Lab Cono De Arena 50381p

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Profesor: DIAZ PARDAVE, Miguel Ángel. Curso: MECÁNICA DE SUELOS Bloque: FC-PRE7CIV05A1T Clase: CAMPUS 7 – PACHACAMAC Informe Nº: 06 Temas: Control de Compactacion “Cono de Arena” Integrantes:

Códigos:

 PAPUICO LIMAYMANTA, Joavee Willman.

1421450

 PAREDES CASA, Mónica.

1421242

 PARIACHI ALVARADO, José Luis.

1421451

 SOLAR PACHAS, Rosa Milagros.

1611199 0

Lima - Perú 2017 – 01

INDICE PORTADA …………………………………………………………………………...I INDICE.......................................................................................................................................................1 RESUMEN .................................................................................................................................................2 OBJETIVOS ................................................................................................................................................3 1.

METODOLOGIA.............................................................................................................................4 1.1.

FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................................4

1.2.

DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y MATERIALES ...........................................................................6

1.3.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA..........................................................................................8

2.

RESULTADOS ................................................................................................................................9

3.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS ..................................................................................................... 11

CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 12 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................................... 14

1

RESUMEN La prueba realizada en este estudio de ensayo de mecánica de suelos, está centrada en el control de compactación por el método del cono de arena, donde dicho método nos permite determinar la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo. El presente laboratorio tiene como finalidad determinar la “densidad in situ” de un suelo. Este método es muy común para la determinación de suelos compactados utilizados en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Asimismo, el método también tiene ciertas limitaciones generalmente a suelos en una condición de no saturados. Por otro lado, para suelos que sean desmenuzables no es recomendable aplicar este método debido a que el hoyo puede ser afectado por cambios volumétricos por un personal que este transitando o en caso se detuviera cerca del hoyo durante el ensayo. El procedimiento para llevar a cabo este tipo de prueba es con el método “Cono de arena”. La norma para este ensayo es la ASTM D 1556 / NTP 339.143. Asimismo, mencionaremos con una breve descripción los materiales y equipos indispensables a utilizar en el laboratorio, entre ellos tenemos al cono, contenedor de arena, placa metálica, la arena de Ottawa (para el presente ensayo la muestra de arena es de rio), etc. También, nombraremos los procedimientos para la determinación de la densidad in- situ del suelo y se incluirán fotos en el proceso de cada prueba, donde se muestra el trabajo grupal. Además, mostraremos los resultados en unos cuadros según lo obtenido en el laboratorio. Por último, mostraremos la conclusión final de este laboratorio.

2

OBJETIVOS 

Determinar la densidad in situ de un suelo mediante el método del Cono de Arena.



Determinar el contenido de humedad (w%), volumen del hoyo excavado, densidad de la muestra.



Seguir adecuadamente el procedimiento del ensayo dada por la ASTM D1556.



Determinar el Grado de Compactación (es un valor porcentual).



Verificar que el valor del Grado de Compactación sea el aceptado por la ASTM D1556.

3

1. METODOLOGIA 1.1. FUNDAMENTO TEORICO Determinación del peso unitario de campo después de la compactación Cuando el trabajo de compactación está progresando en el campo, es útil saber si se logra o no el peso unitario especificado. Hay tres procedimientos estándar que se utilizan para la determinación del peso unitario del campo de compactación: 1. Método de cono de arena 2. Método del globo de goma 3. Método Nuclear A continuación, se presenta una breve descripción de cada uno de estos métodos. Método de cono de arena (Norma ASTM D-1556) El diapositivo de cono de arena consiste en un vaso o jarra de plástico con un cono de metal unido a su parte superior. La jarra se llena con arena de Otawwa seca muy uniforme y se determina el peso (W1) de la jarra, el cono y la arena que llena la jarra. En el campo, se excava un pequeño agujero en la zona donde el suelo ha sido compactado. Si se determina el peso de la humedad del suelo excavado desde el agujero (W2) y se conoce el contenido de humedad de la tierra excavada, el peso seco del suelo (W3) está dado por: 𝑊3 =

𝑊2 𝑤% 1 + 100

Después de excavar el agujero, el cono con la jarra llena de arena unida a él se invierte y se coloca sobre el orificio. Se deja que la arena fluya fuera de la jarra dentro del orificio y el cono. Una vez que el orificio y el cono están llenos, se determina el peso de la jarra, el cono y la arena restante en la jarra (W4), por lo que: 𝑊5 = 𝑊1 − 𝑊4 W5= peso de la arena que llena el agujero y el cono. El volumen del orificio excavado ahora se puede determinar como 4

𝑉=

𝑊5 − 𝑊𝑐 𝛾𝑑(𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎)

Wc= peso de la arena para llenar solo el cono Yd(arena)= peso unitario en seco de la arena de Otawwa utilizada. Los valores de Wc y Yd(arena) se determinan a partir de la calibración realizada en el laboratorio. El peso unitario seco de compactación hecho en el campo ahora se puede determinar como:

𝛾

𝑑=

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜 𝑊3 =𝑉 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜

Figura 1: Cono de arena

Método del globo de goma (Norma ASTM D-2167) El procedimiento para el método del globo de goma es similar al del método del cono de arena: se hace un agujero de prueba y se determinan el peso húmedo de la tierra extraída del agujero y su contenido de humedad. Sin embargo, el volumen del agujero se determina mediante la introducción, dentro del orificio, de un globo de goma lleno con agua de un recipiente de calibrado, del que se puede leer directamente el volumen. El peso unitario seco de la tierra compactada se puede determinar mediante el uso de la ecuación. Método Nuclear 5

Los medidores de densidad nuclear se utilizan a menudo para determinar el peso unitario seco compactado del suelo. Los medidores de densidad funcionan bien en los agujeros perforados o desde la superficie del suelo, miden el peso del suelo húmedo por unidad del volumen y también el peso del agua presente en una unidad de volumen de suelo. El peso unitario seco del suelo compactado se puede determinar restando el peso del agua al peso unitario húmedo de suelo. 1.2. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y MATERIALES Equipos y materiales de acuerdo al uso del ensayo: Balanza: Balanza con capacidad mayor de 10 kilogramos para llevar a cabo la determinación de la constante del cono, la densidad de ala arena y los pesos propios de los materiales recuperados con precisión de 1 gramos Placa Metálica: Es una placa con un orificio central de igual diámetro al del embudo del cono de arena el cual es de 152.4 mm (6”) este material sirve para que el equipo del cono de arena este estable. Martillo: Es un herramienta que trabaja en conjunto con cincel lo cual es útil para la perforación del suelo con el objetivo de hacer un hoyo. El aparato del cono de arena: Tiene una capacidad de un galón (3.785 lt.) y tiene un dispositivo desarmable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.27mm (1/2) de diámetro así mismo tiene un pequeño embudo metal en la parte superior del frasco. Su material puede ser de plástico y vidrio, siendo el primero el más utilizado por facilidades de maniobrabilidad y menor opción de rotura. Arena Ottawa: Esta arena es bien limpia lo cual es lavado, secado y es necesario que tenga una densidad y gradación uniformes, para evitar la segregación durante el manejo, el almacenamiento y el uso. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla N° 10 (2,00mm) y queda retenida en la malla N° 20(0.85mm). Brocha: Se utiliza para la limpieza de los granos en lo equipos y para remover el suelo del hoyo Cuchara: Son útiles para extraer el suelo del hoyo (Ver, Figura 6).

6

Cono Metálico: su material normalmente de aluminio que no presente resistencia al deslizamiento libre de la arena. En su parte inferior cuenta con una válvula de un diámetro que varía entre los 12,5 mm y 13,00 mm y que se encuentra en la parte central separando el embudo grande del embudo pequeño que permite la conexión con la boca del frasco. Frasco contenedor de arena: es un galón con (3785 cm3), aunque en diferentes laboratorios suelen usarse frascos de mayor o menor tamaño, teniendo en cuenta que el contenido del mismo sea suficiente para llenar el hueco que se hace en el terreno para llevar a cabo el ensayo. Su material puede ser de plástico y vidrio, siendo el primero el más utilizado por facilidades de maniobrabilidad y menos opción de rotura. Base: corresponde a una platina de forma cuadrada, con un orifico en su centro y cuyo diámetro es ligeramente mayor al diámetro del cono metálico superior. Sus características deben permitir que una vez puesto en el terreno, su superficie de o sea total y no permita que la arena que fluye tome otro rumbo diferente al interior del hueco. Equipo menor: se debe contar con un martillo, cincel plano, cincel punta, para realizar la perforación, así como con una cuchara o cucharon para retirar la totalidad del suelo y una brocha de mecha fina para manejar con precisión la arena. Bolsas plásticas: se usa para el depósito de la muestra excavado y no pierda su humedad, es una bolsa de 30 g de peso. Tamiz ¾”: es importante conocer el tamaño de las partículas del suelo, este tamiz se usa para ver el porcentaje de agregados gruesos. Tamiz: Se usa el material pasante de la malla Nº 4 para determinar la humedad. Muestra: Es representativa del suelo hallado del hueco que se usa en el ensayo.

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1.3. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA Procedimiento para hallar la densidad de la arena 

Tener una muestra de 8 kilogramos aproximadamente, esta muestra tiene que pasar necesariamente la malla número 10 y retenida por el tamiz N°20



Tener las dimensiones del molde Proctor(6” de diámetro)



Se procede a colocar la arena en el balón y unirlo con el cono de arena para que pueda la arena descender hacia el molde Proctor por caída libre



De esa manera se obtiene el peso de la muestra de arena y el respectivo volumen de arena el cual viene a ser el mismo que el volumen del molde Proctor



Al dividir el peso con el volumen se obtiene la densidad de la muestra de arena

Pasos para determinar el objetivo del ensayo.



Antes de iniciar el ensayo, se debe calibrar el equipo de densidad de campo, para esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de arena calibrada que queda en el cono después de ejecutar en el ensayo; dato que nos sirven en la determinación de la densidad de campo.



Se selecciona el lugar para efectuar el ensayo, Seguidamente se nivela o selecciona una base plana, el suelo compactado natural en el campo y se limpia.



A continuación, se coloca la placa y se comienza a hacer la perforación, diámetro similar al del plancha o placa, a una profundidad de 13 cm. todo el material que se saque del agujero se coloca en una bolsa plástica y pesado posteriormente



Para determinar el volumen del agujero, utilizamos el peso de la arena en el hueco junto a la densidad de la arena.



Se determina el peso inicial del frasco con la arena calibrada, luego se invierte y se coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del agujero; se abre la llave del cono, permitiendo el paso de la arena.



Cuando el agujero y el cono están lleno están llenos de arena, se cierra la llave y se procede a determinar el peso final del frasco y la arena contenida en el. por la diferencia de los pesos frasco más la arena inicial y del frasco más la arena final, obtenemos el 8

peso de la arena contenida en el hueco y el cono. A este valor le retamos el peso de la arena que cabe en el cono. 

Luego pasamos del material suelto excavado la malla Nª ¾”, para ver cuánto el contenido de grava.



Por ende, el material que pasa de malla Nº 4 se coge 20 gr, luego llenamos en el balón de SPEEDY y también se agrega 3 cucharadas de carburo de calcio (el llenado es verticalmente) antes que tenga o con la muestra, una vez que este tapado se agita por 1 minuto con una velocidad constante, el Speedy nos brindara un dato a través de su presión de la reacción con ello vamos a su tabla que está en relación al contenido de humedad.



Finalmente se debe determinar en el laboratorio, la densidad seca máxima y óptimo de contenido de humedad del mismo suelo (compactación proctor modificado) laboratorio anterior y determinar el grado de compactación.

2. RESULTADOS Toma de datos y cálculos. Tabla 1: Datos para el cálculo de los objetivos (PARIACHI, 2017). DENSIDAD DE CAMPO METODO DE CONO DE ARENA Nº

DESCIPCIÓN

UND.

OBSERVACION

ENSAYO Suelo Natural

1

Peso del frasco + Arena

(g)

6405

2

Peso del frasco + Arena sobrante

(g)

1909

3

Peso de la arena empleada

(g)

4496

4

Peso de arena en cono

(g)

1501

5

Peso de la arena en el hueco

(g)

2995

6

Densidad de la arena

(g/cm3)

1.37

7

Volumen del hueco

(cm3)

2186.13

8

Peso de la bolsa + suelo + grava

(g)

3573

9

Peso de la bolsa

(g)

30

10 Peso de suelo + grava

(g)

3543 9

11 Peso retenido em el tamiz 3/4 "

(g)

48

12 % grava 3/4 "

%

1.35

(g/cm3)

2.6

(cm3)

18.46

(g)

3495

(cm3)

2167.67

(g/cm3)

1.612

13 Peso específico de la grava 14 Volumen de la grava 15 Peso del suelo 16 Volumen del suelo pasante 3/4" 17 Densidad húmeda CONTENIDO DE HUMEDAD 18 Lectura del SPEEDY

6

19 % de humedad de campo

%

6.5

RESUMEN DE ENSAYO PROCTOR 20 Máxima densidad seca (laboratorio)

Grupo 1

(g/cm3)

2.23

21 Optimo contenido de humedad

Grupo 1

(%)

5.33

22 Densidad seca (campo)

(g/cm3)

1.51

23 Grado de compactación

(%)

67.90

Podemos observar en la tabla 1 que entre los dos grupos los resultados son muy variantes entre sus densidades húmedas (17) a pesar que la distancia de la excavación entre ambos grupos ha sido de 6 - 8 metros. Para nuestro grado de compactación la densidad máxima tomado fue del laboratorio Nº6 (20) junto a su OCH. Peso de la arena en el hueco. 𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 = (𝐴 − 𝐵) − 𝐶 𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 = (6095 − 1767) − 1500 = 2828 𝑔 Volumen de la arena en el hueco será al igual de volumen de suelo (hueco). 𝑉ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =

𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 𝛾𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

𝐺𝐶 =

𝑔 𝑐𝑚3 2.23𝑔 𝑐𝑚3

1.51

𝑉ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =

2828 𝑔 1.38 𝑔/𝑐𝑚3

= 2049.28 𝑐𝑚3

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛 − 𝑠𝑖𝑡𝑢 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜

𝑋(100%) → 𝐺𝐶 = 67.90%

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3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de un hoyo, el cual se realiza sobre la capa de material ya compactada. Es importante decir que este ensayo aplica solo para suelo granulares y que sean cohesivos, también tenemos que mencionar que mientras se está haciendo el ensayo no puede haber vibraciones cerca del lugar donde se esté haciendo la prueba Como podemos ver en la tabla 1, la muestra del grupo 1 no contienen gravas que sean retenido en la malla Nº ¾” por ende el en datos de grava es cero, ya que la muestra es de material fino se prosigue a determinar la densidad húmeda del suelo y cómo podemos observar la densidad húmeda de la muestra es bajo con alto contenido de humedad (1.858 g/cm3 y 5.18%) de tal manera que a su densidad seca lleva a ser bajo (1.77 g/cm3), entonces su grado de compactación se mostraría muy alto y el suelo no tendría una buena resistencia para las cargas que se le aplicaría por el motivo de alto contenido de humedad.

11

CONCLUSIONES  El grado de compactación para el presente ensayo es de 67.90% este valor posiblemente se debe a la incorrecta determinación de la densidad máxima que se desarrolló con el método proctor ya que este estuvo sometido a posibles erores en calculo,factor humano etc,los cuales se explicaron en el anterior informe, cuya densidad arroja 2.23 g/cm3, sin embargo la densidad insuto o la densidad natural es de 1.51g/cm3 de todo ello podemos decir que mientras más pequeño sea la densidad de campo (insitu) menos por ciento será el grado de compactación y viceversa.  Para el caso de la densidad de la arena debe estar dentro del siguiente rango (1.35 –

1.40) g/cm3 lo cual para el grupo resulto ser 1.37 g/cm3 asi mismo la arena óptima utilizada para el ensayo debe ser preferentemente la arena de Ottawa, pero en muchos ensayos no son usados por el tema económico y la poca accesibilidad a la misma, al realisar el ensayo con arena de fuentes cercanas. Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o de un solo tamaño homogéneo para evitar problemas de segregación, de modo que con las condiciones de vaciado pueda lograrse la misma densidad, del suelo que se ensaya. 

En el momento de ensayo en terreno, se debe evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar introducir un exceso de arena en el agujero.

 Suelos saturados, orgánicos o muy plásticos, no son aptos para realizar este ensayo. Lo

anterior debido a que, en el momento de realizar la excavación, las paredes de la misma pueden sufrir cambios en su geometría por deformación o compresión.  La velocidad de agitación del equipo SPEEDY debe ser constante durante 1 minutos

para que la reacción química sea homogénea, también es muy necesario hacer varios ensayos de la muestra con diferentes puntos del terreno y el contenido de humedad pueda tener una mayor exactitud, la determinación de humedad realizada en el SPEEDY el cual resulta ser más práctico en casos donde se necesitan resultados acelerados sobre el porcentaje de humedad de una muestra.  Una vez terminada la compactación final, este método de cono de arena nos ayuda a controlar el espesor y el grado compactación, de acuerdo al MTC E 117 el Método del cono de Arena sirve para Determinar la Densidad In-situ de la muestra. El porcentaje de compactación deberá ser igual o superior al 95%.Entonces nuestro ensayo de acuerdo 12

a la norma ASTM D 4718 está mal los resultados obtenidos en el laboratorio, falta la energía de compactación en el grupo 1 y 2. Por eso es preferible y lógico que cuando se está trabajando en campo se trabaje con una humedad menor a la humedad óptima, e ir aumentando agua con equipo adecuado, para ello para aproximarse a la humedad óptima y posteriormente compactar lo suficiente y obtener una densidad que esté acorde a especificaciones establecidas para dicha obra.  Los materiales utilizados en el laboratorio de la universidad San Ignacio de Loyola, si cumple con las especificaciones de la norma ASTMD 4718 y MTC E 117.  Tanto la compactación, como el control de compactación en la formación de estructuras para vías de carreteras es de suma importancia, ya que de ella depende que se acepte o rechace el trabajo de compactación en base a los resultados obtenidos que no están de acuerdo a especificaciones establecidas, esta determinación de la densidad insitu es de alto realse para la construcción de vías, carreteras, terraplenes, presas, etc. Ya que esta nos mostrara el estado en el que se encuentra el suelo, y que caracteriticas se deven incluir para posteriormente ser un suelo resistente.

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REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS 

AASHTO T 191



ASTM D 1556 – 07



I.N.V. E – 161 – 13



Ing. DIAZ P., Miguel A. (2017) “Apuntes de las clases” (und. 3 - cono de arena). PERÚ.



Instrumentos para efectuar pruebas de suelos. (SAHOP O S.C.T.)



J. Badillo, R. Rodríguez. (2005), Mecánica De Suelos, Tomo 1, Fundamentos De La Mecánica De Suelos (Pág. 121 - 139). (México): Limusa.



J. Bowels. (1981), Manual De Laboratorio De Suelos En Ingeniería Civil (Pág. 89-96). (México): Mc GRAW-HILL.



Propiedades físicas y geotécnicas del suelo. (Joseph E. Bowles.)



Técnico John Seguin. (2017). Apuntes de laboratorio (und. 3 - laboratorio cono de arena). PERÚ.



MTC E117-2000 Manual de ensayo de Materiales (EM 2000)



NTP 339.143: Suelos. Método de ensayo estándar para la densidad y peso unitario del suelo in-situ mediante el método del cono de arena.



Norma INVIAS (2013), Ensayo de Compactación, INV E-141,142-13, Bogotá.



Norma INV-161. Manual de procedimiento de suelos.

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