Determinacion Del Peso Específico de Campo Con El Cono de Arena
14-02-2014 Jp2 GUIA PRACTICA Densidad Natural Método Del Cono de Arena
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Quien solo conoce la teora
de la mecnica de suelos y
carece de experiencia
prctica puede ser un
peligro pblico.
Karl TerzaghiPadre de la Mecnica de Suelos
GUA DE PRCTICA
PESO UNITARIO DEL SUELO IN SITU MEDIANTE EL
MTODO DEL CONO DE ARENA
1. INTRODUCCIN.
En el campo de la geotecnia una de las propiedades fsicas ms importantes es
determinar el peso unitario in situ del suelo para su futuro uso de ingeniera, ya que
este es directamente proporcional a la resistencia del suelo, as como a los esfuerzos
que genera el suelo tanto vertical como horizontalmente, alternativamente este valor
tambin es empleado para la verificacin del control de compactacin.
Sabemos que peso unitario es la relacin de peso a volumen, en el caso de peso
unitario natural se trata del mismo cociente
pero teniendo en cuenta de obtener el peso y
volumen de una muestra de suelo tal como
est en campo es decir con su misma cantidad
de vacos y contenido de humedad.
Obtener el peso de la muestra no es mayor
obstculo, directamente se consigue con la
ayuda de una balanza, la dificultad est en
obtener el volumen, por ms que se intente,
va a ser muy difcil que podamos obtener una
muestra de suelo con una figura geomtrica
regular; si se tratase de un suelo cohesivo se
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JEAN PAUL PAREDES CUEVA
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Telfono: 959383497
Gua de Prctica
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podra obtener el volumen por algn mtodo de desplazamiento de lquidos basado en
el principio de Arqumedes, pero para un suelo granular se tiene la alternativa de hallar
el volumen por algn mtodo indirecto, para tal caso, existen variedad de maneras de
obtener este parmetro, tales como el mtodo del cono de arena, mtodo del baln
de caucho, densmetro nuclear, etc.
Se va utilizar el mtodo del cono de arena porque solo se necesita de un equipo simple
y por su sencilla operacin.
2. OBJETIVO.
Proporcionar al estudiante el conocimiento terico y prctico de cmo determinar
el peso unitario natural de un suelo granular.
Utilizar los instrumentos de laboratorio adecuadamente dentro de la prctica.
Hallar el valor del peso unitario natural del suelo.
Analizar y dictaminar las propiedades densimtricas del suelo apoyndose en una
prueba de laboratorio, para su consideracin durante la planeacin y construccin
de un proyecto de ingeniera civil.
3. EXPOSICIN GENERAL.
El ensayo se basa en la norma ASTM D1556 y NTP 339.143.
Se obtiene el peso del suelo hmedo retirado de una pequea excavacin de forma
aproximadamente cilndrica, hecho sobre una superficie horizontal del suelo. Interesa
determinar el volumen de dicho orificio para calcular el peso unitario natural del suelo
a travs de:
m
m
nat
V
W
nat
: Peso unitario natural del suelo.
Wm: Peso de la muestra de suelo en su estado natural.
Vm: Volumen de la muestra de suelo u orificio excavado en el suelo.
El mtodo del cono de arena consiste en calcular el volumen (de manera indirecta) de
una excavacin pequea (aproximadamente un cilindro de 15 cm. de dimetro por 12
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cm. de altura). Se tiene una cantidad conocida en peso de una arena calibrada de
densidad calculada previamente, se hace pasar a travs del cono hasta llenar el orificio
excavado y la base cnica (cono de correccin) que es parte del equipo, luego se pesa
la cantidad de arena retenida en el cono, la diferencia de pesos ser la cantidad de
material que ocupo el cono de correccin y relleno el orificio, conociendo el peso que
ocupa el cono de correccin podemos obtener el peso en el orificio tallado en el suelo,
conociendo la densidad de la arena calibrada, calculamos el volumen del orificio.
Este mtodo requiere utilizar una arena seleccionada y previamente calibrada en
laboratorio en trminos de densidad para estas condiciones de cada. Por ello la forma
del cono es simtrica con respecto a la vlvula.
Se debe tomar la cantidad de muestra, en base a la siguiente tabla:
Tamao mximopartculas de suelo
mm
Tamao mnimode la perforacin
cm3
Tamao mnimomuestra para humedad
g
50,0 2500 1000
25,0 2100 500
12.5 1400 250
5,0 700 100
En Geotecnia siempre se trabaja con el peso unitario seco, por tal motivo para su
determinacin aplicaremos la siguiente relacin:
w
nat
d
1
d
: Peso unitario seco del suelo.
w: Contenido de humedad.
Equipo:
1. Equipo compuesto por un cono metlico, placa base y recipiente.
2. Arena slica o de Ottawa (en Arequipa se emplea la arena de la Joya).
3. Balanza de 20 Kg. con aproximacin de un gramo.
4. Una brocha, un cuchillo, un cucharn, un cincel, una comba pequeay bolsas.
5. Un horno con temperatura controlable.
6. Un molde de volumen regular (proctor modificado).
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4. PROCEDIMIENTO.
4.1 OBTENCIN DEL PESO DEL CONO DE CORRECCIN.
Para obtener el peso de la arena calibrada que llena el cono de correccin se
puede proceder de la siguiente forma: se pesa el equipo con la arena calibrada, se
coloca el cono sobre su placa base y est a la vez sobre una superficie plana, se
abre la vlvula y se deja que la arena calibrada fluya dentro del cono, cuando se
detenga el movimiento de la arena calibrada dentro del frasco, se cierra la vlvula
y se pesa el equipo con la arena sobrante, por diferencia de pesos se obtiene el
peso que ocupa el cono de correccin.
Wi: Peso inicial de la arena calibrada.
Wf: Peso final de la arena calibrada.
Wcc: Peso de la arena calibrada en el cono de correccin.
Wcc = Wi- Wf
4.2 CALIBRACIN DE LA ARENA.
Para calcular la peso unitario de la arena calibrada se puede seguir de la siguiente
manera: se mide el dimetro y altura del molde del Proctor modificado y se calcula
su volumen; se llena o se vierte arena calibrada con peso conocido dentro del
cono de arena, se coloca la placa base que viene con el cono de arena sobre el
molde del proctor y luego se coloca el cono de arena sobre su placa base, evitando
que se mueva, se abre la vlvula y se llena el molde del proctor con arena
calibrada, se cierra la vlvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del
frasco, se pesa la arena calibrada sobrante y por diferencia de pesos, se obtiene el
valvula
recipiente
placa base
Wi
Wf
Wcc
cono decorreccin
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peso que ocupa el cono de correccin ms el que ocupa el molde metlico, como
ya es dato el peso que ocupa el cono de correccin, se puede hallar el peso de la
arena en el molde metlico, que dividida entre el volumen del cilindro nos
proporcionar el peso volumtrico de la arena calibrada.
Wp= Wi- Wf- Wcc
Wp: Peso de la arena calibrada en el proctor (cilindro metlico).
ar =
p
p
V
W.
ar : Peso unitario de la arena calibrada.
Vp: Volumen de la arena calibrada en el proctor.
4.3 ENSAYO EN CAMPO.
Excavar un agujero utilizando la placa de base provista con el cono de arena,
con las recomendaciones del caso; evitar el sol el viento y las vibraciones.
Colocar cuidadosamente todo el suelo removido del agujero en una de las
bolsas. Antes de colocar la placa sobre el sitio, es importante asegurar que la
superficie de la zona de excavacin sea plana y lisa.
Colocar el equipo del cono de arena verificando que la vlvula se encuentre
cerrada, verter la arena calibrada previamente pesada evitando llenarla a
tope; abrir la vlvula y esperar que deje de caer; cerrar la vlvula y pesar la
arena calibrada retenida en el equipo del cono de arena; recuperar la arena
del agujero guardndola en una bolsa.
Wi
Wf
Wcc
cilindro metlico Wp
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Pesar el suelo excavado y llevarla al horno para obtener el contenido de
humedad, o utilizar algn mtodo apropiado para determinar la humedad
natural del suelo in situ.
Wo= WiWf- Wcc
Wo: Peso de la arena calibrada en el orificio excavado.
Vm=
ar
oW
.
nat =m
m
V
W
5. DESVENTAJAS DEL ENSAYO.
Si existe un exceso de humedad, la arena normal se esponja, adquiriendo una
densidad impredecible.
La equivocacin al momento de pesar o al realizar los clculos conduce a
resultados absurdos.
La suciedad de la arena calibrada, lleva a obtener resultados incorrectos.
La no horizontalidad de la superficie del suelo, producira que el cono de
correccin no se llene en su totalidad.
6. PREGUNTAS.
Ud. Desea determinar la densidad in situ de un suelo con 50% de bolones y
tamao mximo 5 Qu procedimiento utilizara?
Wi
Wf
Wcc
perforacin en el suelo Wo
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Cules son las limitaciones de los suelos cuya densidad puede ser determinada en
el mtodo del cono de arena?
Qu precauciones hay que tomar para la determinacin de la densidad in situ por
el mtodo del cono de arena, por ejemplo, aplicado a suelos arenosos?
7. FORMA DE EVALUACIN DE PRCTICAS.
Cada prctica de laboratorio realizada es acompaada con su respectivo informe (a
mano), el cual se calificara de la siguiente manera:
PP: Participacin y puntualidad al ensayo 5 pts.
PI: Presentacin del informe (esquemas, limpieza) 2 pts.
MT: Marco terico (investigacin terica) 2 pts.
MC: Memoria de clculo 6 pts.
CR: Conclusiones y recomendaciones 5 pts.
Cada prctica realizada con su respectivo informe es sobre 20 pts.
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