Ensayo Cono de Arena para determinación densidad In Situ

¿Qué es el método de cono de arena?

Es un ensayo que permite calcular in situ el valor de la densidad natural de los suelos, especialmente en suelos sin cohesión, arenas y gravas, los cuales representan un reto al usar otros métodos, ya que por lo general no se logran obtener muestras inalteradas en suelos con estas características.

Este ensayo de densidad in situ funciona para distintos suelos con diferentes tamaños de partículas dependiendo del tipo de cono a utilizar y los ensayos complementarios a disposición.

Por ejemplo, si se tiene el ensayo Proctor que controle el nivel de compactación, se utiliza el método en suelos con partículas que no excedan los 50 mm; mientras que si las medidas se rigen por medio del ensayo de densidad relativa, se puede calcular la densidad in situ en suelos con partículas menores o iguales a 80 mm, y si se utiliza una variante del cono convencional, la cual se conoce como macrocono, se puede medir suelos con partículas de hasta 150 mm.

Se recomienda utilizar como referencia cualquiera de las siguientes normas: UNE 103 503:1995, NLT109/72, ASTM D1556-82, NCh 1516(1979) y LNV 62.

Usos del cono de arena

El ensayo del cono de arena se utiliza principalmente con el fin de comprobar el grado de compactación en materiales de rellenos compactados artificialmente, en los que existan especificación en cuanto a humedad y densidad. Estos rellenos pueden ser desde terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y ferrocarriles, hasta depósitos de suelos naturales, agregados o mezcla de otros suelos.

El método de cono de arena se recomienda para suelos cohesivos en condiciones no saturadas, ya que en suelos que se desmoronan fácilmente y/o el contenido de humedad es muy alto, el orificio excavado puede presentar deformaciones y llegar sufrir derrumbamientos parciales o totales.

Aparatos y Equipos cono de arena

El aparato principal es el cono, el cual puede ser convencional o tener ligeras alteraciones para mejorar su eficiencia como es el caso del macrocono. Ambos utilizan el mismo mecanismo para medir volúmenes. Sin embargo, por su diferencia de dimensiones permiten analizar suelos con diferentes tamaños de partículas.

– Cono convencional:

Consta de una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que controla tanto el llenado como el vaciado de un cono de 6” de diámetro y con un ángulo de 60º. Uno de sus extremos termina en forma de embudo mientras que el otro se ajusta al recipiente cilíndrico donde se coloca la arena de densidades conocidas.

Es importante destacar que, para asegurar la estabilidad de la excavación y el buen desempeño del ensayo, se debe colocar una placa base, a la cual el cono se mantenga fijado.

– Macrocono:

Este aparato es muy similar al cono convencional, ya que utiliza el mismo modelo de válvula y material arenoso normalizado, con la diferencia de que el macrono está a una mayor escala.

El diámetro de este aparato es de 12” y su recipiente tiene una capacidad aproximada de 35 litros. Este equipo permite el control de capas de suelo con espesores mayores a 20 cm y de hasta 150 mm (6”) de tamaño máximo absoluto de partículas.

Los equipos adicionales necesarios son balanzas, placa metálica, comba, cincel, cucharon, brocha, 2 taras, un tamiz de ¾, 1 bolsa de plástico, arena calibrada, sartenes y estufa para secar la grava y malla para pesar la grava sumergida.

Procedimiento cono de arena

Se selecciona el lugar y se alisa la superficie del terreno, de ser necesario, para la posterior colocación del plato metálico con perforación central.

Luego se excava a través de esta perforación un orificio con una profundidad similar a la capa de control.

A continuación, se procede a colocar el cono, bien sea cono convencional o macrocono, de manera invertida sobre el agujero, se abre la válvula de este y se deja caer en caída libre la arena de densidad conocida (una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada) hasta el agujero para determinar el volumen.

La densidad húmeda del suelo se determina dividiendo la masa húmeda del material que fue removido entre el volumen del orificio. Luego utilizando la masa húmeda del suelo, el contenido de humedad y volumen del orificio, se puede calcular el volumen del agujero excavado, la masa seca del material extraído y las densidades húmedas y secas “in situ” del suelo ensayado.

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Imagen principal tomada de https://www.cuevadelcivil.com/2017/04/determinacion-de-densidad-en-sitio.html