Calculadora Densidad in Situ — Método Cono de Arena
El cono de arena es el método de referencia para verificar la densidad seca alcanzada en un relleno compactado. Esta calculadora recibe el peso del material extraído, la humedad y la masa de arena calibrada que rellena el hoyo, y entrega el peso unitario húmedo en terreno, el peso unitario seco y la compactación relativa respecto a la DMCS del Proctor. Aplica a ASTM D1556 y NCh 1516.Of1979, estándar obligatorio en rellenos estructurales, bases y subbases.
¿Qué mide y cuándo usarlo?
El ensayo cuantifica cuánto se compactó un suelo en obra, comparándolo con la DMCS de laboratorio. Se aplica para verificar capas terminadas de rellenos, terraplenes, subrasantes mejoradas y bases granulares. El cono de arena sigue siendo el método arbitral en Latinoamérica: aunque el densímetro nuclear es más rápido, cualquier discrepancia importante entre nuclear y cono se resuelve con el cono. Es obligatorio en recepciones de obras del MOP.
Fórmulas aplicadas
Volumen del hoyo: V = M_arena / ρ_arena
donde M_arena es la masa de arena calibrada que rellena el hoyo (descontando la porción del embudo) y ρ_arena es la densidad calibrada de esa arena.
Peso unitario húmedo en terreno: γ = M_suelo / V
Peso unitario seco: γd = γ / (1 + w)
Compactación relativa: CR = (γd / DMCS) × 100 %
Diferencia con óptimo: Δw = w_campo − wopt
Ejemplo de cálculo
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Masa de suelo extraído | 3 920 g |
| Humedad del suelo (w) | 6,8 % |
| Masa de arena en hoyo | 2 720 g |
| Densidad arena calibrada (ρ_arena) | 1,415 g/cm³ |
| DMCS Proctor modificado | 21,3 kN/m³ (2 170 kg/m³) |
| wopt Proctor | 7,5 % |
Primero el volumen del hoyo: V = 2 720 / 1,415 = 1 922 cm³ = 0,001922 m³. Convertimos masa de suelo a kN: 3 920 g = 3,92 kg → 3,92 × 9,81 = 38,46 N = 0,03846 kN. Peso unitario húmedo γ = 0,03846 / 0,001922 = 20,0 kN/m³. Peso unitario seco γd = 20,0 / (1 + 0,068) = 20,0 / 1,068 = 18,73 kN/m³. Compactación relativa CR = (18,73 / 21,3) × 100 = 88,0 %. Diferencia de humedad Δw = 6,8 − 7,5 = −0,7 % (lado seco del óptimo).
Resultado: γ = 20,0 kN/m³ · γd = 18,7 kN/m³ · CR = 88 % · Δw = −0,7 %. No cumple el mínimo habitual de 100 % para subbase.
Interpretación de resultados
Una CR de 88 % está muy por debajo del 100 % exigido por el Manual de Carreteras del MOP para bases y subbases. Hay dos opciones: recompactar con humedad más cercana al óptimo (agregando agua si está seco) y aumentando pasadas del rodillo, o verificar que la DMCS del Proctor corresponda al mismo material. Si la CR estuviera entre 95 % y 100 % puede tolerarse con análisis caso a caso; bajo 95 % se rechaza la capa.
Normativas de referencia
- ASTM D1556 — Standard Test Method for Density of Soil in Place by Sand-Cone Method
- NCh 1516.Of1979 — Mecánica de suelos — Determinación de la densidad en el terreno — Método del cono de arena
- Manual de Carreteras MOP — Volumen N°8 secciones 8.502 y 8.602
- AASHTO T 191 — Sand-cone method (equivalente)
Preguntas frecuentes
¿Con qué frecuencia debo hacer densidades en obra?
Para subbases y bases del MOP típicamente un ensayo cada 1 500 m² o por capa en cada 200 m lineales, lo que resulte menor. En rellenos estructurales de edificación se exige uno cada 300-500 m² por capa. Las especificaciones particulares del proyecto pueden ser más exigentes.
¿Qué hago si el cono de arena da CR > 100 %?
Puede pasar con bases chancadas muy bien compactadas, pero si supera 103-104 % conviene revisar la DMCS de referencia. Un Proctor hecho con material ligeramente distinto al de obra subestima la DMCS real. Se recomienda tomar muestra de la capa y rehacer Proctor.
¿Puedo reemplazar cono de arena por densímetro nuclear siempre?
Sí para control rutinario, pero el contrato tipo MOP exige comparar al menos 1 de cada 10 ensayos con cono de arena. Si hay discrepancia mayor a 2 %, el cono prevalece. Para recepción final, casi siempre se pide cono.
¿Cómo se calibra la arena?
Se determina su densidad llenando un recipiente de volumen conocido siguiendo el mismo procedimiento del ensayo. Se repite 3-5 veces y se promedia. La arena debe ser calibrada, seca, uniforme (típicamente Ottawa o similar), y su densidad se reverifica cada 3 meses o 50 ensayos.