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Ensayo del cono de arena | Definición y procedimiento

junio 6, 2021
que es el ensayo del cono de arena

Muchos de nosotros en nuestros primeros años en obra, nos habremos topado con este tipo de ensayo utilizado para determinar si la densidad del suelo en lugar de construcción cumple con las especificaciones del proyecto, o si se deben tomar medidas correctivas antes de comenzar la construcción.

¿Qué es el método del cono de arena?

Es un método utilizado que sirve para determinar la compactación del suelo, y es una alternativa al uso de un medidor de densidad nuclear.

El ensayo del cono de arena, también llamado «Densidad de Campo», es importante de realizar, por que si el suelo no tiene la densidad adecuada, podría aumentar la tasa de asentamiento después de construida la «infraestructura o la estructura», comprometiendo el soporte estructural y en el peor de los casos, poniendo en riesgo la vida de las personas, siendo una de sus principales ventajas el que no tome mucho tiempo en realizar.

¿Cómo se prueba la compactación de arena?

Generalmente, la arena se compacta para lograr una densidad relativa del 70 al 80%. Después de la compactación, la densidad del campo se puede encontrar realizando una prueba de reemplazo de arena en el campo. El % de compactación se puede obtener de la densidad de campo para la densidad máxima obtenida de la prueba de densidad relativa.

Procedimiento

El procedimiento se describe en el ASTM  D1556 / AASHTO T 191. Una placa de base plana con una abertura circular de 6.5 pulgadas (165.1 mm) se coloca en el sitio de prueba y se usa como plantilla para excavar la cantidad requerida de material de suelo compactado. El volumen total a remover está determinado por el tamaño máximo de partícula del suelo y puede variar hasta 0.1ft³ (2.830g / cm³). Durante la excavación se utilizan accesorios de prueba de densidad como mazos, palas, cinceles y bolsas de muestras. Todo el material excavado se recoge cuidadosamente y se guarda en un recipiente hermético.

Sin embargo, por fines educativos se explicará de manera más específica en 6 pasos:

Paso 1: Encontrar el peso unitario seco de la arena

Para realizar la primera parte de la prueba del cono de arena, deberá reunir su escala, el molde de compactación y la arena. Primero, deberá registrar el peso y el volumen de su molde de compactación, seguido del peso del molde después de que se haya llenado con arena seca. Una vez que haya obtenido estos valores, reste el peso combinado de la arena y el molde de compactación del peso inicial del molde y divida la diferencia por el volumen del molde. Este es su peso unitario seco de arena .

(Peso del molde y arena – Peso del molde) ÷ Volumen del molde = Peso unitario seco de la arena

Paso 2: Determinar el peso del cono de arena

Saque el cono de arena y registre su peso. Asegúrese de que la rosca del cono esté en la posición abierta y vierta la arena seca con cuidado de su molde de compactación en el aparato de densidad. Registre el peso del aparato ahora que se ha llenado de arena.

Después de pesar, cierre el cono y voltee todo el aparato, colocando la boca del cono sobre la mesa. Abra el hilo de nuevo y deje que la arena salga mientras el cono está sobre la mesa hasta que no pueda pasar más arena. Vuelve a cerrar el cono y devuelve tu aparato a la posición adecuada, dejando la arena desechada sobre la mesa. Pese el aparato con la arena restante. Ahora, simplemente necesita tomar la diferencia del primer valor (aparato y arena) y el segundo valor (aparato y arena menos un cono) para encontrar el peso de un cono de arena . También debe restar el peso del aparato para encontrar el peso real de la arena.

Peso del aparato y arena – Peso del aparato y arena n.°2 – Peso del aparato = Peso del cono de arena

Paso 3: Prepare el orificio de prueba y recolecte su muestra de suelo

Ahora que tiene sus valores iniciales, es hora de investigar. Primero, asegure su placa de densidad de campo al suelo. Use su paleta para cavar un agujero de 10 cm de profundidad, utilizando el corte circular en el centro de la placa como guía. Mientras excava, coloque la tierra en una bolsa de arena de plástico para asegurarse de que no pierda humedad antes de pesarla en los siguientes pasos.

Paso 4: Determine el volumen del orificio de prueba

Ahora que el orificio de prueba está preparado, se puede calcular su volumen. Saque su aparato de densidad de cono de arena con la arena restante y asegúrese de que el hilo esté cerrado. Incline el aparato y colóquelo sobre el orificio de la placa base. Abra la rosca y deje que la arena salga hasta que se detenga, lo que indica que ha llenado el agujero. Vuelva a cerrar el hilo y retire el aparato. Registre nuevamente el peso del aparato.

Ahora puede calcular el volumen del hoyo de prueba restando el peso del aparato de cono de arena cuando estaba lleno de arena del peso del aparato después de llenar el hoyo y el peso de un cono de arena. Restar el peso de un cono de arena es importante porque, cuando levante el aparato, quedará con la cantidad de arena en el hoyo además de la arena que llenó el cono. 

Además, debe restar la cantidad de espacio entre la placa base y la superficie del orificio, lo que agrega una pequeña cantidad de volumen que podría sesgar sus resultados. Tener en cuenta el cono de arena y el espesor de la placa base se conoce como factor de corrección del cono. Suma el peso del cono de arena y el grosor para simplificar el cálculo.

Peso del aparato y arena – Peso del aparato y arena n.°3 – Factor de corrección del cono ÷ Peso unitario seco de la arena = Volumen del orificio de prueba

Paso 5: Determine el peso unitario húmedo de la muestra de suelo

Para determinar el peso unitario húmedo del suelo, primero deberá tomar el peso de su plato de evaporación. Agregue la muestra de tierra al plato y vuelva a pesarla. Ahora puede calcular el peso unitario húmedo del suelo. Reste el peso del suelo húmedo del peso del plato de evaporación con el suelo húmedo y divida la diferencia por el volumen del agujero de prueba para determinar el peso unitario húmedo del suelo .

Peso del plato de evaporación y suelo húmedo – Peso del suelo húmedo ÷ Volumen del orificio de prueba = Peso unitario húmedo del suelo

Paso 6: Determine el contenido de agua del suelo

Después de calcular el peso unitario húmedo de la muestra de suelo, coloque el plato y la tierra en un horno y deje que la tierra se seque hasta que alcance un peso constante. Para lograr esto, seque su muestra a alrededor de 221 ° F durante 24 horas, agregando más tiempo si es necesario. Cuando está seco, puede calcular el contenido de agua del suelo (expresado como porcentaje) con la siguiente ecuación:

Peso del suelo húmedo – Peso del suelo seco ÷ Peso del suelo seco – Peso del plato de evaporación = Contenido de agua del suelo

El peso unitario húmedo del suelo y el contenido de agua del suelo son valores críticos a tener en cuenta antes de la construcción, ya que la presencia de humedad puede cambiar en gran medida la densidad del suelo, obstaculizar su resistencia y alterar la forma en que una estructura se asienta, provocando daños e inestabilidad más adelante.

metodo del cono de arena

Pros y contras del ensayo del cono de arena

ProsContra
Preciso, confiable y de una larga historia sobre su usoPuede demorar hasta 30 minutos en completarse
Método de prueba estándar ASTMAlgunos de los equipos son pesados, por lo que su traslado puede dificultar el ensayo
No requiere una formación técnica ni especializadaSe deben utilizar pruebas alternativas cuando estén presentes cantidades apreciables de material de + 1,5 pulg. (38 mm)
No requiere licencias para su usoNo debe usarse para probar suelos saturados y altamente plásticos.
Los equipos y materiales no son peligrososTodo el material excavado debe recuperarse cuidadosamente
El equipo es rentable

Y a manera de seguir aportando información respecto al blog, adjunto un video en donde jóvenes universitarios aplican el ensayo, con esto dar una visión mucho más precisa sobre este ensayo y como se realiza en campo.

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