cono-holandes compress

ENSAYO LABORATORIO DE SUELOS II
CONO DINAMICO TIPO HOLANDES
1.-INTRODUCCION:
Es un equipo de exploracion de terreno mediante la penetracion por impacto de un
martillo al caer de una sarta extensible de barras de perforacion conectada a una punta de
acero.
Este equipo tiene preferencia de uso ,cuando se encuentran suelos finos es decir limos y
arcillas , no se los recomiendan para suelos granulares.
Este Cono Dinamico Holandes , es muy parecido al Penetrometro Dinamico del Cono (DCP)
que es utilizado para las evaluaciones en los caminos y carreteras ya construidas.
2.-OBJETIVOS
2.1.-OBJETIVO GENERAL
Obtener una resistencia admisible que tiene el suelo cuando es afectado por esfuerzos
externos, como ser la penetración y la compresión simple a través de equipos de
muestreo y penetración específicos proporcionados por el laboratorio de suelos.
2.2.-OBJETIVOS SECUNDARIOS
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

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Verificar que el estrato de suelo cumpla con las caracteristicas de suelos finos que tiene el
terreno o lugar.
Clasficar el tipo de suelo estudiado por medio de evaluacion de ensayos anteriores a la
presente practica.
Aplicar los conocimientos adquiridos en las practicas que se llevo acabo en el laboratorio
de suelos I tales como limite liquido y limite plastico.
Aprender a utilizar el equipo necesario para la realizacion de la practica y dar una base
para posteriores practicas similares tales como el ensayo de (SPT) a ser realizadas en el
presente laboratorios .
Corroborar resultados con los dados en diferentes bibliografias para discutir si estos son
los adecuados o correctos.
Entender la importancia de la obtencion de la resistencia de suelo en esta practica para el
estudio de suelos finos tales como el que se encuentra en el campus universitario.
3.-FUNDAMENTO TEORICO
La gran mayoría de las obras civiles, tales como la construcción de un edificio, la construcción de
una carretera, las obras hidráulicas, construcción de represas, diques y muchos otros se hallan
íntimamente relacionadas con el suelo, ya que sobre el mismo se fundan todas estas obras, surge
entonces a consecuencia de lo anteriormente expuesto la duda de la cantidad de carga que puede
soportar el suelo sobre el cual se realizará la obra, ya que de no conocer este dato se podría
cometer la imprudencia de sobrecargar el suelo produciendo fallas en el mismo y convertirnos,
consecuentemente, como ingenieros, en directos responsables de grandes fallas y hasta
catástrofes estructurales.
Es a partir de lo expuesto que debemos dar mucha importancia al conocimiento de cual es
la capacidad de carga que resistirá el suelo antes de una posible falla, para poder tomar
los recaudos necesarios.
Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la
perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El
método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración. Los penetró metros
utilizados para el estudio del terreno se hincan o se hacen penetrar a presión en el terreno,
midiendo la resistencia a la penetración.
Las pruebas más ampliamente utilizadas son las del Cono Holandés que consiste en la introducción
mediante presión hidráulica, de un cono de dimensiones normalizadas dispuesto de tal forma que
pueda registrar alternativamente la resistencia por punta y la resistencia por fricción.
También esta el de la “penetración estándar” (o normal) que consiste en la hinca del toma
muestras, dejando caer una maza de 140 libras (63.5 Kg.) desde una altura de 30 pulgadas (76
cm.). La resistencia a la penetración se expresa por el número de golpes necesarios para hincar el
toma muestras a una profundidad de 1 pie (30 cm).
El ensayo del Cono holandés se basa en la determinación de la capacidad portante de un suelo. Es
un instrumento terminado en forma de punta como la de un alfiler consta de un martillo con el
cual de una altura de 65 cm se deja caer para que impacte al sujetador metálico y así el
instrumento pueda penetrar hasta la profundidad de 30 cm a para ello en la prueba se registra el
numero de golpes que son necesarios para introducir el instrumento hasta dicha profundidad;
para luego con una formula generada se pueda encontrar la resistencia del suelo.
La prueba de penetración de cono (CPT), conocida originalmente como la prueba de penetración
con cono holandés, es un método versátil de sondeo usado para determinar los materiales en un
perfil de suelo y estimar sus propiedades ingenieriles. También es llamada prueba de penetración
estática y no son necesarios los barrenos para llevarla a cabo. En la versión original, un cono a 60°
con área en su base de 10 cm2 era empujado en el terreno a una tasa constante de
aproximadamente 20 mm/s y se medía la resistencia a la penetración (llamada la resistencia de
punta).
FIGURA 2.27 Perfiles OCR medidos en seis sitios en pruebas con odómetro (puntos individuales) y perfiles
estimados de datos de prueba con veleta en campo (líneas punteadas) (según Mayne y Mitchell, 1988)
Los actuales penetrómetros de cono miden (a) la resistencia de cono (qj a la pen& tración
desarrollada por el cono, que es igual a la fuerza vertical aplicada al cono dividida entre su área
horizontal proyectada y (b) la resistencia por fricción (t), que es la resistencia medida por un
manguito situado arriba del cono con el suelo local rodeándolo. La resistencia por fricción es igual
a la fuerza vertical aplicada al manguito dividida entre su área superficial, en realidad la suma de la
fricción y la adhesión.
Generalmente, dos tipos de penetrómetros se usan para medir qc, y fc:
a. Penetrómetro de cono de fricción mecánica (figura 2.28). En este caso, la punta del instrumento
está conectada a un conjunto de barras internas. La punta es primero empujada
aproximadamente 40 mm, dando la resistencia de cono. Con un empuje adicional, la punta
acciona la fricción del manguito. Conforme la barra interior avanza, la fuerza en la barra es igual a
la suma de la fuerza vertical sobre el cono y el manguito. Restando la fuerza sobre el cono se
obtiene la resistencia latera].
b. Penetrómetro de cono de fricción eléctrico (figura 2.29). En este instrumento la punta está unida
a un grupo de barras de acero. La punta se empuja en el terreno a razón de 20 mm/s. Los
alambres de los transductores se pasan por el centro de las varillas y dan en forma continua las
resistencias de cono y lateral.
FiGURA 2.28 Penetrómetro de cono de fricción mecánico (según la ASTM, 1992)
La figura 2.30 muestra los resultados de pruebas de penetrómetros en un perfil de suelo con
medición de la fricción por medio de un penetrómetro de cono de fricción mecánico y otro
eléctrico.
Varias correlaciones útiles para estimar las propiedades de suelos encontradas durante un
programa de exploración han sido desarrolladas para la resistencia de punta (qe) y la razón de
fricción (Fr) obtenidas en las pruebas de penetración de cono. La razón de fricción, Fr, se define
como
FIGURA 2.29 Penetrómetro de cibi de fricción eléctrico.
FIGURA 2.30 Pruebas con Penetrómetro con mediciones de la fricción.
FIGURA 2.32 Variación de qc, σ’v y Cr para arena de cuarzo normalmente consolidada
FIGURA 2.33 Variación de qc, σ’v y Ø para arena de cuarzo normalmente consolidada
FIGURA 2.34 correlacion entre qcr Fn y el tipo de suelo según Robertson y Campanella.
FIGURA 2.35 Rango general de la variación de qc/NF para varios tipos de suelo.
Fuente: Mecanica de suelos tomo ll- Juarez Badillo
PENETRÓMETRO DINÁMICO PESADO (DPH).
Dicho penetrómetro esta especialmente indicado para suelos granulares.
Su empleo permite determinar la resistencia a la penetración dinámica de un terreno,
evaluar la compacidad de un suelo granular. Cuando el suelo contenga partículas de un
tamaño superior a 6 mm que pueden obstaculizar la penetración del cono en el terreno, el
resultado de la prueba puede no ser representativa. También investigar la homogeneidad
o anomalías de una capa de suelo y comprobar la situación con detenimiento de una capa
cuya existencia se conoce.
Descripción.
El cono de penetración tiene un ángulo de 90 º, este puede ser tanto recuperable como perdido se
encuentra unido al varillaje solidariamente sobre el que esta la cabeza de impacto que es la que
recibe el golpe de una maza de 50 Kg aproximadamente.
Tipos de puntas: recuperable y perdida del dinámico.
Al estar descrito por las normas tiene unas dimensiones ya estipuladas para este tipo de
penetrómetros, son las siguientes:
CONO
VARILLAJE
Área nominal: 15 cm2
Diámetro d 33mm + 2 mm
Diámetro D: 43,7 mm + 0,3
Longitud parte cónica L1 21,9mm +0,1 mm
Masa (máxima) 6 Kg / m
Longitud parte cilindrica L2 43,7 mm +1mm
Longitud parte Troncocónica L3 <43,7mm
Deflexión máx. ) 0,2 mm
El dispositivo de golpeo consta de una maza de 50 Kg +0,5 Kg de peso que cae desde
una altura de caída de 50 cm, en general todo el dispositivo de golpeo no debe de
exceder de los 59 Kg, aparte de estas características debe de cumplir las siguientes
condiciones:
Relación altura Lm al diámetro Dm en la maza es: 1 < (Lm/Dm) <2
Cabeza de impacto Diámetro dc:
10 cm < dc < 0,5 Dm
La longitud libre de varillaje entre el soporte guía y la conexión y el dispositivo de golpeo
no supera los 1'2 m.
En este caso el medidor del par no tendrá una capacidad de medida inferior a 200 N.m
con una graduación de 5 N.m.
Aparte de lo anteriormente explicado respecto de la finalización de la prueba existen una
serie de especificaciones para este penetrómetro:
El número de golpes necesarios para una penetración de 10 cm se denominará N10 y
cuando tres valores consecutivos de sean iguales o superiores a 75 golpes se dará por
finalizada la prueba, también se dará por concluida cuando para 100 golpes únicamente
se hayan avanzado 10cm y en caso de que el valor de rozamiento del par supere los 100
N.m.
PENETRÓMETRO DINÁMICO SUPER PESADO (DPSH).
Básicamente es igual al pesado, cambiando únicamente los tamaños, maza empleada y
otros parámetros que se comentaran aquí.
N20 será el numero de golpes necesarios para una penetración de 20 cm de profundidad
CONO
Area nominal: 20 cm2
VARILLAJE
Diámetro d: 33 mm + 2 mm
Diámetro D: 50,5 mm + 0,5
Longitud parte cónica L125mm +0,2 mm Masa (máxima. 8 Kg / m
Longitud parte cilindrica L2 50 mm
+0'5mm
Deflexión (max. ). 0,2 mm
Longitud parte Troncocónica L3 <50mm
El dispositivo de golpeo consta de una maza de 63,5 Kg +0,5 Kg de peso que cae desde una altura
de caída de 76 cm, en general todo el dispositivo de golpeo no debe de exceder de los 115 Kg,
aparte de estas características debe de cumplir las siguientes condiciones:
Relación altura Lm al diámetro Dm en la maza es: 1 < (Lm/Dm) <2
Cabeza de impacto Diámetro dc: 10 cm < dc < 0,5 Dm
En este caso el medidor del par tendrá una capacidad de medida superior a 200 N.m con una
graduación de 10 N.m.
Aparte de lo anteriormente explicado respecto de la finalización de la prueba existen una serie de
especificaciones para este penetrómetro:
El número de golpes necesarios para una penetración de 20 cm se denominará N20 y cuando tres
valores consecutivos de sean iguales o superiores a 75 golpes se dará por finalizada la prueba,
también se dará por concluida cuando para 100 golpes únicamente se hayan avanzado 20cm y en
caso de que el valor de rozamiento del par supere los 200 N.m.
En ambos penetrómetros se rellenaran una serie de fichas ya normalizadas y se dejara constancia
de todas las paradas superiores a 5 minutos, de las perdidas de verticalidad del 5 % de
penetraciones sin golpeo, obstrucciones temporales tipo de cono empleado longitudes de las
varillas y también debe de anotarse que cada metro de penetración debe de medirse y anotarse el
par necesario para girar el tren de varillaje una vuelta y media, el rozamiento no es muy
significativo por debajo de 10N.m
En la figura que a continuación se muestra se puede observar la forma del instrumento.
La formula que se expone a continuación nos sirve para calcular la capacidad portante del suelo
analizado.
Donde:
S = capacidad portante
W = peso del martillo que es igual a 7.845 kg
h = Altura de caída del martillo que es igual a 65 cm
m = Coeficiente que es igual a 0.1
N = Numero de golpes a determinada profundidad
s = Profundidad de penetración (15-30) cm.
Np = Coeficiente que es igual a 7.5
A = Area del cono que es igual a 10.2 cm²
Prueba de penetración de cono (ASTM D-3441)
El cono utilizado para realizar este ensayo, posee un ángulo de 60o y una superficie de contacto de
10 cm2 (3.57 cm de diámetro). Este cono o penetrómetro está unido a barras que lo empujan
dentro del subsuelo mediante un gato hidráulico y la resistencia a la penetración es registrada
continuamente. Este método permite una rápida y económica exploración de grandes depósitos
de su elo con una resistencias bajas a moderadamente altas sin ser posible la obtención de
muestras de material.
Existen variantes más sofisticadas de este ensayo que permiten la medición de la resistencia a la
penetración en el subsuelo tanto de la parte inferior del cono, como de las paredes de una
extensión cilíndrica al mismo.
Ensayos de laboratorio
En el laboratorio se busca, primeramente, identificar el tipo de material con el que se está
tratando; luego, establecer los parámetros del suelo (la resistencia) requeridos para realizar los
análisis posteriores.
Ensayos de clasificación
Lo primero que se debe realizar en el laboratorio es identificar visualmente las muestras de suelo
obtenidas de las perforaciones y calicatas, para tener una buena idea acerca del tipo y número de
ensayos a realizar posteriormente. Algunos de los ensayos más frecuentemente realizados para
clasificar el suelo se nombran a continuación junto con una breve descripción de los mismos:
Granulometría por tamizado: Consiste en hacer pasar una muestra de suelo por tamices de
diferente área de apertura, para determinar la proporción de los diferentes tamaños de partículas
que componen dicha muestra.
Límites de Atterberg: Arbitrariamente definidos, son los contenidos de humedad que
corresponden a los estados frontera del comportamiento del suelo. El límite líquido separa el
comportamiento plástico del suelo, del líquido; el límite plástico separa el comportamiento
plástico del suelo del semi-sólido y el límite de contracción
4.-EQUIPO UTILIZADO EN LA PRACTICA









Cono Dinamico Holandes
9 tara para humedad
Flexometro
Herramientas menores
Martillo de peso conocido
Bandejas para extraccion de muestra
Pala y picota
Copa de Casa Grande
Base de vidrio
5.-DESARROLLO DE LA PRACTICA
Para la realización de esta práctica se siguió el siguiente procedimiento:

Primeramente nos reunimos en grupos y buscamos la zona para la realización de la
practica que fue en este caso alado del bloque de agronomia.

Hicimos una pequeña limpieza de la zona y se excavo uno 10 cm antes de posicionar el
equipo para evitar impurezas y materia organica de la vegetacion y otros.

Ubicado el lugar se procedió con el ensayo. Procedimos a armar el equipo del Cono
Holandés donde colocamos verticalmente y

Comenzamos a registrar los golpes que daba el martillo desde una altura de 65 cm
aproximadamente.

Luego realizamos mediciones y conteo del N ° de golpes para las alturas correspondientes.

Primero contamos a cuantos golpes se hunde una altura determinada como primero a 15
cm cuantos golpes toma para que la punta del cono se hunda en el suelo.

Luego determinamos cuantos golpes se necesita para hundir 30 cm de profundidad del
suelo.

Una vez terminado el conteo y medicion de datos procedimos al levantamiento del equipo
,primeramente comenzamos a cavar alrededor del equipo para que podamos liberarlo
mas facilmente.

Luego procedimos ala extraccion de una muestra del fondo del agujero del suelo para
realizar posteriores ensayos para determinar la clasificacion del tipo de suelo.

Una vez entregado el equipo cada grupo con su muestra tomada desde el lugar de la
practica procedio a hacer los respectivos ensayos de contenido de humedad ,
granulometria y limites de Atterberg.

Para el contenido de humedad utilizamos la muestra previamente aplanada con un rodillo
para liberar las pequeñas particulas del material fino.

La granulometria se hizo por el metodo del lavado ya que la mayoria del material pasa por
el tamiz N°200.

Se procedio a poner a secar en el horno las muestras de los difernetes ensayos utilizados.
6.-DATOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA
Del ensayo se obtuvo los siguientes datos
N° GOLPES
ALTURA DEL ESTRATO (cm)
25
15
50
30
Para contenido de humedad:
Ensayo
1
2
3
Peso muestra humeda
+ molde (gr)
46.8
51.5
64.6
peso muestra seca +
molde (gr)
42.0
46.1
57.8
Peso del molde (gr)
11.2
11.7
14.1
PARA LA GRANULOMETRIA
Peso muestra =500 gr
Tamiz N°200
Peso retenido(gr)
0.075mm
41.9
PARA LIMITE LIQUIDO
Muestra
1
2
3
N°golpes
13
26
20
Peso de tara
13.7
12.2
17.3
Peso de tara +
muestra humeda (gr)
25.4
23.5
28.7
Peso tara + muestra
seca (gr)
21.9
20.3
25,4
Muestra
1
2
3
Peso de tara
17.69
18.3
18.5
Peso de tara +
muestra humeda (gr)
20.2
21.9
22.4
Peso tara + muestra
seca (gr)
19.8
21.2
21.5
PARA LIMITE PLASTICO
7.- CALCULOS DE LA PRACTICA
Calculo del contenido de humedad
Para el ensayo se hizo la siguiente tabla correpondiente:
%𝑊 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
∗ 100
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
Ensayo
1
2
3
Peso muestra humeda
+ molde (gr)
peso muestra seca +
molde (gr)
46.8
51.5
64.6
42.0
46.1
57.8
Peso del molde (gr)
11.2
11.7
14.1
peso humedo - peso
seco (gr)
%W
4.8
5.4
6.8
15.58
15.69
15.56
PARA LA GRANULOTRIA COMPLETAMOS LA SIGUIENTE TABLA ANTERIOR
Peso muestra =500 gr
Tamiz N°200
Peso
retenido(gr)
Peso acum
(gr)
% retenido
% pasa
0.075mm
41.9
41
8.2
91.8
PARA EL LIMITE LIQUIDO
Tambien en este caso completamos la siguiente tabla:
Muestra
1
2
3
N°golpes
13
26
20
Peso de tara
13.7
12.2
17.3
Peso de tara +
muestra humeda (gr)
25.4
23.5
28.7
Peso tara + muestra
seca (gr)
21.9
20.3
25,4
Peso del agua
3.5
3.2
3.3
%W
42.68
39.50
40.74
Calculando el limite liquido mediante regresion
𝑌 = −4.749 ∗ ln(𝑥) + 54.4
Dando valores a 25 golpes
𝑌 = 𝐿𝐿 = 39.11
PARA EL LIMITE PLASTICO
Completamos la siguiente tabla:
Muestra
1
2
3
Peso de tara
17.69
18.3
18.5
Peso de tara +
muestra humeda (gr)
20.2
21.9
22.4
Peso tara + muestra
seca (gr)
19.8
21.2
21.5
Peso del agua
0.4
0.5
0.9
%W
18.95
17.24
30
𝐿𝑃 =
Descartando el valor N°3
18.95+17.24
2
= 18.095
Cal culos del indice de plasticidad
𝑰𝑷 = 𝑳𝑳 − 𝑳𝑷
𝑰𝑷 = 𝟑𝟗. 𝟏𝟏 − 𝟏𝟖. 𝟎𝟗𝟓 = 𝟐𝟏. 𝟎𝟏𝟓
CLASIFICACION DE SUELO SEGÚN
PASA N°200
91.8
LIMITE LIQUIDO
39.11
LIMITE PLASTICO
18.095
INDICE PLASTICO
21.015
S.U.C.S
El suelo corresponde a :
CL (arcilla ligera )
AASHTO
EL suelo corresponde a : A-6 (suelo arcilloso )
CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE:
Para una 25 golpes :
𝑺=
𝑺=
𝑾∗𝒉∗𝒎∗𝑵
𝒔 ∗ 𝑵𝒑 ∗ 𝑨
𝟕. 𝟖𝟒𝟓 ∗ 𝟔𝟓 ∗ 𝟎. 𝟏 ∗ 𝟐𝟓
𝟏𝟓 ∗ 𝟕. 𝟓 ∗ 𝟏𝟎. 𝟐
𝑺 = 𝟏. 𝟏𝟏𝟎 𝑲𝒈/𝒄𝒎𝟐
PARA 50 GOLPES :
𝑺=
𝑺=
𝑾∗𝒉∗𝒎∗𝑵
𝒔 ∗ 𝑵𝒑 ∗ 𝑨
𝟕. 𝟖𝟒𝟓 ∗ 𝟔𝟓 ∗ 𝟎. 𝟏 ∗ 𝟓𝟎
𝟑𝟎 ∗ 𝟕. 𝟓 ∗ 𝟏𝟎. 𝟐
𝑺 = 𝟏. 𝟏𝟏𝟏𝑲𝒈/𝒄𝒎𝟐
8.-RESULTADOS DE LA PRACTICA
Los siguientes resultados podemos expresar como:
N°golpes
Altura (cm)
Resistencia
(kg/cm2)
25
15
1.110
50
30
1.111
9.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
9.1.-CONCLUSIONES
La practica fue realizada correctamente con un procedimiento el cual plantea la teoria y la guia de
laboratorio de mecanica de suelos ll .
Se pudo familiarizar al estudiante con los equipos a utilizar en el ensayo de S.P.T que es muy
similar al presente ensayo.
Podemos afirmar que el método empleado para la determinación de la resistencia admisible del
suelo (método del Cono Holandés) es un método rápido y sencillo y que nos permite conocer la
capacidad portante de un suelo.
Este ensayo esta limitado por que solo sirve para suelos arcilloso o coluviales u otros suelos
capaces donde pueda penetrar el cono Holandes . ya que para otros suelos se utiliza el SPT.
La resistencia de un suelo es muy importante, ya que gracias a estos valores se puede
mejorar la estabilización de los suelos. Ya que estos en condiciones naturales no suelen
ser muy aptos en la estabilidad de construcciones civiles.
Vimos que existen variedad de equipos que se pueden emplear para la penetración de
suelos y la toma de muestra a cielo abierto.
En conclusión si se pudo calcular la capacidad portante del suelo aplicando los
conocimientos de anteriores prácticas como medida de evaluación de rendimiento del
estudiante.
9.2.- RECOMENDACIONES :

Esta practica requiere de los conocimientos de las practicas como limites de
Atterberg , granulometria y clasificacion por lo que es necesario repasar antes de
poder hacer la practica para no perder tiempo recordando y demorar la hora de la
clase.

Primero sacar el material solo para el ensayo del cono y no de todo lo necesario ,ya
que estos se hacen dificil de llevar al campo y puede que se pierdan en algunas
ocasiones por lo que es mejor dejar las otros ensayos para el ultimo.
10.- BIBLIOGRAFIA:
_GUIA DE LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS ll -ING.MOISES DIAZ
_ MECANICA DE SUELOS TOMO ll- JUAREZ BADILLO
_WWW.monografias .com.bo
_www.civilgeeks.com -ENSAYOS DE S.P.T