agua del material removido. %

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