MÉTODO CONO DE ARENA PARA DETERMINAR LA DENSIDAD EN TERRENO. NCh1516. DE 1979

MÉTODO CONO DE ARENA PARA DETERMINAR LA DENSIDAD EN TERRENO. 

 

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¿Qué es la Densidad Natural?

Mediante la determinación de la  densidad se puede obtener la porosidad total del suelo. Se refiere al peso por volumen del suelo. Existen dos tipos de densidad, real y aparente. La densidad real, de las partículas densas del suelo, varía con la proporción de elementos constituyendo el suelo y en general está alrededor de 2,65. Una densidad aparente alta indica un suelo compacto o tenor elevado de partículas granulares como la arena. Una densidad aparente baja no indica necesariamente un ambiente favorecido para el crecimiento de las plantas.

Para calcular el volumen que ocupa el material en el terreno se utiliza el Método del Cono de Arena. Este método establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) en un caso y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro.

Ensayo Densidad Natural NCh1516-1979

1.- Alcance

Esta norma establece un procedimiento para determinar en el terreno la  densidad  de suelos cuyas partículas son menores que 50 mm.

2.- Referencia

  • NCh1515.

3.- Aparatos para Determinar la Densidad en Terreno

3.1 Aparato de densidad

Consistente en una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura  con un extremo terminado  en forma de embudo y con su otro extremo ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 L de capacidad. La válvula debe tener topes que permitan fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta. El aparato debe  llevar  una placa base (ver figura).

NOTA – El aparato descrito puede usarse con perforaciones de ensayo de aproximadamente 3 L.

El uso de la placa base facilita la ubicación del aparato de densidad, permite reducir pérdidas al transferir  el  suelo desde la perforación al envase, permite perforaciones de ensayo de  un  mayor  diámetro  y proporciona una base más sólida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse como parte constituyente del embudo durante el ensayo.

3.2 Arena de ensayo

Compuesta  por  partículas  sanas,   redondeadas,   no   cementadas y comprendidas entre 2 mm y 1 mm. Debe estar lavada y seca en estufa a 110ºC ± 5ºC.

Para elegir la arena deben efectuarse previamente cinco determinaciones de su densidad aparente empleando la misma muestra representativa, de acuerdo con 4.2.

Para su aceptación los resultados de dichas determinaciones deben tener una variación menor que el 1% entre sí.

3.3 Depósito para calibración de la arena

Recipiente metálico, impermeable, de forma cilíndrica y con una capacidad  volumétrica de 2 a 3 L.

3.4 Balanza

 Con una capacidad máxima de 15 kg y una precisión de 1 g.

3.5 Equipo de secado

 Según NCh1515.

3.6 Envases

Recipientes con tapa, tarros de hojalata sin costura con tapa hermética, bolsas  de polietileno u otros recipientes adecuados para contener las muestras y la arena de ensayo respectivamente.

3.7 Herramientas y accesorios

Picota, chuzo, pala, para despejar o alcanzar la cota del punto de medición;  combo, cuchillo, martillo, pala jardinera y cuchara para cavar  la  perforación  de  ensayo; termómetro y placa de vidrio para calibrar el depósito; brocha, cinta métrica, libreta de apuntes, otros.

 

4.- Procedimiento para determinar la Densidad en Terreno

4.1 Determinación de la capacidad volumétrica del depósito:

  • Colocar el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal;
  • Llenar el depósito con agua a temperatura ambiente y enrasar con un placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua;
  • Determinar la masa de agua que llena el depósito (mw ) aproximando a 1 g;
  • Medir la    temperatura    del    agua y determinar su densidad (rw) de acuerdo con la tabla 1, interpolando si fuera necesario;

Tabla 1 – Densidad del agua según su temperatura

Temperatura

ºC

Densidad g/cm3 (kg/L)

16

0,999

09

18

0,998

59

20

0,998

20

23

0,997

54

26

0,996

78

29

0,995

94

  •  Determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm 3 (1  ml),  dividiendo la masa de agua que llena el depósito por su densidad Vm = mw/rw.

4.2 Determinación de la densidad aparente de la arena de ensayo

 Llenar el aparato de densidad con la arena de ensayo;

  • colocar el depósito limpio y seco sobre una superficie plana, firme y horizontal, montar sobre él la placa base y asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, procurando que la operación sea similar a la que va a realizarse en terreno;
  • abrir la válvula, dejar fluir la arena y cerrar la válvula cuando la arena sobrepase  el borde de la medida;
  • retirar el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena, enrasar cuidadosamente sin producir vibración;
  • determinar la masa de la arena que llena la medida (ma), aproximando a 1 g;
  • determinar la densidad de la arena dividiendo la masa de arena que llena la medida por la capacidad volumétrica de la medida

ra = ma / Vm

Repetir toda la operación cinco veces, elegir los tres resultados más próximos (que no difieran entre sí en más de 0,1%);

  • Determinar y registrar la densidad aparente de la arena de ensayo  como el promedio  de los tres resultados elegidos, aproximando a 1 g/ml.

NOTA – Un prolongado lapso entre esta determinación y el empleo de la arena en terreno puede alterar la densidad por un cambio en su contenido de humedad o en su gradación efectiva.

4.3 Determinación de la masa de arena que llena el embudo:

  • Llenar el aparato de densidad con arena, determinar y registrar su masa (mi), aproximando a 1 g;
  • Colocar la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal y asentar  el  aparato de densidad boca abajo sobre la placa;
  • Abrir la válvula y mantenerla abierta hasta que la arena llene el embudo;
  • Cerrar la válvula bruscamente, determinar y registrar la masa del aparato más la arena remanente (mf), aproximando a 1 g;
  • Determinar y registrar la pérdida de masa (me), como masa de la arena que llena el embudo, aproximando a 1 g:

me = mi – mf

4.4 Determinación de la densidad del suelo en el terreno

4.4.1 Determinación del volumen de la perforación de ensayo:

Preparar la superficie de la localización a ensayar de modo que esté plana y nivelada;

  • colocar la placa base sobre esta superficie nivelada;

NOTA – En aquellos suelos en que el nivelado no resulta adecuado debe dejarse expresa constancia de este hecho en el informe del ensayo.

  • excavar dentro de la abertura de la placa base una perforación de ensayo del tamaño indicado en tabla 2, según el tamaño máximo de partículas, cuidando de no alterar las paredes de suelo que delimitan la perforación. Los suelos esencialmente granulares requieren extremo cuidado;

NOTA – Se recomienda iniciar la excavación con un diámetro menor que la abertura de  la  placa  y después afinar hacia los bordes.

  • colocar todo el suelo excavado en un envase tapado y protegido de pérdidas y contaminaciones;
  • determinar y registrar la masa del aparato de densidad con el total de arena (mi) aproximando a 1 g, asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, abrir la válvula y cerrarla una vez que la arena ha dejado de fluir;
  • determinar y registrar la masa del aparato  más la arena  remanente (mf), aproximando a 1 g;
  • Determinar y registrar la pérdida de masa (ma) como masa de la arena empleada en el ensayo, aproximando a 1 g;

ma = mi – mf

  • recuperar la arena de ensayo y dejarla en un envase aparte hasta acondicionarla a fin de que cumpla con los requisitos establecidos en 2 previo a utilizarla nuevamente.

4.4.2 Determinación de la masa seca del material extraído de la perforación de ensayo:

  • Inmediatamente de extraído el total del material excavado de la perforación de ensayo determinar y registrar la masa húmeda (mh) aproximando a 1 g, mezclar  completamente y mantenerlo protegido en su envase;
  • extraer una muestra representativa de este material del tamaño indicado en tabla 2, envasarla y determinar su humedad (w) en laboratorio según NCh1515.

Tabla 2 – Tamaño de la perforación de ensayo y de la muestra para determinación de humedad

Tamaño máximo de partículas del suelo

 

Tamaño mínimo de la perforación de ensayo

 

Tamaño mínimo de la muestra para determinación de humedad

Mm

cm3

1

g

50

2 800

2,8

1 000

25

2 100

2,1

500

12,5

1 400

1,4

250

5

700

0,7

100

 NOTA – En suelos en que predominan las partículas gruesas es recomendable determinar la humedad sobre el total de material extraído.

5.- Expresión de Resultados al Determinar la Densidad en Terreno

5.1 Masa seca del material extraído de la perforación de ensayo:

 

en que:

ms          =        masa seca del material extraído de la perforación de ensayo, g;

mh          =       masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo, g;

w          =        humedad del suelo determinada según NCh1515, %.

5.2 Volumen de la perforación de ensayo:

 

en que:

Vs =        volumen de la perforación de ensayo, cm 3;

ma         =        masa de la arena empleada en el ensayo, g;

me          =        masa de la arena que llena el embudo, g;

r a          =        densidad aparente de la arena, g/cm 3 (kg/L).

5.3 Densidad del suelo:

 

en que:

rd        =        densidad del suelo seco, g/cm 3 (kg/L);

ms          =        masa seca del material extraído de la perforación de ensayo, g;

Vs           =        volumen de la perforación de ensayo, cm 3.

NOTA – La densidad del suelo puede expresarse también como densidad del suelo húmedo, indicando además la humedad correspondiente (w , %) de acuerdo con la fórmula siguiente:

 en que:

r h          =       densidad del suelo húmedo, g/cm 3 (kg/L);

mh         =       masa húmeda del material extraído de la perforación de ensayo, g;

Vs           =      volumen de la perforación de ensayo, cm 3.

 

 

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