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I. INTRODUCCIÓN

A un suelo natural o compactado muchas veces se le debe medir la

densidad in situ, tal como se presenta en la realidad. Este parámetro se

puede medir con equipos nucleares, con el balón de goma o con el

método del cono de arena. Este informe expone las bases del método

del cono de arena y expone un ejemplo de cálculo de densidad para

este método. Los datos obtenidos son utilizados para calcular la

densidad relativa del suelo.

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II. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN

Este método de ensayo establece cómo determinar la densidad y el peso unitario de

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 agujero

excavado sea mayor que 2 830 cm3, se debe aplicar los métodos ASTM D 4914 o ASTM

D 5030.

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III. REFERENCIAS NORMATIVAS

Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este texto

constituyen requisitos de la presente Norma. Las mismas que deberán ser de la edición

vigente.

NTP 339.143 (Método de ensayo estándar para la densidad y peso unitario del

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 Soil in Place

by the Sand-Cone Method)

ASSHTO T 191 (Density In-Place By The Sand Cone Method)

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IV. MARCO TEORICO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO METODO CONO DE

ARENA (ASTM D1556−64)

Una vez que se han definido los criterios de compactación − en la forma de

especificaciones técnicas – para las obras en terreno, es necesario utilizar un método

para determinar la densidad o peso unitario que el suelo alcanza luego de la

compactación.

Para obtener estas densidades existen los siguientes métodos en terreno:

Cono de arena

Balón de densidad

Densímetro nuclear

En este informe nos referiremos solamente el primero.

El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material

compactado, este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña

excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin

pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del

hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinaciones de la

humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca.

El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos

redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio,

se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas

condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un

cono metálico.

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V. EQUIPOS Y MATERIALES

1. Cono de Arena

2. Arena

La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y

que fluya libremente. En algunos laboratorios se usaran micro esferas de vidrio

(arena de Ottawa). Esta arena tiene que estar entre las mallas # 20 y # 30.

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3. Balanzas

Una balanza de capacidad de 10 kg y sensibilidad de 2 g y otra de capacidad de 200

g y sensibilidad de 0.1 g.

4. Placa base

Es una placa con un orificio central de igual diámetro al del embudo de aparato del

cono de arena.

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5. Cincel, Martillo, Brocha

Para la perforación en el suelo estudiado.

6. Bolsa de muestras

Para recoger la muestra sin que la misma pierda parte de su humedad.

7. Deposito

Para almacenar la muestra mientras esta se extrae.

8. Tamiz ¾”

Para pasar la muestra.

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9. Tamiz # 20 y # 30 (en el laboratorio no estaba disponible el # 20 por lo que se hizo

con el #16)

10. Horno para el secado de la muestra

Horno adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de

humedad (100°C x 24 horas ).

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VI. PROCEDIMIENTO

Se gradúa la arena para el ensayo en este caso es arena seca que pasa el tamiz #

16 y es retenido en el tamiz #30.

Se calcula la densidad de la arena graduada (se pesa el molde de 4 pulg, se llena

de arena y se pesa, se toman las medidas del molde y se saca su volumen).

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Se calcula el peso de la arena que solo se encuentra en el cono.

Se seleccionara el lugar para efectuar el ensayo, siendo éste en la parte exterior

del laboratorio de Suelos.

Se prepara la superficie del punto a controlar, nivelándola o emparejándola y

quitando el material vegetal que hubiere, para conseguir un buen asentamiento

de la placa.

Se coloca la placa base sobre la superficie nivelada y se procede a excavar dentro

de la abertura de la placa base, iniciando la excavación con un diámetro menor

(desde el centro) y afinando luego hacia los bordes. La profundidad de la

excavación debe ser similar al espesor de la capa bajo control, que en este caso

se supuso de 15 cms.

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Al ejecutar la excavación se debe tener cuidado de no alterar las paredes del

suelo que delimitan la perforación, especialmente cuando predominan

partículas que al sacarlas pueden desmoronar los costados, cambiando la

geometría de la perforación. Si esto ocurriese, se deberá hacer una perforación

nueva.

Se coloca todo el suelo excavado en un envase o bolsa resistente, el cual debe

cerrar herméticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles

pérdidas de material.

Se procede a pesar en la balanza el cono con la arena ya en su interior como

peso inicial.

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Se procede a colocar el cono de arena y abrir la llave hasta que se llene de arena

la cavidad hecha.

Se procede a pesar el cono de arena con el resto de arena que quedo como peso

final.

Se pesa un porcentaje de muestra para determinar su contenido de humedad

posteriormente en laboratorio.

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VII. DATOS

Determinación de la Densidad de la Arena

DESCRIPCION PESO (gr)

Peso del Molde Cilíndrico + Arena (gr) 5461.6

Peso del molde Cilíndrico (gr) 4171.9

Peso de la Arena Contenida en el Cilindro (gr) 1289.7

Volumen del Molde (D=10.0 cm & H=11.6 cm) (cm3) 910.6

Densidad de la Arena (gr/cm3) 1.42

Peso de arena en cono

DESCRIPCION PESO(gr)

Equipo Cono de arena 814.4

Peso Equipo cono + Arena (gr) 4576.1

Peso Equipo cono - peso solo cono 3012.6

peso de arena solo en cono 1563.5

Datos Obtenidos del Ensayo del Cono de Arena

DESCRIPCION PESO (gr)

Peso del suelo Extraído del Hueco (gr) 3940.2

Equipo Cono de arena 814.4

Peso solo Arena en el cono 1563.5

Peso cono + Arena (gr) 6571.6

Peso final del Cono 2119.3

Peso Arena final 4452.3

Peso de la arena en el hueco 2888.8

Determinación del Contenido de Humedad del suelo extraído del hueco

DESCRIPCION PESO (gr)

Peso de la lata + suelo húmedo (gr) 850.4

peso de la lata 77.8

peso suelo seco + lata 744.9

Peso del Agua 105.5

Peso del Suelo Seco 667.1

Contenido de humedad (%) 15.81

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VIII. CALCULOS

Datos

Peso de la Arena en el hueco = 2888.8 gr

Densidad de la Arena = 1.42 gr/cm3

VOLUMEN DEL HUECO

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐻𝑢𝑒𝑐𝑜 =Peso de la arena en el hueco

densidad de la arena

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐻𝑢𝑒𝑐𝑜 =2888.8 gr

1.42 gr/cm3

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝑯𝒖𝒆𝒄𝒐 = 𝟐𝟎𝟑𝟒. 𝟑𝟕 𝐜𝐦𝟑

DENSIDAD HÚMEDA DEL SUELO.

𝜌ℎ =Peso del suelo humedo

Volumen que ocupa el peso del suelo

𝜌ℎ =3940.2 gr

2034.37 𝑐𝑚3

𝝆𝒉 = 𝟏. 𝟗𝟒 𝐠𝐫/𝐜𝐦𝟑

DENSIDAD SECA DEL SUELO.

𝜌𝑑 =Densidad humedad del suelo

1 + Contenido de Humedad

𝜌𝑑 =1.94 gr/cm3

1 + 15.8/100

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𝜌𝑑 =1.94 gr/cm3

1 + 15.8/100

𝝆𝒅 = 𝟏. 𝟔𝟖 𝐠𝐫/𝐜𝐦𝟑

GRADO DE COMPACTACION

𝐺𝐶 =𝜌𝑑

𝜌𝑑(𝑃𝑟𝑜𝑐𝑡𝑜𝑟)

𝐺𝐶 =1.68

2.21∗ 100

𝑮𝑪 = 𝟕𝟓. 𝟔𝟖 %

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IX. RESULTADOS

Obtenemos los siguientes resultados:

Volumen del hueco = 2034.37 cm3

Densidad húmeda del suelo = 1.94 gr/cm3

Densidad seca del suelo = 1.68 gr/cm3

Grado de compactación = 75.68 %

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X. CONCLUCIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos el grado de compactación optimo debe estar en

un rango entre 95 y 100 %, para la presente practica se tuvo un grado de compactación

de 75.68 %, de esto se puede deducir que el terreno aún no se ha logrado la

compactación adecuada por lo tanto se debe incrementar la energía de compactación y

disminuir el contenido de humedad.

Como la práctica se realizó en la parte externa del laboratorio de suelos,

correspondiente a los jardines de la universidad este tipo de suelo no suele estar muy

compactado y presenta un elevado contenido de humedad