DENSIDAD DE

CAMPO

(Método del cono de arena)

INTRODUCCIÓN

El estudio de mecánica de suelos se desarrolla mediante métodos

empíricos y mediante estudios de laboratorio, con el propósito de poder

saber con precisión las propiedades mecánicas y físicas del suelo,

basados en numerosos ensayos.

Los ensayos de mecánica de suelos tienen como propósito identificar (o

clasificar) el material, determinándole ciertas propiedades físicas y

estableciendo criterios de control sobre el material.

Dentro de los numerosos ensayos en la mecánica de suelos, se

encuentra el de la densidad de campo, para la cual determinaremos la

densidad seca máxima.

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.

OBJETIVOS

Objetivo principal:

Determinar la Densidad Seca y la Humedad de un suelo

compactado en el campo y verificar el Grado de Compactación del

suelo en el campo.

Objetivo secundario:

Obtener la densidad húmeda y contenido de humedad del suelo

compactado extraído.

Determinar la densidad seca.

Aplicación del método del cono de arena.

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU (PESO

VOLUMÉTRICO DE UN SUELO)

Método del Reemplazo de Arena:

Es uno de los métodos más utilizados. Representa una forma indirecta

de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena

estandarizada compuesta por partículas cuarzosas sanas, no

cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las

mallas N° 20 y N° 30.

Materiales y equipos:

-Aparato cono de arena (válvula +embudo compuesto).

-Placa base.

-Arena calibrada (pasa malla N°20 y retenida en la malla N°30).

-Balanza con capacidad superior a 20 kg y 6000 g.

-Estufa.

-Molde patrón proctor modificado.

-Herramientas y accesorios (martillos, cincel, tamices, brochas y regla

metálica)

-Nivel de mano, clavos, martillo, cincel, bolsas plásticas.

Muestra:

Se tomará según lo recomendado por la Norma ASTM.

Tamaño máximo de

las partículas del

suelo (mm)

Tamaño mínimo de

la perforación

(cm3)

Tamaño mínimo de

la muestra para

determinar la

humedad (g)

50 2800 1000

25 2100 500

12,7 1400 250

4,75 700 100

Procedimiento:

1. Se pesó (W2) el molde proctor con su base ajustada y calculamos

el volumen (V) del molde.

2. Se colocó el molde sobre una superficie plana, firme y horizontal

montando sobre éste y cerrada la válvula, la botella ensamblada

con el cono y con suficiente arena como para llenar el proctor más

el cono mayor. Abrir la válvula de pase de la arena y esperar hasta

que el vaciado en el proctor de ésta finalice.

W2=6447g.

V=2123.92 cm3

3. Una vez que la arena ha llenado el molde mas el cono mayor,

retirar con cuidado para luego enrasar el molde proctor y luego

pesarlo (W1). Recoger con cuidado la arena sobrante.

4. Finalmente calculamos la densidad de la arena.

Da=W 1−W 2

V

Da=9458−64472123.92

Por lo tanto la densidad de la arena es: 1,42 g/cm3

Método a utilizar:

Método del cono de arena

Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas

en obras en construcción, con las obtenidas en laboratorio,

proporcionadas por el Ingeniero Residente. Para ello se tiene que la

W1= 9458 gr.

densidad seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de

laboratorio. Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un

control de la compactación, conocido como Grado de

Compactación, que se define como la relación en porcentaje, entre la

densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la densidad máxima

correspondiente a la prueba de laboratorio.

Equipo de laboratorio

Cono metálico de diámetro 4 pulgadas.

Arena de Ottawa, obtenida anteriormente.

Placa metálica hueca con un diámetro de 4 pulgadas.

Balanza debidamente calibrada.

Pico u otra herramienta punzo-cortante para extraer la arena

compactada.

Bolsas plásticas u otros envases para recoger la muestra.

Procedimiento

1. Antes de iniciar el ensayo, se debe calibrar el equipo de densidad de

campo, para que de esta manera podamos obtener el peso

volumétrico de la arena calibrada y el peso de la misma que queda

en el cono después de ejecutar el ensayo, datos que nos sirven en la

determinación de la densidad de campo.

2. Procedimos a ir a las veredas debidamente compactadas, ubicadas

en la UNSM - Tarapoto.

3. Se coloca la placa y se comienza a hacer una perforación, teniendo

como guía el agujero interior de la placa, a una profundidad de 10 a

12 cm.

4. Abrimos la válvula para dejar pasar la arena la cual remplazará al

volumen extraído del suelo correspondiente a las veredas.

5. Terminada ya de caer la arena al hoyo procedimos a sacarlo y la

cantidad de arena que quedo en el cono de arena se llevo al

laboratorio a pesarlo.

6. Pesamos la cantidad de material extraído de las veredas

compactadas. Las cuales serán analizadas para determinar su

contenido de humedad, su peso volumétrico, y finalmente obtener la

densidad de campo.

DATOS OBTENIDOS

PARA LA DENSIDAD HÚMEDA

Densidad de la arena de Ottawa : Da = 1,42 g/cm3

Peso de la arena antes del ensayo : W cono = 818 g

W cono + muestra = 6510 g

W muestra = 6510 – 818

P = W muestra = 5692 g

Peso para llenar el embudo mayor : W arena cono = 4737 g

W embudo mayor = 6510 – 4737

P’ = W embudo mayor = 1773 g

Peso restante de la arena en el cono : P’’ = W rest = 1316 g

Peso de la muestra húmeda en veredas : Wh = 3347 g

PARA EL CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso del tarro : Wtarro = 54 g

Peso del tarro + muestra húmeda : Wtarro + muestra húmeda = 167 g

Peso de la muestra húmeda : W muestra húmeda = 113 g

Peso del tarro : Wtarro = 54 g

Peso del tarro + muestra seca : W tarro + muestra seca = 161 g

Peso de la muestra seca : W muestra seca = 107 g

Peso del agua : Ww = 6 g

Densidad Húmeda

Con el peso de la muestra recuperada y el volumen del agujero,

obtenemos la Densidad Húmeda del suelo, mediante la siguiente

expresión, ya conocida:

ϒh = P/V

Donde: ϒh = Densidad húmeda

P = Peso de la muestra

V = Volumen de la muestra

Entonces haciendo:

V = (P – P’ – P’’)/ Da

V = (5692 – 1773 – 1316)/1,42

V = 1833, 1 cm3

ϒh = 3347/1833,1 → ϒh =1,826 g/cm3

Contenido de Humedad

Así mismo determinamos el contenido de humedad de la muestra

recuperada:

%w = (Ww/Ws) x 100

Donde: w% = Contenido de humedad

Ww = Peso del agua

Ws = Peso de la muestra seca

% w = (6 / 107) x 100

% w = 5, 61 %

%w (proporcionado por el Ingeniero Residente) = 8,5 %

Densidad de campo

Finalmente la densidad seca del suelo la obtenemos mediante la

siguiente expresión:

ϒd = ϒh/ (1 + w%)

Donde: ϒd = Densidad de campo

ϒh = Densidad húmeda

w% = Contenido de humedad

Con nuestro contenido de humedad obtenido:

ϒd = 1,826 g/cm3 / (1 + (5, 61/100))

ϒd = 1, 73 g/cm3

Con el contenido de humedad proporcionado por el Ingeniero Residente:

ϒd = 1,826 g/cm3 / (1 + (8,5/100))

ϒd = 1, 68 g/cm3

Grado de compactación

El grado de compactación de un suelo, se determina de acuerdo a la siguiente

ecuación:

Gc = (ϒd / ϒmáx) x 100

Donde: Gc = Grado de compactación.

ϒd = Densidad seca en el campo.

ϒmáx = Densidad seca máxima obtenida en el

laboratorio.

Con el contenido de humedad brindado:

ϒd = 1, 68 g/cm3

ϒmáx (dato proporcionado por el Ing. Residente) = 1, 87 g/cm3

Gc = (1,68/1,87) x 100

Gc = 89, 84 %

Con el contenido de humedad obtenido en laboratorio:

ϒd = 1, 73 g/cm3

ϒmáx (dato proporcionado por el Ing. Residente) = 1, 87 g/cm3

Gc = (1,73/1,87) x 100

Gc = 92, 51 %

CONCLUSIONES

Concluimos obteniendo el grado de compactación con los datos

brindados por el ingeniero residente Gc = 89, 84 % y con los datos

obtenidos en laboratorio Gc = 92, 51 %, se podría decir que el

suelo, se encuentra en un estado de compactación muy bueno.

La determinación de la densidad del suelo para cierta humedad

que posea en ese instante nos servirá para comparar dicha

densidad con la densidad máxima obtenida en laboratorio.

Este trabajo en lo posible se lo debe realiza con mucha seriedad y

cuidado que exige la misma, para todo tipo de proyectos.

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 de pende que se acepte o rechace el

trabajo de compactación en base a los resultados obtenidos que

no están de acuerdo a especificaciones establecidas.

RECOMENDACIONES

Tener cuidado al momento de extraer el material del hoyo, e

inmediatamente ponerlo en un recipiente donde no pueda ocurrir

pérdida de humedad, pues es necesario para obtener el contenido de

humedad, el peso húmedo del suelo, y éstos valores influyen

directamente al momento de obtener la densidad seca in situ.

Es necesario calibrar de manera precisa la densidad de la arena, pues

de éste valor dependerá el correcto cálculo del volumen del hueco.

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 para

obtener una densidad que este acorde a especificaciones

establecidas para dicha obra.

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.

ANEXOS