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UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL
MECANICA DE SUELOS Página 2
Contenido
I.PRESENTACIÓN ............................................................................................................3
II. INTRODUCCIÓN...........................................................................................................4
III.OBJETIVOS..................................................................................................................5
3.1. OBJETIVOS GENERALES....................................................................................5
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................5
IV.MARCO TEÓRICO .......................................................................................................6
4.1. DENSIDAD IN SITU ...............................................................................................6
4.1.1. DEINICION.......................................................................................................6
4.1.2. APLICACIÓN ...................................................................................................7
V. MARCO EXPERIMENTAL ...........................................................................................8
5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU.....................................................................8
(MÉTODO DEL CONO DE ARENA).............................................................................8
5.1.1. EQUIPOS.........................................................................................................8
5.1.2. PROCEDIMIENTO...........................................................................................9
5.1.3. CALCULOS....................................................................................................12
5.1.4. RESULTADOS...............................................................................................13
VI.CONCLUSIONES .......................................................................................................14
VII.RECOMENDACIONES..............................................................................................15
VIII.ANEXOS ...................................................................................................................16
8.1PANEL FOTOGRAFICO........................................................................................16
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I.PRESENTACIÓN
No es nada ajena a nuestra realidad mencionar el gran avance que ha
presentado en nuestros días, el rubro de la construcción. Y esto ha traído consigo
la demanda de profesionales altamente capacitados de tal modo que las obras
ejecutadas y a ejecutar sean pues de calidad y garantía para la población.
Actualmente se construyen estructuras y superestructuras que traen un
gran desarrollo, y que han enmarcado un logro tecnológico sumamente
sofisticado. Requiriendo para ello análisis, diseños y proyecciones seguras,
económicas y sobre todo eficientes.
Para plasmar obras de gran y mediana envergadura hay que tener en
cuenta el tipo del suelo en el que se va a construir. Por la influencia que tiene
en una construcción el análisis del suelo en donde se va a materializar
un diseño de una estructura, es fundamental el conocimiento de las
características que presenta el suelo, con la finalidad de adecuar la
estructura al tipo de suelo.
Es muy importante realizar estos ensayos para tener en cuenta cual es la
capacidad del suelo en donde se va a construir una obra, y para poder
realizar un buen diseño de acuerdo a las características del suelo.
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MECANICA DE SUELOS Página 4
II. INTRODUCCIÓN
El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su
estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de
suelos y científicos del área en general. Se realiza esta determinación para
comprobar el grado de compactación en rellenos compactados.
Este ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los
resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen
especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos
utilizados, 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.
Los ensayos que desarrollaremos a continuación son: el contenido de
humedad del suelo y la densidad natural in situ mediante el ensayo del cono
de arena.
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MECANICA DE SUELOS Página 5
III.OBJETIVOS
3.1. OBJETIVOS GENERALES
 Aprender el procedimiento para realizar el ensayo del cono de
arena.
 Determinar el contenido de humedad de la muestra del suelo y la
densidad in situ, mediante el ensayo del cono de arena.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Determinar la densidad in situ del suelo por medio del método del
cono de arena.
 Determinar la densidad seca del suelo en el que se sacado la
muestra.
 Determinar el contenido de humedad del suelo en el que se ha
hecho el ensayo.
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IV.MARCO TEÓRICO
4.1. DENSIDAD IN SITU
4.1.1. DEFINICIÓN.
Densidad en el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad
se define como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter
poroso, conviene distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la
del conjunto del suelo, incluyendo los huecos, por ello nos referiremos a dos tipos
de densidad.
Densidad in situ nos permite conocer la densidad que posee un suelo en
terreno o en su estado natural, se realiza para comprobar el grado de
compactación en rellenos compactados artificialmente. Es muy útil en el caso de
suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten
obtener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede
reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra
alterada.
Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad
in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra bien por el cono
de arena o por el método del balón de densidad. En otros casos, se utilizan
equipos nucleares. Se obtiene el peso del suelo húmedo retirado de una
pequeña excavación de forma cilíndrica hecho sobre una superficie horizontal de
suelo.
𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
Una vez calculada la densidad seca también nos permite calcular la
densidad seca a través de la siguiente fórmula.
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𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝑆𝐸𝐶𝐴 =
𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴
1 +
𝑊%
100
4.1.2. APLICACIÓN
El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados
obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen
especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad.
En obra durante el trabajo de compactación de suelos, 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.
Este ensayo está basado en la norma ASTM D 1556 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 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.
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V. MARCO EXPERIMENTAL
5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU
(MÉTODO DEL CONO DE ARENA)
5.1.1. EQUIPOS
 Balanzas: para pesar la muestra de suelo y el frasco con arena.
 Envase plástico con cono.
 Placa metálica.
 comba
 Cincel.
 Cucharón.
 brocha
 2 taras.
 Tamiz de 3/4”
 1 Bolsas plástica
 Arena calibrada.
 Sartenes: servirán para secar la grava
 Estufa: servirá secar la grava
 Malla para pesar la grava sumergida.
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5.1.2. PROCEDIMIENTO
Para realizar el presente ensayo se seguirá los siguientes pasos:
 Se selecciona material pasante la N 10 y retenido la N20;
aproximadamente 10kg. Se lava para desaparecer los finos y se coloca al horno
por 24 horas. Y luego dejar enfriar a temperatura ambiente.
 Calibrar el cono de arena ; en este caso la densidad es de 1.44 gr/𝑐𝑚3
 Luego se pesa el frasco con el cono que está lleno de arena.
 En este caso el peso del frasco + la arena = 8410 gr
 Luego se va a campo a realizar la prueba con todos los materiales
necesarios para realizar este ensayo.
 Selección y Preparación del punto de extracción: Una vez seleccionado
el punto de extracción, se procede a limpiar el sitio escogido.
 Se instala la placa y se procede a ajustarla con clavos o sujetándola. Esta
placa no debe moverse durante la excavación.
 Se procede a excavar con el cincel y comba un hoyo de profundidad de
acuerdo al espesor de la capa. En nuestro caso se determinó una profundidad
de 14.3 cm.
 El material extraído del hueco es depositado en un recipiente donde no
pierda humedad, para ello utilizamos bolsa plástica y con un cucharon
sacaremos el suelo excavado y lo colocaremos en la bolsa.
 Se pesa el suelo de la bolsa en la balanza y se obtiene el peso del suelo
húmedo. Para ello primero se tara la bolsa.
Para este caso:
 Peso de bolsa = 10 gr
 Peso de bolsa + suelo húmedo = 5085 gr
Por lo tanto:
Peso de suelo húmedo = 5085 gr - 10 gr
Peso de suelo húmedo = 50755 gr
 Luego se ajusta la válvula del cono, se vuelca el equipo y se instala sobre
la placa.
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 Luego se abre la llave y se deja caer la arena hasta que el hueco y el
cono se llenen.
 Se Cierra la válvula y se pesa el frasco después del ensayo con la
cantidad de arena que quedo en el recipiente.
Para este caso:
 Peso de la arena que queda + frasco = 2585 gr
 Luego el peso de arena en el embudo es = 1567 gr
Por lo tanto el peso de arena en el hueco es:
Peso arena en hueco = 5825 gr - 1567 gr
Peso arena en hueco = 4258 gr
Podemos calcular el volumen del hueco:
Densidad de la arena = 1.44 gr/cm3
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 =
4258 𝑔𝑟
1.44 𝑔𝑟 𝑐𝑚3⁄
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒉𝒖𝒆𝒄𝒐 = 𝟐𝟗𝟓𝟔. 𝟗 𝒄𝒎 𝟑
 Luego pasamos la muestra de suelo por el tamiz de ¾”. Después
de tamizar la muestra, secaremos utilizaremos taras lo colocaremos al
horno que la muestra este totalmente seca.( es un suelo fino)
 Calculamos el peso neto del suelo
Peso neto de suelo = 5075 gr
 Calculamos el volumen del suelo
Volumen del hoyo = 2956.9 𝑐𝑚3
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 Calculamos la densidad del suelo húmedo
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 =
5075 𝑔𝑟
2956.9 𝑐𝑚3
𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 = 1.716 𝑔𝑟/𝑐𝑚3
 Luego para hallar el contenido de humedad:
 Seleccionamos una porción de muestra húmeda que es 124.38 gr y se
colocó en el horno por 24 horas; dejo enfriar a temperatura ambiente y se pesó
dando un peso de muestra seca de 114.09 gr.
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =
124.38𝑔𝑟 − 109.89𝑔𝑟
114.09 𝑔𝑟
∗ 100
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 13.19
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MECANICA DE SUELOS Página 12
5.1.3. CÁLCULOS
Para el cálculo de datos obtenidos en laboratorio tendremos la siguientes
formulas se aplicaran para llenar el cuadro que se verá a continuación y así llenar
y hallar densidad seca.
 PESO DE LA ARENA EMPLEADA (gr)= PESO DE LA ARENA +
FRASCO (gr)- PESO DE LA ARENA REMANENTE + FRASCO (gr).
 PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)= PESO DE LA ARENA
EMPLEADA (gr)- PESO DE LA ARENA EN EL CONO Y PLACA (gr).
 VOLUMEN DEL HOYO (cm3)= PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)/
DENSIDAD DE LA ARENA (gr/cm3).
 DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU
(gr/cm3) /VOLUMEN DEL HOYO (cm3)
 DENSIDAD SECA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU
(gr/cm3)/(1+ PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)/100)
 PESO DEL AGUA (gr)= PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA + TARRO
(gr)- PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO (gr)
 PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)= PESO DE LA MUESTRA SECA +
TARRO (gr)- PESO DEL TARRO (gr)
 PORCENTAJE DE HUM. DE LA FRACCIÓN FINA (%)=PESO DEL
AGUA (gr)/ PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)*100
 PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)=(% DE ABSORCIÓN
DEL MATERIAL EXTRADIM.* % DEL MATERIAL
EXTRADIMENSIONADO(%)+% DE HUMEDAD DE LA FRACCIÓN FINA
(%)*% DEL MATERIAL DE LA FRACCIÓN FINA (%) /)100
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5.1.4. RESULTADOS
Habiéndose realizado la densidad de campo en laboratorio se obtuvieron
datos que mediante cálculos se han logrado hallar los siguientes resultados.
ESTRUCTURA:
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32 ACEPTABILIDAD(A) ORECHAZO` (R) DELACOMPACTACIÓN
95%-98%
C
16.44
PESODELAARENA+ FRASCO (gr) 8410.0
DENSIDADECAMPO(METODODECONODEARENA)
EDIFICACION
HOYO Nº P- 1
PROGRESIVA -
LADO CONTROLADO L-C
PROFUNDIDAD DEL HOYO DE PRUEBA (cm) 14.300
VOLUMEN DELHOYO :
PESODELAARENAREMANENTE+ FRASCO (gr) 2585.0
PESODELAARENAEMPLEADA [ 01-02 ] (gr) 5825.0
PESODELAARENAENEL CONOYPLACA (gr) 1567.0
PESODELAARENAENEL HOYO [ 03-04 ] (gr) 4258.0
DENSIDADDELAARENA (gr/cm
3
) 1.44
VOLUMENDEL HOYO [ 05/06 ] (cm3) 2956.9
PESODELAMUESTRAHÚMEDA+ TARRO (gr) 149.03
DENSIDADSECAIN SITU DELAMUESTRATOTAL :
PESOMUESTRAEXTRAIDADEL HOYO+ RECIPIENTE (gr) 5085.0
PESODEL RECIPIENTE (gr) 10.0
PESOMUESTRAEXTRAIDADEL HOYO [ 08-09 ] (gr) 5075.0
DENSIDADHÚMEDAINSITU [ 10/07 ] (gr/cm3) 1.716
DENSIDADSECAINSITU [11/(1+ (19/100)] (gr/cm3) 1.524
CONTENIDO DE HUMEDADDELAFRACCIÓN FINA(ASTM D-2216)
PESODELAMUESTRASECA+ TARRO (gr) 134.54
PESODEL AGUA [ 13-14 ] (gr) 14.49
PESODEL TARRO (gr) 24.65
PESODEL MATERIAL EXTRADIM. SECO [ 21/(1+ (27/100)) ] (gr) 222.8
PESODELAMUESTRASECA [ 14-16 ] (gr) 109.9
PORCENTAJEDEHUM. DELAFRACCIÓNFINA[ 15/17*100 ] (%) 13.19
PORCEN. DEHUM. DEMUESTRATOTAL [ (27*24+ 28*25)/100 ] (%) 12.58
CORRECCIÓN DELADENSIDADSECAYCONTENIDODEHUMEDAD(ASTM D-4718) :
PESOMUESTRAEXTRAIDASECA [ 22+ 23 ] (gr) 4507.8
PESODEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO HÚMEDO (gr) 225.0
P. DEL MAT. FRACCIÓNFINASECA [ (10-21)/(1+ 18/100) ] (gr) 4285.0
%DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO [ 22/20*100 ] (%) 4.9
%DEL MATERIAL DELAFRACCIÓNFINA [ 23/20*100 ] (%) 95.1
PORCENTAJEDECOMPACTACIÓN [ 29/30*100 ] (%) 81
PESOESPECÍFICODEL MATERIAL EXTRADIM. (ASTM C-127) 2.60
% DEABSORCIÓNDEL MATERIAL EXTRADIM. (ASTM C-127) 1.00
% DEHUMEDADDELAFRACCIÓNFINA [ = 18 ] (%) 13.19
DENSIDADSECAFRACCIÓNFINA[12*26*25/(100*26-12*24)] (gr/cm
3
) 1.492
GRADODECOMPACTACIÓN CORREGIDA :
MÁXIMADENSIDADSECADEPROCTORMODIFICADO (gr/cm
3
) 1.850
ÓPTIM O CONTENIDO DE HUM EDAD (%) : PESO ESPECÍFICO GRAVA : PASA M ALLA Nº 200 (%) :
R
CARACTERÍSTICASDELMATERIALCOMPACTADO
%M ÍNIM O DE COM PACTACIÓN ESPECIFICADO : CLASIFICACIÓN S.U.C.S : LÍM ITE LÍQUIDO (%) :
M ÉTODO DE COM PACACIÓN (ASTM D-1557) : CLASIFICACIÓN A.A.S.H.T.O : ÍNDICE DE PLASTICIDAD (%) :
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MECANICA DE SUELOS Página 14
VI.CONCLUSIONES
Al finalizar la presente práctica de laboratorio el grupo concluye:
 Al calcular la densidad in situ mediante el método del cono de arena
nos damos cuenta que obtenemos resultados precisos, y de una forma
rápida, constituyendo este el método más empleado para determinar
la densidad de un suelo en obra.
 .se logró aprender el procedimiento para realizar el ensayo del cono
de arena, permitiéndonos determinar la densidad que tenía el suelo
en ese instante.
 Este ensayo es de mucha importancia y de mucho uso en lo que
respecta al campo de carreteras, ya que sirve parar medir el grado
de compactación del suelo, sobre el cual va a ir la capa de rodadura.
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MECANICA DE SUELOS Página 15
VII.RECOMENDACIONES
Con la finalidad de mejorar posteriores ensayos en laboratorio se
recomienda:
 Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o de un solo
tamaño 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.
 Que los pasos que se deben realizar para cada ensayo deben ser
inalterables, caso contrario los resultados que se obtengan no serán
los verdaderos, lo cual se vería reflejado en el momento de realizar
procesos constructivos.
 Que los instrumentos utilizados en los diferentes ensayos deberán
estar correctamente calibrados, para poder obtener mediadas exactas.
 Que en el momento de realizar las medidas o pesadas del material
se debe tener la mayor precisión posible, además de manejar los
equipos con mucho cuidado.
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MECANICA DE SUELOS Página 16
VIII. ANEXOS
8.1PANEL FOTOGRÁFICO
Ilustración 1: Colocamos la placa y perforamos el suelo
Ilustración 2: Colocamos arena con densidad conocidaIlustración 3: equipos utilizados

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Densidad in situ (cono de arena)

  • 1.
  • 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 2 Contenido I.PRESENTACIÓN ............................................................................................................3 II. INTRODUCCIÓN...........................................................................................................4 III.OBJETIVOS..................................................................................................................5 3.1. OBJETIVOS GENERALES....................................................................................5 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................5 IV.MARCO TEÓRICO .......................................................................................................6 4.1. DENSIDAD IN SITU ...............................................................................................6 4.1.1. DEINICION.......................................................................................................6 4.1.2. APLICACIÓN ...................................................................................................7 V. MARCO EXPERIMENTAL ...........................................................................................8 5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU.....................................................................8 (MÉTODO DEL CONO DE ARENA).............................................................................8 5.1.1. EQUIPOS.........................................................................................................8 5.1.2. PROCEDIMIENTO...........................................................................................9 5.1.3. CALCULOS....................................................................................................12 5.1.4. RESULTADOS...............................................................................................13 VI.CONCLUSIONES .......................................................................................................14 VII.RECOMENDACIONES..............................................................................................15 VIII.ANEXOS ...................................................................................................................16 8.1PANEL FOTOGRAFICO........................................................................................16
  • 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 3 I.PRESENTACIÓN No es nada ajena a nuestra realidad mencionar el gran avance que ha presentado en nuestros días, el rubro de la construcción. Y esto ha traído consigo la demanda de profesionales altamente capacitados de tal modo que las obras ejecutadas y a ejecutar sean pues de calidad y garantía para la población. Actualmente se construyen estructuras y superestructuras que traen un gran desarrollo, y que han enmarcado un logro tecnológico sumamente sofisticado. Requiriendo para ello análisis, diseños y proyecciones seguras, económicas y sobre todo eficientes. Para plasmar obras de gran y mediana envergadura hay que tener en cuenta el tipo del suelo en el que se va a construir. Por la influencia que tiene en una construcción el análisis del suelo en donde se va a materializar un diseño de una estructura, es fundamental el conocimiento de las características que presenta el suelo, con la finalidad de adecuar la estructura al tipo de suelo. Es muy importante realizar estos ensayos para tener en cuenta cual es la capacidad del suelo en donde se va a construir una obra, y para poder realizar un buen diseño de acuerdo a las características del suelo.
  • 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 4 II. INTRODUCCIÓN El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados. Este ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, 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. Los ensayos que desarrollaremos a continuación son: el contenido de humedad del suelo y la densidad natural in situ mediante el ensayo del cono de arena.
  • 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 5 III.OBJETIVOS 3.1. OBJETIVOS GENERALES  Aprender el procedimiento para realizar el ensayo del cono de arena.  Determinar el contenido de humedad de la muestra del suelo y la densidad in situ, mediante el ensayo del cono de arena. 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Determinar la densidad in situ del suelo por medio del método del cono de arena.  Determinar la densidad seca del suelo en el que se sacado la muestra.  Determinar el contenido de humedad del suelo en el que se ha hecho el ensayo.
  • 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 6 IV.MARCO TEÓRICO 4.1. DENSIDAD IN SITU 4.1.1. DEFINICIÓN. Densidad en el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad se define como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter poroso, conviene distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la del conjunto del suelo, incluyendo los huecos, por ello nos referiremos a dos tipos de densidad. Densidad in situ nos permite conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su estado natural, se realiza para comprobar el grado de compactación en rellenos compactados artificialmente. Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los cuales, por lo general no permiten obtener muestras inalteradas, y por medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad natural a partir de una muestra alterada. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra bien por el cono de arena o por el método del balón de densidad. En otros casos, se utilizan equipos nucleares. Se obtiene el peso del suelo húmedo retirado de una pequeña excavación de forma cilíndrica hecho sobre una superficie horizontal de suelo. 𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 Una vez calculada la densidad seca también nos permite calcular la densidad seca a través de la siguiente fórmula.
  • 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 7 𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝑆𝐸𝐶𝐴 = 𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 1 + 𝑊% 100 4.1.2. APLICACIÓN El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. En obra durante el trabajo de compactación de suelos, 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. Este ensayo está basado en la norma ASTM D 1556 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 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.
  • 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 8 V. MARCO EXPERIMENTAL 5.1. ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU (MÉTODO DEL CONO DE ARENA) 5.1.1. EQUIPOS  Balanzas: para pesar la muestra de suelo y el frasco con arena.  Envase plástico con cono.  Placa metálica.  comba  Cincel.  Cucharón.  brocha  2 taras.  Tamiz de 3/4”  1 Bolsas plástica  Arena calibrada.  Sartenes: servirán para secar la grava  Estufa: servirá secar la grava  Malla para pesar la grava sumergida.
  • 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 9 5.1.2. PROCEDIMIENTO Para realizar el presente ensayo se seguirá los siguientes pasos:  Se selecciona material pasante la N 10 y retenido la N20; aproximadamente 10kg. Se lava para desaparecer los finos y se coloca al horno por 24 horas. Y luego dejar enfriar a temperatura ambiente.  Calibrar el cono de arena ; en este caso la densidad es de 1.44 gr/𝑐𝑚3  Luego se pesa el frasco con el cono que está lleno de arena.  En este caso el peso del frasco + la arena = 8410 gr  Luego se va a campo a realizar la prueba con todos los materiales necesarios para realizar este ensayo.  Selección y Preparación del punto de extracción: Una vez seleccionado el punto de extracción, se procede a limpiar el sitio escogido.  Se instala la placa y se procede a ajustarla con clavos o sujetándola. Esta placa no debe moverse durante la excavación.  Se procede a excavar con el cincel y comba un hoyo de profundidad de acuerdo al espesor de la capa. En nuestro caso se determinó una profundidad de 14.3 cm.  El material extraído del hueco es depositado en un recipiente donde no pierda humedad, para ello utilizamos bolsa plástica y con un cucharon sacaremos el suelo excavado y lo colocaremos en la bolsa.  Se pesa el suelo de la bolsa en la balanza y se obtiene el peso del suelo húmedo. Para ello primero se tara la bolsa. Para este caso:  Peso de bolsa = 10 gr  Peso de bolsa + suelo húmedo = 5085 gr Por lo tanto: Peso de suelo húmedo = 5085 gr - 10 gr Peso de suelo húmedo = 50755 gr  Luego se ajusta la válvula del cono, se vuelca el equipo y se instala sobre la placa.
  • 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 10  Luego se abre la llave y se deja caer la arena hasta que el hueco y el cono se llenen.  Se Cierra la válvula y se pesa el frasco después del ensayo con la cantidad de arena que quedo en el recipiente. Para este caso:  Peso de la arena que queda + frasco = 2585 gr  Luego el peso de arena en el embudo es = 1567 gr Por lo tanto el peso de arena en el hueco es: Peso arena en hueco = 5825 gr - 1567 gr Peso arena en hueco = 4258 gr Podemos calcular el volumen del hueco: Densidad de la arena = 1.44 gr/cm3 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 = 4258 𝑔𝑟 1.44 𝑔𝑟 𝑐𝑚3⁄ 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒉𝒖𝒆𝒄𝒐 = 𝟐𝟗𝟓𝟔. 𝟗 𝒄𝒎 𝟑  Luego pasamos la muestra de suelo por el tamiz de ¾”. Después de tamizar la muestra, secaremos utilizaremos taras lo colocaremos al horno que la muestra este totalmente seca.( es un suelo fino)  Calculamos el peso neto del suelo Peso neto de suelo = 5075 gr  Calculamos el volumen del suelo Volumen del hoyo = 2956.9 𝑐𝑚3
  • 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 11  Calculamos la densidad del suelo húmedo 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 = 5075 𝑔𝑟 2956.9 𝑐𝑚3 𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴 = 1.716 𝑔𝑟/𝑐𝑚3  Luego para hallar el contenido de humedad:  Seleccionamos una porción de muestra húmeda que es 124.38 gr y se colocó en el horno por 24 horas; dejo enfriar a temperatura ambiente y se pesó dando un peso de muestra seca de 114.09 gr. 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 124.38𝑔𝑟 − 109.89𝑔𝑟 114.09 𝑔𝑟 ∗ 100 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 13.19
  • 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 12 5.1.3. CÁLCULOS Para el cálculo de datos obtenidos en laboratorio tendremos la siguientes formulas se aplicaran para llenar el cuadro que se verá a continuación y así llenar y hallar densidad seca.  PESO DE LA ARENA EMPLEADA (gr)= PESO DE LA ARENA + FRASCO (gr)- PESO DE LA ARENA REMANENTE + FRASCO (gr).  PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)= PESO DE LA ARENA EMPLEADA (gr)- PESO DE LA ARENA EN EL CONO Y PLACA (gr).  VOLUMEN DEL HOYO (cm3)= PESO DE LA ARENA EN EL HOYO (gr)/ DENSIDAD DE LA ARENA (gr/cm3).  DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3) /VOLUMEN DEL HOYO (cm3)  DENSIDAD SECA IN SITU (gr/cm3)= DENSIDAD HÚMEDA IN SITU (gr/cm3)/(1+ PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)/100)  PESO DEL AGUA (gr)= PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA + TARRO (gr)- PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO (gr)  PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)= PESO DE LA MUESTRA SECA + TARRO (gr)- PESO DEL TARRO (gr)  PORCENTAJE DE HUM. DE LA FRACCIÓN FINA (%)=PESO DEL AGUA (gr)/ PESO DE LA MUESTRA SECA (gr)*100  PORCEN. DE HUM. DE MUESTRA TOTAL (%)=(% DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL EXTRADIM.* % DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO(%)+% DE HUMEDAD DE LA FRACCIÓN FINA (%)*% DEL MATERIAL DE LA FRACCIÓN FINA (%) /)100
  • 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 13 5.1.4. RESULTADOS Habiéndose realizado la densidad de campo en laboratorio se obtuvieron datos que mediante cálculos se han logrado hallar los siguientes resultados. ESTRUCTURA: 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 ACEPTABILIDAD(A) ORECHAZO` (R) DELACOMPACTACIÓN 95%-98% C 16.44 PESODELAARENA+ FRASCO (gr) 8410.0 DENSIDADECAMPO(METODODECONODEARENA) EDIFICACION HOYO Nº P- 1 PROGRESIVA - LADO CONTROLADO L-C PROFUNDIDAD DEL HOYO DE PRUEBA (cm) 14.300 VOLUMEN DELHOYO : PESODELAARENAREMANENTE+ FRASCO (gr) 2585.0 PESODELAARENAEMPLEADA [ 01-02 ] (gr) 5825.0 PESODELAARENAENEL CONOYPLACA (gr) 1567.0 PESODELAARENAENEL HOYO [ 03-04 ] (gr) 4258.0 DENSIDADDELAARENA (gr/cm 3 ) 1.44 VOLUMENDEL HOYO [ 05/06 ] (cm3) 2956.9 PESODELAMUESTRAHÚMEDA+ TARRO (gr) 149.03 DENSIDADSECAIN SITU DELAMUESTRATOTAL : PESOMUESTRAEXTRAIDADEL HOYO+ RECIPIENTE (gr) 5085.0 PESODEL RECIPIENTE (gr) 10.0 PESOMUESTRAEXTRAIDADEL HOYO [ 08-09 ] (gr) 5075.0 DENSIDADHÚMEDAINSITU [ 10/07 ] (gr/cm3) 1.716 DENSIDADSECAINSITU [11/(1+ (19/100)] (gr/cm3) 1.524 CONTENIDO DE HUMEDADDELAFRACCIÓN FINA(ASTM D-2216) PESODELAMUESTRASECA+ TARRO (gr) 134.54 PESODEL AGUA [ 13-14 ] (gr) 14.49 PESODEL TARRO (gr) 24.65 PESODEL MATERIAL EXTRADIM. SECO [ 21/(1+ (27/100)) ] (gr) 222.8 PESODELAMUESTRASECA [ 14-16 ] (gr) 109.9 PORCENTAJEDEHUM. DELAFRACCIÓNFINA[ 15/17*100 ] (%) 13.19 PORCEN. DEHUM. DEMUESTRATOTAL [ (27*24+ 28*25)/100 ] (%) 12.58 CORRECCIÓN DELADENSIDADSECAYCONTENIDODEHUMEDAD(ASTM D-4718) : PESOMUESTRAEXTRAIDASECA [ 22+ 23 ] (gr) 4507.8 PESODEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO HÚMEDO (gr) 225.0 P. DEL MAT. FRACCIÓNFINASECA [ (10-21)/(1+ 18/100) ] (gr) 4285.0 %DEL MATERIAL EXTRADIMENSIONADO [ 22/20*100 ] (%) 4.9 %DEL MATERIAL DELAFRACCIÓNFINA [ 23/20*100 ] (%) 95.1 PORCENTAJEDECOMPACTACIÓN [ 29/30*100 ] (%) 81 PESOESPECÍFICODEL MATERIAL EXTRADIM. (ASTM C-127) 2.60 % DEABSORCIÓNDEL MATERIAL EXTRADIM. (ASTM C-127) 1.00 % DEHUMEDADDELAFRACCIÓNFINA [ = 18 ] (%) 13.19 DENSIDADSECAFRACCIÓNFINA[12*26*25/(100*26-12*24)] (gr/cm 3 ) 1.492 GRADODECOMPACTACIÓN CORREGIDA : MÁXIMADENSIDADSECADEPROCTORMODIFICADO (gr/cm 3 ) 1.850 ÓPTIM O CONTENIDO DE HUM EDAD (%) : PESO ESPECÍFICO GRAVA : PASA M ALLA Nº 200 (%) : R CARACTERÍSTICASDELMATERIALCOMPACTADO %M ÍNIM O DE COM PACTACIÓN ESPECIFICADO : CLASIFICACIÓN S.U.C.S : LÍM ITE LÍQUIDO (%) : M ÉTODO DE COM PACACIÓN (ASTM D-1557) : CLASIFICACIÓN A.A.S.H.T.O : ÍNDICE DE PLASTICIDAD (%) :
  • 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 14 VI.CONCLUSIONES Al finalizar la presente práctica de laboratorio el grupo concluye:  Al calcular la densidad in situ mediante el método del cono de arena nos damos cuenta que obtenemos resultados precisos, y de una forma rápida, constituyendo este el método más empleado para determinar la densidad de un suelo en obra.  .se logró aprender el procedimiento para realizar el ensayo del cono de arena, permitiéndonos determinar la densidad que tenía el suelo en ese instante.  Este ensayo es de mucha importancia y de mucho uso en lo que respecta al campo de carreteras, ya que sirve parar medir el grado de compactación del suelo, sobre el cual va a ir la capa de rodadura.
  • 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 15 VII.RECOMENDACIONES Con la finalidad de mejorar posteriores ensayos en laboratorio se recomienda:  Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o de un solo tamaño 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.  Que los pasos que se deben realizar para cada ensayo deben ser inalterables, caso contrario los resultados que se obtengan no serán los verdaderos, lo cual se vería reflejado en el momento de realizar procesos constructivos.  Que los instrumentos utilizados en los diferentes ensayos deberán estar correctamente calibrados, para poder obtener mediadas exactas.  Que en el momento de realizar las medidas o pesadas del material se debe tener la mayor precisión posible, además de manejar los equipos con mucho cuidado.
  • 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAEN INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS Página 16 VIII. ANEXOS 8.1PANEL FOTOGRÁFICO Ilustración 1: Colocamos la placa y perforamos el suelo Ilustración 2: Colocamos arena con densidad conocidaIlustración 3: equipos utilizados