Procedimiento Cono de Arena

 

ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS SUELOS EN EL CAMPO POR EL METODO DEL CONO DE ARENA. Densidad La densidad es una medida del estado de empaquetamiento de las partículas del suelo y para esto la densidad seca es una de las medidas más apropiadas. Objetivo Esta norma de ensayo establece el método de ensayo estándar para determinar la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena. Alcance •

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Este método se emplea para la determinación de la densidad de suelos en el lugar (in situ), utilizando un equipo denominado cono de arena. Este método de ensayo se aplica a suelos que no contenga contengan n una cantidad excesia de roca o materiales gruesos con un diámetro mayor a ! " pulg. (#$ mm). %ualquier suelo & otro material, que pueda ser excaado con 'erramientas de mano, puede ser ensayado siempre que los acíos o aberturas de los poros en la masa sean lo suicientemente pequeos para preenir que la arena usada en el ensayo penetre en los acíos naturales. El suelo u otro material a ensayarse deberá tener la suiciente co'esión o atracción entre partículas para mantene mantenerr estables los lados de un pequeo pequeo 'oyo 'oyo o exca excaaci ación ón.. Est Este e debe deberá rá ser lo su suic icien ientem temen ente te irme irme y co consi nsiste stente nte pa para ra soportar las pequeas presiones e*ercidas al excaar el 'oyo y colocar el aparato sobre él, sin que se deorme o se caiga.

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Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos, saturados saturados o altamente plásticos que podrían deormarse o comprimirse durante la excaación del 'oyo de ensayo. Este método de ensayo puede no ser adecuado para suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el oriicio de ensayo+ tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de ! " pulg. (#$ mm), ni para suelos granulares que tengan altos porcenta*es porcenta* es de acíos. %uando %uan do los mater material iales es que que se an a somete someterr a pr prueb ueba a conten contenga gan n cantid cantidad ades es considerables de partículas mayores a ! " pulg. (#$ mm), o cuando los ol&menes de los oriicios de ensayo son mayores a .! pie # (-$# cm#), se aplica el étodo de Ensayo /01 234!3 o /01 25#.

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Es práctica com&n en la proesión de ingeniería utilizar corrientemente unidades de medida medi da para para represen representar tar tanto tanto unid unidades ades de masa masa como unidades unidades de uerza. uerza. Esto implícita impl ícitament mente e comb combina ina dos sistemas de unidades unidades dierentes, dierentes, esto es, el sistema sistema absoluto y el sistema graitacional. %ientíicamente, no es recomendable combinar el uso de dos clases dierentes de unidades dentro de una norma simple. Este método de ensayo 'a sido elaborado utilizando el sistema graitacional de unidades cuando se tratan las unidades en el sistema de centímetros y gramos. En este sistema, el gramo (g) represent representa a una unidad unidad de uerza (peso) (peso).. 0in embarg embargo, o, el uso de balanza balanzas s o escalas para registrar medidas de masa (gm) o para registrar la densidad en gm6cm # puede establecerse como conorme a este método de ensayo.

 

Resuen del !todo de ensa"o 0e caa a mano un oriicio de prueba en el suelo donde se a a ensayar y todo el material extraído del oriicio es recuperado en un contenedor. 0e llena el oriicio con arena de densidad conocida en caída libre y se determina el olumen. La densidad '&meda del suelo in situ se determina diidiendo la masa '&meda del material remoido entre el olumen del oriicio. 0e determina el contenido de 'umedad del material del oriicio y se calcula la masa seca del material y la densidad seca del lugar, utilizando la masa '&meda del suelo, el contenido de 'umedad y el olumen del oriico.

Si#ni$icado " uso •

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Este método es muy diundido para determinar la densidad de suelos compactados uti utiliz lizado ados s en la constr construcc ucción ión de ter terra raple plene nes s de tierr tierra, a, re relle lleno nos s de ca carre rreter teras as y estructuras estructura s de relleno. Es com&nmente utilizado como base de aceptación para suelos compacta comp actados dos a una densid densidad ad esp especíi ecíica ca o a un porcent porcenta*e a*e de densida densidad d máxima máxima determinada por un método de ensayo normado. Este método puede ser usado para determinar la densidad in7situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar. El uso de este método está limitado generalmente a suelos en una condición de no satur sat urad ados. os. Este Este métod método o no es recom recomen enda dable ble pa para ra suelos suelos que que sean sean suaes suaes o desme desmenuz nuzab ables les (que (que se desmo desmoron ronan an ácilm ácilment ente), e), o estén estén en un una a co condi ndició ción n de 'umedad tal que el agua iltre al 'oyo excaado. La precisión de este ensayo puede ser aectada por suelos que se deorman ácilmente o que suran cambios olumétricos en el 'oyo excaado debido a que el personal camine o se detenga cerca del 'oyo durante el ensayo.

MATERIALES %. El a&a'ato de Densidad, Densidad , consiste en lo siguiente8 •

9n rasco rasco desar desarma mable ble u otr otro o conten contened edor or de ar aren ena a qu que e tenga tenga una una capaci capacida dad d de olumen que exceda el olumen requerido para llenar el oriicio de prueba y el aparato durante la prueba.

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9n aparato desarmable que consiste en una álula cilíndrica con un oriicio de ": (!# mm) de diámetro, presentando en un extremo un pequeo cono de metal conectado a un rasco en un extremo y a unpreenir embudo en el álula debe tener tene r un reno ren o (seguro) (seg uro) para pre enir la(cono) rotación rotación deotro unaextremo. posición posiciónLacompleta comp letamen mente te abierta a otra completamente cerrada.

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9na placa metálica cuadrada ó rectangular, con un 'ueco central con borde para recibir  el embudo grande (cono) del aparato descrito en ;.!.-. La placa debe ser plana en la base y tener suiciente rigidez, con un espesor de #6$< a !6-< (! a !#mm). Lo Los s de deta tall lles es del del ap apar arat ato o de desc scri rito to se mues muestr tran an en la =ig. =ig.! ! y re repr pres esen enta tan n la las s dimensiones mínimas aceptables y adecuadas para ensayar suelos que tienen un tamao máximo de -< (5mm) y olumen del 'ueco de ensayo de aproximadamente .! pie# (- $#cm#). %uando el material a ensayarse contiene un pequeo porcenta*e de partículas extradimensionadas y alargadas, el ensayo puede ser trasladado a una nuea nuea ubica ubicació ción. n. 0e neces necesita itan n apara aparatos tos y ol ol&m &men enes es del 'ueco 'ueco de pru prueba eba más más grandes cuando prealecen las partículas mayores que -< (5 mm).

 

(. A'ena) 2eberá ser limpia, uniorme, seca, no cementada, durable y que discurra libremente. 1ener un coeiciente de uniormidad (%u>2;62!) menor de - y el tamao máximo de partículas menor  que -.mm (alla ?@ !) y menos del #A en peso que pase la malla de -5 Bm (alla ?@ ;). 2ebe estar libre de inos y partículas de arena ina para preenir cambios signiicatios en la densidad de la masa por cambios diarios en la 'umedad atmosérica. 0on deseable arenas naturale natu rales, s, subredo subredondea ndeadas das o red redond ondeada eadas. s. Las arenas arenas triturada trituradas, s, o que tengan tengan partícul partículas as angulares son libres de por lo quede esta condición. puede causar una la acción por lo tantonoimprecisión en escurrir, la determinación la densidad Cara seleccionar arenapuente de unay cantera potencial se debe determinar cinco (5) densidades de masa por separado, las cuales deben ser 'ec'as para cada recipiente o saco de arena. Cara ser aceptable la arena, la ariación entre cualquier determinación determinación y el promedio no debe ser mayor de !A del promedio. promedio.  /ntes de usar usar la arena arena será secada, secada, luego s se e de*a que tome la 'umedad 'umedad del del aire del sitio sitio donde a a ser usada. La arena para ser nueamente usada, deberá estar libre de cualquier suelo contaminante, eriicarse su gradación y secarla. Las pruebas de densidad y olumen de la arena deben ser 'ec'as a interalos no mayores de !3 días, siempre después de cualquier  cambio signiicatio de 'umedad atmosérica+ antes de oler a usar la arena y antes de usar  un nueo material preiamente aprobado.

*. +alan,as. 9na balanza de capacidad mínima de - Dg con una sensibilidad de !. g. -. Eui&o de Secado. %ontrolado termostáticamente, %ontrolado termostáticamente, capaz de mantener mantenerse se a una temperatur temperatura a de !!  5@% (-#  4 @=), para determinar el contenido de 'umedad de la muestra extraída del 'oyo. /. Eui&o Dive'so. %uc'illo, pico pequeo, cincel, espátula pequea, destornillador o cuc'aras para excaar el 'oyo del ensayo, cubos con tapa, latas de estao sin costuras laterales ó de aluminio con tapa, costales costa les plásticos plásticos u otro recipi recipiente ente adecuado adecuado para para retener retener la densida densidad d y 'umedad 'umedad de la muestra y la densidad de la arena+ termómetro para la determinación de la temperatura del agua, broc'a pequea, calculadora, libreta de apuntes, etc. PROCEDIMIENTO 0eleccionar una ubicación6eleación que sea representatia del área que se a a probar y determiné la densidad del suelo in7situ de la siguiente manera8 %. Fnspeccionar %. Fnspeccionar el cono por si 'ubiera alg&n dao, la rotación libre de la álula y cerciorarse de que el plato de base uncione apropiadamente. Llenar el contenedor del cono con la arena condicionada y determinamos la masa total pesando ambos. (. Creparar (. Creparar la supericie del sitio que se amos a ensayar de tal manera que sea un plano nielado. El plato de base debe utilizarse como una 'erramienta para remoer la supericie a un plano de niel suae. *. %olocar *. %olocar el plato de base sobre la supericie plana, asegurándose asegurándose de que existe contacto con la supericie del terreno alrededor del borde del oriicio central. arque el contorno del plato de base para reisar el moimiento durante la prueba y, si es necesario, asegure el plato contra el moimiento que se cause utilizando claos insertados dentro del suelo adyacente al ilo del plato, o en otros términos, sin disturbar el suelo que se a a probar.

 

-. En -. En suelos donde la nielación no es exitosa o la supericie presenta acíos, el olumen que se expulsa 'orizontalmente y que está limitado por el embudo, el plato y la supericie del terreno debe determinarse mediante un ensayo preliminar. Llene el espacio con arena del aparato, determine la masa de la arena utilizada para llenar el espacio, rellene el aparato y determine una nuea masa inicial del mismo y de la arena antes de proceder con la prueba. 2espués de que se complete esta medida, limpie cuidadosamente con una broc'a la arena que queda sobre la supericie preparada /. %aar /. %aar el 'oyo de prueba a traés del oriico central en el plato de base, teniendo cuidado de eitar que se disturbe o se deorme el suelo delimitará Los los ol&menes del oriico de prueba serán tan grandes como para queque sean prácticoselyoriicio. minimicen errores. errores. Los lados de dell ori oriic icio io debe deben n incl inclin inar arse se lee leeme ment nte e 'a 'aci cia a ad aden entr tro, o, y la part parte e cent centra rall de debe be ser  ser  razonablemente plana o cóncaa. El oriico debe mantenerse lo más libre posible de acíos, salientes y obstrucciones luidas ya que esto aectaría la exactitud de la prueba. Los suelos que son esencialmente granulares requieren extremo cuidado y también requieren que se cabe un oriicio de prueba de orma cónica. %olocar todo el suelo excaado y cualquier otro suelo que se 'aya soltado durante la excaación, en un contenedor 'ermético que esté marcado para identiicar el n&mero de prueba. 2ebemos tener cuidado de eitar la pérdida de cualquier  material. Crote*emos también este material de cualquier pérdida de 'umedad 'asta que se 'aya determinado la masa y se 'aya obtenido la muestra para la determinación del contenido de agua. 0.  0.  Limpiar el borde del oriicio del plato base, olteamos el aparato de cono de arena y colocamos el embudo del mismo en un oriicio rebordeado en la misma posición que se marcó durante la calibración. 1ratamos de eliminar o minimizar en el área de prueba las ibraciones que pueda causar el personal que realiza la prueba o el equipo que se utiliza. /brimos la álula y de*amos que la arena llene el oriico, el embudo y el plato base. 1rate de eitar que el aparato se sacuda o ibre mientras la arena está corriendo. %uando la arena de*e de luir, cierre la álula.

1. 2eterminamos 1. 2eterminamos la masa del aparato con la arena restante, registramos y calculamos la masa de la arena utilizada.

 

2.  2.  2eterminamos y registramos la masa del material '&medo que se extra*o del oriico de prueba. 3.  3.  ezclamo ezclamos s el material material cuidados cuidadosame amente nte y obteng obtenga a un espécime espécimen n represe representat ntatio io para para determinar el contenido de '&medo o, en todo caso, utilizar una muestra completa. %4. 2eterminamos el contenido de 'umedad. Los especímenes para el contenido de 'umedad %4. 2eterminamos deben ser lo suicientemente grandes y seleccionados de tal manera que representen todo el material obtenido del oriicio de prueba.

C5lculos Los cálculos mostrados son en gramos para la masa y en centímetros c&bicos para el olumen. 0e permi permite te otr otras as unida unidades des sie siempr mpre e y cuand cuando o cue cuente nten n co con n los actor actores es ap apro ropia piado dos s de conersión+ esto es para mantener cuidadosamente la consistencia de las unidades de cálculo. %. %alculamos %. %alculamos el olumen del oriicio de prueba de la siguiente manera8  

67 8M%9M(:;ρ% 2onde8 G > olumen del oriicio de prueba, cm #. ! > masa de la arena utilizada para llenar el oriico de prueba, embudo y plato de base, g. - > masa de la arena utilizada para llenar el embudo y el plato de base, g. ρ! > densidad del olumen de la arena, g6cm #.

(. %alculamos (. %alculamos la masa seca del material extraído del oriico de prueba tal como sigue8

M- 7 %44 M* ; 8< = %44: 2onde8 H > contenido de 'umedad del material extraído del oriicio de prueba, A. # > masa '&meda del material del 'ueco de ensayo, g. 3 > masa seca del material del 'ueco de ensayo, g. *. %alculamos *. %alculamos la densidad '&meda y seca in7situ del material ensayado de la siguiente manera8

ρ

7 M* ; 6 ρd 7 M- ; 6

2onde8 G > olumen del oriicio de prueba, cm #. # > masa '&meda del material del oriicio de prueba, g. 3 > masa seca del material del oriicio de prueba, g. ρm > densidad '&meda del material probado, o su peso unitario '&medo γm, en g6cm# ρd > densidad seca del material probado, o su peso unitario seco γd, en g6cm#.