INFORME N° 08 - DENSIDAD DE CAMPO

“Año de la diversificación productiva y el fortalecimiento de la educación”

Curso: Mecánica de Suelos I Tema: Densidad de Campo Docente: Ing. Manuel Chunga Purizaca Turno: Tarde (4:00 – 5:55) Semestre: V Alumnos:     

Echevarría Ramírez, Carlos Alejandro Sánchez Huamán, Ángel Lachira Espinoza, Buenaventura Ripalda Jibaja, Jorge Segundo Carhualloclla Pongo, Richard Manuel

Piura – Perú 2015

1. INTRODUCCIÓN En el presente informe de mecánica de suelos tenemos como objetivo estudiar la densidad de campo y lo realizaremos con la ayuda del método del cono de arena. El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de U.S.A. y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro nuclear. Este método (cono de arena) a utilizar establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) 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 una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que controla el llenado de un cono de 6” de diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la boca de un recipiente de aproximadamente 5 lts de capacidad. La válvula debe tener topes que permitan fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta. El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicación del cono de densidad, permite reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y proporciona una base más sólida 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 3 litros. La arena normalizada se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadas y comprendidas entre 2mm y 0,5 mm.

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL: 

Aprender a realizar de forma correcta el ensayo de densidad de campo, con un manejo adecuado de los equipos y aprender a interpretar de forma correcta los resultados.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar la densidad seca de la muestra de un suelo.



Determinar la humedad natural usando el equipo “Speedy”, así como conocer el correcto manejo de este equipo.



Determinar el grado de compactación del suelo analizado.

3. FUNDAMENTO TEÖRICO 3.1 ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Este método de ensayo establece cómo determinar la densidad y el peso unitariode suelos in situ utilizando el equipo de cono de arena. Este método de ensayo se puede utilizar también para la determinación de densidad y peso unitario in situ de suelos inalterados, siempre que los poros o vacíos del suelo sean lo suficientemente pequeños para evitar que la arena utilizada en el ensayo se introduzca en ellos. El suelo u otro material utilizado en el ensayo deben tener suficiente cohesión o atracción entre partículas para mantener estables las paredes del agujero confeccionado, y ser lo suficientemente firme para soportar sin deformaciones ni desprendimientos la leve presión ejercida durante la excavación y el posicionamiento del equipo sobre él. Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos, saturados o con alta plasticidad que se puedan deformar o comprimir durante la excavación del agujero. Este método de ensayo puede no ser adecuado en suelos conformados por materiales granulares sueltos que no mantienen las paredes estables del agujero del ensayo, suelos que contienen cantidades considerables de material grueso mayor que 38 mm de diámetro y suelos granulares que tienen un alto índice de vacíos. Cuando los materiales que son ensayados contienen una cantidad considerable de partículas mayores que 38 mm o cuando se requiere que el volumen del agujeroexcavado sea mayor que 2 830 cm3, se debe aplicar los métodos ASTM D 4914 oASTM D 5030.

3.2 REFERENCIAS NORMATIVAS Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en estetexto constituyen requisitos de la presente Norma. Las mismas que deberán serde la edición vigente 

NTP 339.143

(Método de ensayo estándar para la densidad y peso unitariodel suelo in situ mediante el método del cono de arena) 

MTC E 117

(Densidad en el sitio - Método del Cono) 

ASTM D 1556

(Standard Test Method for Density and Unit Weight of Soilin Place by the SandCone Method) 

ASSHTO T 191

(Density In-Place By The Sand Cone Method)

4. INSTRUMENTOS Y MATERIALES 4.1 INSTRUMENTOS

INSTRUMENTOS Equipo de densidad de campo (cono y plato de densidad) Speedy Balanza Cinta Métrica

Fig 1 – Balanza Analítica

Fig.3 – Speedy

PRECISIÓN --0.001 0.001

Fig. 2 – Equipo de densidad de campo

Fig 4 – Cinta métrica

Fig. 5 – Balanza y carburo de calcio

4.2 MATERIALES MATERIALES Arena (1.32 gr/cm3 – 1.42 gr/cm3) Bolsas Badilejo Bandeja Metálica Bandejas plásticas Tubo de medidas conocidas

Fig.6 – Bandeja metálica y Badilejo

Fig.7 – Tubo de medidas conocidas

Fig. 8 – Arena de cantera “Cerro Mocho”

Fig. 9 – Bandeja Plástica

5. PROCEDIMIENTOS 5.1 DENSIDAD DE CAMPO  Se buscó un lugar estratégico para realizar la prueba de densidad de campo.  Se colocó el plato de densidad y se procedió a excavar, realizando un agujero con forma circular (forma del agujero en el plato) con una profundidad de 15 cm, teniendo especial cuidado en que todo el agujero tenga el mismo diámetro.  Se midió la masa de la arena extraída del suelo.  Del material extraído, se tomó una muestra para poder obtener su humedad natural con el “Speedy”, procedimiento que será descrito más adelante.  Se procedió a llenar totalmente el “cono de densidad” con la arena de densidad conocida y se midió su masa, antes de realizar esto, se determinó el factor de corrección del equipo, procedimiento que será descrito más adelante.  Se colocó el “cono de densidad” sobre el agujero realizado, abriendo la válvula del equipo para que la arena del mismo caiga y llene totalmente el agujero.  Cuando el agujero se llenó en su totalidad, se cerró la válvula y se midió la masa del cono con la arena sobrante en el mismo, a lo que denominaremos como arena de vuelta.  Se procedió a realizar los cálculos del volumen de la arena del cono, densidad húmeda, densidad seca y porcentaje de compactación con las fórmulas expresadas a continuación. Nota: Cabe precisar que para poder realizar el cálculo del “Porcentaje de Compactación”, es necesario conocer la Densidad Máxima del Proctor, ya sea estándar o modificado.

5.1.1 Volumen de Arena del cono (V) V=

( Cono + Arena )− A . D−FC ρ

Dónde: AD: Arena Devuelta FC: Factor de Corrección ρ : Densidad de la arena del cono

5.1.2 Densidad Húmeda ( ρh ) ρh=

ME V

Dónde: WE: Masa de la arena extraída V: Volumen de la arena del cono

5.1.3 Densidad Seca ( ρs ) ρs=

ρh H () 1+ 100

Donde: ρh : Densidad Húmeda

H (%): Humedad Natural

5.1.4 Porcentaje de Compactación (%C) %C=

ρs ρm

Donde: ρs : Densidad Seca

ρm :

Densidad Máxima del Proctor

5.2 HUMEDAD NATURAL CON “SPEEDY”  Se homogenizó la muestra de arena extraída  Se tomó con una cuchara, pequeñas cantidades de muestra y se fue colocando en la balanza, hasta que esta estuviera totalmente nivelada.  Se procedió a echar la muestra que fue colocada en la balanza en la parte inferior del equipo.  Se hecho carburo de calcio en la parte superior del equipo, se cerró de forma rápida y se empezó a agitar, teniendo especial cuidado en que esto se haga de forma horizontal y de izquierda a derecha, esto se realizó por un aproximado de 03 minutos.  Se tomó nota de la humedad determinada por el equipo.

5.3 DENSIDAD DE ARENA UTILIZADA EN EL CONO  Se tomó un tubo con diámetro y altura conocida y se llenó con arena.  Se midió la masa de toda la arena que entró al tubo  Se realizó los cálculos del volumen del cono y de la densidad de la arena 2

π∗D Volumen= ∗h 4 Donde: D: Diámetro del tubo h: Altura del tubo ρ=

Masa Volumen

Donde:

ρ=Densidad

5.4 FACTOR DE CORRECCIÓN  Se llenó el “cono de densidad” con la arena, para la cual anteriormente calculamos su densidad.  Se colocó el equipo sobre una bandeja y se abrió la válvula, llenando totalmente la parte metálica del cono.  Se midió la masa de la arena que se encontraba en el cono., siendo el resultado de la medición nuestro factor de corrección

6. CÁLCULOS 6.1 Densidad de la Arena utilizada:  Masa: 311 gr.  Diámetro (d)= 5.2 cm  Altura (h) = 11.2 cm π∗D2 Volumen= ∗h 4 Volumen=

π∗5.22 ∗11.2 4

Volumen=237.86 cm3

ρ=

Masa Volumen

ρ=

311 237.86

ρ=1.31 gr /cm3

6.2 Factor de Corrección:

FC=1391 gr

6.3 Humedad Natural: H=8

Volumen de Arena del cono (V)  Cono + Arena = 6663 gr  Arena Devuelta (AD) = 1112 gr  Factor de Corrección (FC) = 1391 gr ρ  Densidad de la arena del cono ¿ ) = 1.31 gr/cm3

V=

( Cono + Arena )− A . D−FC ρ

V=

6663−1391−1391 1.31

V =3127.82 cm

3

6.4 Densidad Húmeda ( ρh )  Masa de la arena extraída (ME) = 4169 gr  Volumen de la arena del cono (V) =3127.82 ρh=

ME V

cm 3

ρh=

4169 3127.82

ρh=1.33 gr /cm3

6.5 Densidad Seca ( ρs ) 3  Densidad Húmeda ( ρh ) = 1.33 gr /cm

 Humedad Natural H (%) = 8 % ρs=

ρs=

ρh H () 1+ 100

1.33 8 1+ 100

ρs=1.23 gr /cm3

6.6 Porcentaje de Compactación (%C) Densidad Seca ( ρs ¿

= 1.23

gr /cm 3

Densidad Máxima del Proctor ( ρm)

%C=

ρs ρm

= 1.72 gr/cm3

%C=

1.23 x 100 1.72

%C=71.5

7. RESULTADOS Humedad Natural

Densidad Húmeda

8%

1.33 gr /cm

3

Densidad Seca

3 1.2 gr /cm

Densidad Máxima

Porcentaje de Compactació n

1.72

71.5

gr /cm

3

8. CONCLUSIONES  Se concluyó después del ensayo, que este material tiene un grado de compactación, de 71.5%.  Se concluyó que la humedad natural del material analizado es de 8%.  La densidad húmeda y seca del material analizado son 1.33gr/cm3 y 1.2 gr/cm3 respectivamente.

9. RECOMENDACIONES  La arena a usar en el cono debe estar un rango de densidad entre 1.32gr/cm3 y 1.42 gr/cm3.  La arena debe pasar por la malla N° 10 y ser retenida en la malla N° 30, con la finalidad de que los fragmentos tengan un tamaño estándar, que permita que la misma no se atasque al abrir la válvula.

10. BIBLIOGRAFÍA 

“Mecánica de Suelos Tomo 1: Fundamentos de la Mecánica de Suelos” 2° Edic. – J. Bobadillo y R. Rodriguez – Editorial Limusa (2010)



“Fundamentos de Ingeniería Geotécnica” – Braja M. Das – California