informe final de densidad por el metodo de cono de arena
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Informe Final de Densidad Por El Metodo de Cono de ArenaTRANSCRIPT
RESUMEN
El ensayo de densidad IN SITU por el método del CONO DE ARENA permite
obtener la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los
resultados obtenidos en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las
especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de
compactación del suelo evaluado, y así poder determinar la calidad del suelo donde
se vayan o se están ejecutando proyectos de ingeniería.
En este informe se detallará los fundamentos básicos para la realización del
ensayo, así como el procedimiento de ejecución y la toma de datos que serán
indispensables para calcular el contenido de humedad, densidad de la arena y
calibración del cono.
Este informe nos ayuda a conocer los conceptos fundamentales de mecánica de
suelos y el procedimiento para hallar la densidad de campo de los diferentes suelos.
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INTRODUCCIÓN
En este informe se describirá los fundamentos básicos para la realización del
ensayo, es necesario determinar el grado de compactación alcanzado con la
máquina, para ello se debe obtener el peso unitario del suelo seco y el contenido de
agua del relleno compactado o de los materiales colocados como base y sub-base
en una carretera, a fin de comparar estos resultados con el peso unitario máximo del
suelo seco y el contenido óptimo de agua obtenidos previamente en el laboratorio por
uno de los métodos de compactación y de esta manera saber si se está cumpliendo
con las especificaciones.
El suelo a estudiar es, “UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS” del distrito de José Luis
Bustamante y Ribero con el método de cono de arena pesada y ensayada.
Entre los métodos utilizados para determinar la Densidad del Terreno se encuentra el
Método del Densímetro Nuclear, Método del Cono de Arena, este último que es el
descrito en el siguiente informe, es aplicable en suelos cuyos tamaños de partículas
sean menores a 1 ½” (38mm); y se basa en la relación hecha entre el Peso del Suelo
Húmedo (sacado de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y
generalmente del espesor de la capa compactada) con el volumen del dicho agujero.
Para luego proceder a calcular el peso unitario seco.
El ensayo de densidad IN SITU por el método del CONO DE ARENA permite obtener
la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo, y así verificar los resultados
obtenidos en trabajos de compactación de suelos, y compararlos con las
especificaciones técnicas en cuanto a la humedad, la densidad y el grado de
compactación del suelo evaluado, y así poder determinar la calidad del suelo donde
se vayan o se están ejecutando proyectos de ingeniería.
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ÍNDICE
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RESUMEN....................................................................................................................1INTRODUCCIÓN..........................................................................................................2CAPÍTULO I.................................................................................................................4
1. OBJETIVOS DEL ENSAYO..............................................................................41.1. OBJETIVO GENERAL................................................................................41.2. OBJETIVO ESPECIFICOS..........................................................................41.3. NORMATIVIDAD.........................................................................................5
CAPÍTULO II................................................................................................................52. MARCO TEÓRICO............................................................................................5
2.1. CONCEPTO GENERAL..............................................................................52.2. MÉTODO DEL CONO DE ARENA..............................................................6
CAPITULO III...............................................................................................................93. EQUIPOS UTILIZADOS Y PROCEDIMIENTOS...............................................9
3.1. ENSAYO DEL CONO DE ARENA IN SITU.................................................93.1.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO...........................................................133.2. ENSAYO DEL CONO CORREGIDO.........................................................143.2.1. EQUIPOS...............................................................................................143.2.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.........................................................15
CAPITULO IV.............................................................................................................164. DATOS OBTENIDOS......................................................................................16
CAPITULO V..............................................................................................................185. PROCESAMIENTO DE DATOS......................................................................18
CAPITULO VI.............................................................................................................196. RESULTADOS DEL ENSAYO........................................................................19
CAPITULO VII............................................................................................................227. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y BIBLIOGRAFIA......................23
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CAPÍTULO I
1. OBJETIVOS DEL ENSAYO
1.1. OBJETIVO GENERAL
El ensayo permite obtener la densidad y contenido de humedad “IN SITU” de
terreno y así verificar los resultados obtenidos del suelo.
1.2. OBJETIVO ESPECIFICOS
a) Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo
del método del cono de arena.
b) Aprender el método del cono de arena en el trabajo de campo
c) Calcular el porcentaje de humedad de una muestra de suelo.
d) Calcular la densidad humeda y seca de una muestra de suelo.
1.3. NORMATIVIDAD
Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este
texto constituyen requisitos de la presente Norma:
NORMAS
I.N.V. E –161 –07Este método de ensayo se usa para determinar, en el sitio, la densidad o la
masa unitaria de los suelos con el equipo de cono de arena. El método sirve para los
suelos que no contiene cantidades apreciables de rocas o de material grueso de
tamaño superior a 38mm de diámetro.
ASTM D4914 o la ASTM D5030.pág. 4
Cuando los materiales probados contienecantidades apreciables de partículas
mayores a 38mm (1½”), o cuando se requiera que el volumen de hueco sea superior
a 2830 cm3 (0.1 ft3).
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. CONCEPTO GENERAL
El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente
mediante la densidad seca. La densidad seca que se obtiene mediante un
proceso de compactación depende de la energía utilizada durante la
compactación, denominada energía de compactación, también depende del
contenido de humedad durante la realización de la misma (compactación de la
capa de suelo.
El ensayo de densidad seca permite obtener la densidad de terreno y así
verificar los resultados obtenidos en el proceso de compactación de suelos, en
las que existen especificaciones y una correlación en cuanto a la humedad
y la densidad del suelo. Para obtener estas densidades existen los siguientes
métodos en terreno:
Cono de arena
Balón de caucho balón de Hule
Densímetro nuclear
Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho, son
aplicables en suelos cuyos tamaños de partículas sean menor es a 38mm. Y
utilizan los mismos principios.
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2.2. MÉTODO DEL CONO DE ARENA
El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del
material compactado hasta una profundidad aproximada de 15cm. Y cuyo
diámetro del hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas
y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo; 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. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener
la densidad seca.
Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por
partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y
comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.))
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.
El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de
granos redondeados (arena OTAWA con Cu<2) para llenar el hueco excavado
en terreno.
Este método de ensayo no es adecuado para:
Suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo.
Suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo.
Tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm) o cuando los
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volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie3 (2830 cm3) se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en
obras en construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene
que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a 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.
El Grado de Compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente
expresión:
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CAPITULO III
3. EQUIPOS UTILIZADOS Y PROCEDIMIENTOS
3.1. ENSAYO DEL CONO DE ARENA IN SITU
APARATO DEL CONO DE ARENA
El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un
galón (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica
con un orificio de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que
continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un
embudo mayor en el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación
cuando este en posición completamente abierta o completamente cerrada. El aparto
deberá estar de acuerdo con las exigencias indicadas.
Placa base para su uso esto puede hacer mas difícil la nivelación pero permite
en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la perdida de suelo
al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base
mas constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base
deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este
método de ensayo.
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ARENA
La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada,
durable y que fluya libremente. Además deberá tener un coeficiente de uniformidad
(D60/D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de
2mm (N°10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-
redondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena
fina (menor que 250m, N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y
cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la
humedad atmosférica.
Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como mínimo, cinco
determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea
aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el
promedio una variación mayor que el 1% del promedio. Antes de usar una arena
deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al
aire”, en la zona en que va a ser usada.
BALANZAS
Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de capacidad
de 200g. y sensibilidad de 0.1g.
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EQUIPO PARA EL SECAMIENTO
Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de
determinar su contenido de humedad.
EQUIPO MISCELÁNEO
Pequeña pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo, cazuela
para freír de 224mm. (10”) o cualquier otro recipiente adecuado para secar muestras;
canastillas con tapas, canecas con tapas, sacos de lona u otros recipientes
adecuados para que contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el
peso unitario de la arena respectivamente, termómetro, pequeña brocha de pintura,
cuaderno y cartera, etc.
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ENSAYO DE LABORATORIOESPECIFICACIONES
Este método de ensayo se usa para determinar la densidad de los suelos
compactados, utilizados para construir terraplenes, rellenos viales y rellenos
estructurales. Se usa con frecuencia, como base para la aceptación de suelos
compactados a una densidad especificada o un porcentaje de densidad máxima
determinada por los métodos de ensayo de las normas INV E–141o INV E –142.
EQUIPOS
Frasco y cono de medición
Arena estándar (que pasa el tamiz No. 20 y es retenida en el tamiz No.30).
Balanza de precisión, aproximación de 0.1 g.
Balanza de precisión, aproximación de 0.01 g.
Herramientas para excavar agujeros pequeños en el suelo compactado
martillo y cincel metálico, cuchara y espátula, nivel de burbuja.
Fundas de plástico para guardar el suelo recuperado del agujero, tarjetas de
identificación.
Brocha.
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3.1.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
1. Se realizó el ensayo 2 veces para realizar un ensayo correcto.
2. Se obtuvo los pesos del cono, con la arena a utilizar, y de todos los
recipientes.
3. Se ubicó la placa base en el suelo.
4. Se rompió el suelo con el cincel, a través de la placa, para obtener la
muestra a trabajar.
5. Se removió la muestra sin perder material.
6. Se abrió la llave del cono para dar paso a la arena que, en cuanto llenó el
hueco, dio paso al cerramiento de la llave.
7. Se levantó el cono del sitio para llevar a tomar su peso de nuevo.
8. Debido al costo de la arena, se recoge del hueco para después tamizar y
lavar para poderla usar de nuevo.
9. Se repite el proceso de pesado al equipo con la arena que quedo en el
depósito.
10.La muestra de suelo extraída fue pesada, horneada y nuevamente pesada.
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Imagen 3 "imagen obtenida del ensayo
3.2. ENSAYO DEL CONO CORREGIDO
Este anexo se utiliza para determinar la densidad volumétrica (calibración) de la arena que se va a utilizar en este método de prueba.
La calibración determina la densidad promedio de la arena que se va a utilizar para calcular el volumen del orificio de prueba.
3.2.1. EQUIPOS
01 Cono de Arena 01 Cucharon 01 Brocha 01 balanza 01 Molde o contenedor:
Seleccione un contenedor de volumen conocido que sea aproximadamente de la misma medida y permite que la arena caiga
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aproximadamente la misma distancia que el orificio excavado durante la prueba de campo.
Imagen equipos para el ensayo de cono corregido
3.2.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
Mida el contenedor para hallar su volumen y anote los datos obtenidos.
Cuando el contenedor de calibración tenga el mismo diámetro que el
orificio central rebordeado en el plato base, invierta y centre el aparato
llenado de arena y el plato base en el contenedor de calibración.
Abra la válvula completamente y deje que la arena llene el contenedor.
Cuando la arena deje de fluir, cierre la válvula.
Determine la masa del aparato y de la arena restante. Calcule la masa
neta de la arena en el contenedor de calibración sustrayendo la masa
de la arena contenida en el cono y en el plato base y anótela.
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Imágenes procedimientos para el ensayo de cono corregido
CAPITULO IV
4. DATOS OBTENIDOS4.1. DATOS OBTENIDOS POR EL METODO DE CONO DE ARENA
4.1.1. ENSAYO 1:
4.1.2. ENSAYO 2:
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Descripción Peso (g)Peso de cono inicial (Wc-i) 7064
Peso de balde (Wbalde) 190Peso de pocillo (Wpocillo) 114
Wbalde + muestra 3592Peso de cono final (Wc-f) 2416Wpocillo + muestra 594Peso muestra seca (Ws) 564
Descripción Peso (g)Peso de cono inicial (Wc-i) 7044
Peso de balde (Wbalde) 190Peso de pocillo (Wpocillo) 62
Wbalde + muestra 3748Peso de cono final (Wc-f) 2362Wpocillo + muestra 472Peso muestra seca (Ws) 454
4.2. DATOS OBTENIDOS DEL CONO CORREGIDO
4.2.1. ENSAYO 1:
4.2.2. ENSAYO 2:
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DescripciónDiámetro del contenedor (cm) 10.085
Altura del contenedor (cm) 11.60Peso del contenedor (g) 4056Peso contenedor + arena 5402Peso de cono inicial (g) 6990Peso de cono final (g) 5310
DescripciónDiámetro del contenedor (cm) 10.085
Altura del contenedor (cm) 11.60Peso del contenedor (g) 4056Peso contenedor + arena 5406Peso de cono inicial (g) 6988Peso de cono final (g) 5308
CAPITULO V
5. PROCESAMIENTO DE DATOS5.1. PROCESAMIENTO POR EL METODO DE CONO DE ARENA
Calcule el volumen de calibración (V1) enm³.
Peso de arena usada en calibración (kg)V1=-------------------------------------------------------------- Peso vol. Seco suelto de arena calibrada (kg/m³)
Calcule el volumen total (V2) en m³.
Peso de arena usada en excavación (kg)V1=------------------------------------------------------------
Peso vol. seco suelto de arena calibrada (kg/m³)
Calcule el volumen de excavación (Vexc.). en m³.
Vexcv.=V2– V1
Calcule el peso volumétrico húmedo del sitio en kg/m³.
Peso del suelo húmedo excavado (kg)
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γ húmedainsitu=-------------------------------------------
Vo lumen de excavación (m³)
CAPITULO VI
6. RESULTADOS DEL ENSAYOENSAYO DEL CONO CORREGIDO
Tabla 1
DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LA ARENAEnsayo 1
DESCRIPCION DATOS
1 Masa del molde cilindrico + Arena (g)5402.00
2 Masa del molde cilindrico (g)4056.00
3 Masa de la Arena Contenida en el cilindro (g) (1-2)1346.00
4 Volumen del Cilindro (D=10.085cm & L=11.6cm) (cm3) 926.625 Densidad de la Arena (g/cm3) (3/4) 1.453
Tabla 2
DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LA ARENAEnsayo 2DESCRIPCION DATOS
1 Masa del molde cilindrico + Arena (g) 5406.00
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2 Masa del molde cilindrico (g) 4056.003 Masa de la Arena Contenida en el cilindro (g) (1-2) 1350.004 Volumen del Cilindro (D=10.085cm & L=11.6cm) (cm3) 926.625 Densidad de la Arena (g/cm3) (3/4) 1.457
Promedio de la densidad de Arena (g/cm3) 1.455
Promedio de la masa de la arena calibrada (g)1348.000
ENSAYO PARA DETERMINAR EN CONTENIDO DE HUMEDAD
Tabla 1
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO EXTRAIDO DEL HUECO (ENSAYO 1)DESCRIPCION DATOS
1 Masa del posillo (g) 114.002 Masa del posillo (g) + suelo humedo (g) 594.003 Masa del suelo humedo (g) (1-2) 480.004 Masa del suelo seco + posillo (g) 564.005 Masa del suelo seco (g) (4-1) 450.006 Masa del agua evaporada (g) (3-5) 30.007 Contenido de humedad (%) (6/5 *100) 6.667
Tabla 2
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO EXTRAIDO DEL HUECO (ENSAYO 2)DESCRIPCION DATOS
1 Masa del posillo (g) 62.002 Masa del posillo (g) + suelo humedo (g) 472.003 Masa del suelo humedo (g) (1-2) 410.004 Masa del suelo seco + posillo (g) 454.005 Masa del suelo seco (g) (4-1) 392.006 Masa del agua evaporada (g) (3-5) 18.007 contenido de humedad (%) (6/5 *100) 4.592
Promedio del contenido de humedad (%) 5.629
RESULTADOS Y DATOS DEL CONO DE ARENA
Tabla 1
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DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DEL CONO DE ARENAensayo 1
DESCRIPCION MASA (g)
1 Masa del balde (g) 190.002 Masa del balde + Suelo humedo extraido (g) 3592.003 Masa del suelo humedo extraido del hueco (g) (2-1) 3402.004 Masa del cono inicial (g) 7064.005 Masa del cono final (g) 2416.006 Masa de arena en el cono (g) (4-5) 4648.00
Tabla 2
DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DEL CONO DE ARENAensayo 1
DESCRIPCION MASA (g)
1 Masa del balde (g) 190.00
2 Masa del balde + Suelo humedo extraido (g)3748.00
3 Masa del suelo humedo extraido del hueco (g) (2-1)3558.00
4 Masa del cono inicial (g)7044.00
5 Masa del cono final (g)2362.00
6 Masa de arena en el cono (g) (4-5)4682.00
Promedio de la masa de arena en el hueco (g)4665.00
Promedio de la masa de suelo humedo extraido del hueco (g)
3480.00
RESULTADOS DE LA DENSIDAD DEL SUELO HÚMEDO INSITU
DENSIDAD IN SITU DEL SUELO HUMEDO
1 masa de la arena calibrada (g)1348.00
2 densidad de la arena calibrada (g/cm3) 1.4553 Volumen de calibracion de la arena (cm3) (1/2) 926.62
4 masa del suelo humedo del hueco (g)3480.00
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5 volumen total del suelo (cm3) (4/2)2392.16
6 volumen de excavacion (cm3) ((5-3)1465.54
7 densidad humeda insitu (g/cm3) (4/6) 2.375
8densidad seca insitu (g/cm3) (7/(1+contenido de humedad)) 2.248
CAPITULO VII7. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y BIBLIOGRAFIA
7.1. CONCLUSIONES
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El peso del cono de corrección es =1448.00 g que es el promedio de 2
ensayos sucesivos.
La densidad de la arena se determina conociendo el volumen de un
recipiente, y pesando su contenido, de como mínimo 2 ensayos
sucesisvos, y se obtuvo un valor de 1.455 g/cm3.
El contenido de humedad de la base extraída de 2 ensayos es: 5.629
%.
Se obtiene una densidad en estado natural (humeda) de: 2.375 g/cm3.
Se obtiene una densidad seca de: 2.248 g/cm3.
Se realizó 2 ensayos del método de cono de arena sacando un
promedio para obtener datos más acordes.
El método de cono de arena es el método más usado y por lo tanto se
hizo este ensayo para que cada estudiante los conos y pueda aplicarlo
en campo en el mundo laboral.
7.2. RECOMENDACIONES
No existe un valor de referencia aceptado para este método de ensayo,
por lo tanto, la confiabilidad no puede ser determinada y como regla
general, no es recomendable la arena del cono con segundo uso.
Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos,
saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse
durante la excavación del hoyo 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 orificio de ensayo; tampoco para suelos que
contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½
pulg. (38 mm), ni para suelos granulares que tengan altos porcentajes
de vacíos.
La mayoría de las arenas tiene tendencia a absorber la humedad de la
atmósfera.
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Una muy pequeña cantidad de humedad absorbida puede hacer un
cambio sustancial en la densidad y el volumen.
7.3. BIBLIOGRAFÍA
Apuntes de clases: Pavimentos Ing. Jorge Luis Alejandro Quispe.
Apuntes de laboratorio de mecánica de suelos 1- Ing. Juan Carlos
Zevallos Aroni-2012
Competencias técnicas de laboratorista en mezclas asfálticas. UTPL
Loja –Ecuador
Manual de laboratorio de pavimentos, FIC-UNI
MTC 117-2000
pág. 23