Como calcular densidad y peso unitario del suelo por método de cono y arena

El ensayo de cono y arena lo usamos en obra para determinar  la densidad y el peso unitario de suelos compactados bien sea en terraplenes, subrasantes, bases y rellenos estructurales, aplica para suelos con materiales gruesos de hasta 38 mm (1 1/2"), se puede usar para suelos inalterados siempre que los vacíos naturales no permitan la fuga de la arena usada en el ensayo.
No aplica para suelos orgánicos, saturados ni de alta plasticidad ya que estos se deforman durante la excavación del hueco.

¿ Pero para que sirve este ensayo? Ver como se realiza el ensayo
Con este ensayo obtenemos la densidad y peso unitario que nos sirven para compararlo con la densidad máxima obtenida en laboratorio por el ensayo de proctor modificado, de ahí sale un porcentaje (% de compactación) que debe ser igual o mayor al solicitado en las especificaciones técnicas de nuestra obra o proyecto, lo cual indicaría que ha finalizado la compactación.

Los equipos y materiales a utilizar durante el ensayo son:

• Frasco o recipiente como el de la foto, con capacidad de 4 litros o 1 galón.
• Cono desmontable con válvula cilíndrica de 1/2".
• Placa de base.
• Arena limpia, seca y con densidad y gradación uniforme, la arena debe estar libre de partículas finas, y sólo se podrá reutilizar la arena que esté libre de material contaminante, para que no se afecten las condiciones de densidad y peso inicial.
• Balanza de 20 kg (44 lb).
• Equipo para el secado de la muestra de suelo y poder determinar la humedad, en campo se puede usar el humedometro Speedy.
• Herramientas varias: cincel, martillo, recipientes, criba, flexometro, cuchara entre otras.

El procedimiento del ensayo lo podemos ver aquí: VIDEO MÉTODO DE CONO Y ARENA

Tabla 1.Volúmenes mínimos del hueco del ensayo, según tamaño máximo de las partículas del suelo a ensayar. Fuente: Invías E-161

Ahora pasamos a los cálculos con los datos obtenidos en el ensayo:

Datos Iniciales:

•Densidad de la arena: ρ1 = 1,67 g/cm3

•Masa del frasco + cono + arena (inicio), M1 = 6.005 g

Datos obtenidos durante el ensayo:

•Masa del frasco + cono + arena (final), M2 =  2.935 g

•Masa del suelo húmedo del hueco, M3  =   3.318 g

•Contenido de humedad del suelo, ω  =   11,6%

Volumen del hueco: V

V=(M1-M2)/ρ1

Dónde :

• V:   Volumen del hueco de ensayo, cm3

•M1: Masa del frasco + cono+ arena (inicio),

V=(6,005 g-2,935 g)/(1,67 g/cm3)

V=1.838 cm3

Masa seca del material removido M4:

M4 =(M3 )/((ω+100)) x 100

Dónde :

•M4: Masa seca del material removido, g.

•M3: Masa húmeda del material removido, g

M4 =(3.3318 g)/((11,6+100)) x 100

M4 =2.973 g

Densidad húmeda in-situ, ρm:

ρm=(M3 )/V ;           

ρm=(3.318 g)/(1.838 cm3)

ρm=1,81 g/cm3

Densidad seca in-situ, ρd:

ρd=(M4 )/V ;           

ρd=(2.973 g)/(1.838 cm3)

ρd=1,62 g/cm3

Peso específico seco de compactación, ϒd (kN/m3):

ϒd=ρd x 9,807       

ϒd=1,62 x 9,807

ϒd=15,88 kN/m3

Porcentaje de compactación:

% comp.=ϒ d / ϒd máx    

Dónde :

ϒd máx: peso específico máximo obtenido en laboratorio por el ensayo de Proctor modificado, supongamos que se obtuvo un ϒd máx  de 16,1 kN/m3 en el laboratorio.

% comp.= 15,88 kN/m3 / 16,1 kN/m3     

% comp.=98,6 %

Finalmente este valor se compara con el solicitado en las especificaciones técnicas para determinar si finalizamos el proceso de compactación.

Normas: ASTM D-1556; Inv E 161-13

Publicado por: Ing. Nelson D. Reyes M.

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