NTC1667

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1667 2002-11-27

SUELOS. MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y EL PESO UNITARIO EN EL TERRENO. MÉTODO DEL CONO DE ARENA

E:

SOILS. TEST METHOD FOR DENSITY AND UNIT WEIGHT OF SOIL IN PLACE. SAND CONE METHOD

CORRESPONDENCIA: CORRESPONDENCIA:

esta norma es idéntica (IDT) a la norma ASTM D1556:00. Standard Test Method for Density and Unit Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method. Copyright ASTM International. 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19429, USA.

DESCRIPTORES: DESCRIPTORES:

ensayos de aceptación; ensayos de compactación; grado de compactación; ensayos de densidad; control de densidad en el campo; densidad en el terreno; cono de arena; compactación del suelo; ensayos de suelos; peso unitario.

I.C.S.: 13.080.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado Apartado 14237 Bogotá, Bogotá, D.C. Tel. 6078888 6078888 Fax 2221435 2221435 Prohibida su reproducción

Primera actualización Editada 2002-12-16

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 1667 (Primera actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2002-11-27. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 369905 Propiedades físicas de los suelos. CONSULTORES DEL DESARROLLO GEOGRAL GRUPO CONSTRUCTOR OSSA LÓPEZ S.A.

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS) MINISTERIO DE TRANSPORTE UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Además de las anteriores, en Consulta pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ASOCRETO CAMACOL CARLOS ECHEVERRY CONCRELAB CONSTRUCTORA PRECOMPRIMIDOS LTDA. EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA ESPINOSA & RESTREPO LTDA. EVALTEC LTDA. EVALUACIONES TÉCNICAS GEOINGENIERÍA LTDA. INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO J.G.V. & Co. LTDA.

LASCANO Y ESGUERRA CÍA. TLDA. MALDONADO INGENIERÍA S.A. MENSULA S.A. MOVIMIENTO DE TIERRAS Y CONSTRUCCIONES POLITÉCNICO JAINE ISAZA CADAVID SOCIEDAD DE GEOTECNIA SOLINGRAL LTDA. UNIANDES UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN UNIVERSIDAD DEL CAUCA UNIVERSIDAD DEL VALLE UNIVERSIDAD EAFIT UNIVERSIDAD JAVERIANA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE MINAS

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN


NTC 1667 (Primera actualización)

SUELOS. MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y EL PESO UNITARIO EN EL TERRENO. MÉTODO DEL CONO DE ARENA

0.

INTRODUCCIÓN

La NTC 1667 (Primera actualización) es una adopción idéntica (IDT) por traducción de la ASTM D1556:2000, Standard Test Method for Density and Unit.

1.

OBJETO

Este método de ensayo se usa para determinar, en el sitio, la densidad y el peso 1.1 unitario de suelos, con el aparato de cono de arena. Este método de ensayo sirve para los suelos que no contienen cantidades apreciables 1.2 de rocas o material grueso de tamaño superior a 38 mm (1½”) de diámetro. También se puede usar este método de ensayo para determinar, in situ, la densidad y el 1.3 peso unitario de suelos inalterados, siempre y cuando los vacíos naturales o los poros del suelo sean suficientemente pequeños para evitar que la arena que se usa para el ensayo penetre en los vacíos. El suelo, u otros materiales que se ensayen deben tener suficiente cohesión, o atracción de partículas, para mantener estables las paredes de un pequeño hueco, y deben ser suficientemente firmes para soportar las presiones menores que se ejercen al excavar el hueco y colocar el aparato en el, de tal manera que no se causen deformaciones ni desprendimientos. Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos, saturados o muy 1.4 plásticos, los cuales se deforman o se comprimen durante la excavación del hueco de ensayo. Es posible que este método de ensayo no sea adecuado para suelos formados por materiales granulares sueltos, suelos que contengan cantidades apreciables de material grueso superior a 38 mm (1 1/2”) ni suelos granulares con altas relaciones de vacíos, los cuales no mantienen estables las paredes del hueco de ensayo. Cuando los materiales del ensayo contienen cantidades apreciables de partículas 1.5 mayores de 38 mm (1 1/2”), o cuando se requiera que el volumen del hueco de ensayo sea superior a 2830 cm 3 (0,1 ft3), se usará el método de ensayo de la norma ASTM D4914 o la ASTM D5030. Es práctica común, en la profesión de ingeniería, usar al mismo tiempo gramos para 1.6 representar tanto una unidad de masa (g) como una unidad de fuerza (gf). De esta forma se combinan implícitamente dos sistemas de unidades diferentes, es decir, el sistema absoluto y 1



el sistema gravitacional. Es científicamente indeseable combinar el uso de dos sistemas separados de unidades m-g en una sola norma. Este método de ensayo fue redactado de acuerdo con el sistema gravitacional de unidades cuando se usa el sistema de m-g. En este sistema, el gramo (gf) representa una unidad de fuerza (peso). Sin embargo, no se debe considerar que el uso de balanzas o pesas que registran gramos de masa (g), o el registro de densidad en g/cm3, no está conforme con este método de ensayo. Esta norma no pretende describir todos los problemas de seguridad, si existen, 1.7 relacionados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma, determinar las prácticas de seguridad y salud adecuadas y determinar la aplicabilidad de las limitaciones regulatorias antes de su uso.

2.

DOCUMENTO DE REFERENCIA

NTC 1495:2001, Suelos. Ensayo para determinar el contenido de humedad de suelos y rocas, con base en la masa (ASTM D2216:98). ASTM D653:2001, Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids. ASTM D698: 2000, Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12,400 ft.lbf/ft3(600 KN.m/m3)). ASTM D1557:2000, Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ftlbf/ft 3 (2,700 kN-m/m3)). ASTM D3584, Practice for Indexting Papers and Reports on Soil and Rock for Engineering Purposes. ASTM D3740:2001, Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in the Testing and/or Inspection of Soil and Rock as Used in Engineering Design and Construction. ASTM D4253:2000, Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table. ASTM D4254:2000, Test Method for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density. ASTM D4643:2000, Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Microwave Oven Method. ASTM D4718:2001, Practice for Correction of Unit Weight and Water Content for Soils Containing Oversize Particles. ASTM D4753:1995, Specification for Evaluating, Selecting, and Specifying Balances and Scales for Use in Testing Soil, Rock, and Related Construction Materials. ASTM D4914:1999, Test Methods for Density of Soil and Rock in Place by the Sand Replacement Method in a Test Pit. ASTM D4944:1998, Test Method for Field Determination of Water (Moisture) Content of Soil by the Calcium Carbide Gas Pressure Tester Method. ASTM D4959:2000, Test Method for Determination of Water (Moisture) Content of Soil by Direct Heating Method. 2



ASTM D5030:1994, Test Method for Density of Soil and Rock in Place by the Water Replacement Method in a Test Pit.

3.

TERMINOLOGÍA

3.1

DEFINICIONES

Todas las definiciones están de acuerdo con la terminología de la norma ASTM D653.

3.2

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS ESPECÍFICOS DE ESTA NORMA

3.2.1 capa compactada una capa de suelo compactado. 4.

RESUMEN DEL MÉTODO DE ENSAYO

Se excava manualmente un hueco de ensayo en el suelo que se va a ensayar y todo el 4.1 material del hueco se guarda en un recipiente. Se llena el hueco con arena de densidad embudocida, la cual debe fluir libremente y se determina el volumen. Se determina la densidad del suelo húmedo, in situ, dividiendo la masa del material húmedo removido por el volumen del hueco. Se determina el contenido de humedad del material extruido del hueco y se calcula la masa y la densidad del material seco en el terreno, usando la masa húmeda del suelo, el contenido de agua y el volumen del hueco.

5.

IMPORTANCIA Y USO

Este método de ensayo se usa para determinar la densidad de suelos compactados, 5.1 utilizados para construir terraplenes, rellenos viales y rellenos estructurales. Se usa con frecuencia, como base para la aceptación de suelos compactados a una densidad especificada o a un porcentaje de densidad máxima determinada por métodos de ensayo, tales como: los métodos de ensayo de las normas ASTM D698 ó ASTM D1557. Se puede usar este método de ensayo para determinar, en el sitio, la densidad de 5.2 depósitos de suelos naturales, agregados, mezclas de suelos u otros materiales similares. El uso de este método de ensayo está limitado, generalmente, a suelos en condición no 5.3 saturada. No se recomienda este método de ensayo para suelos blandos o friables (que se desmoronan fácilmente) o en condición tan húmeda que el agua se escurre hacia el hueco excavado manualmente. Los suelos que se deforman fácilmente o que pueden cambiar de volumen por la vibración al excavar el hueco, o por pasarse o caminar cerca al hueco durante el ensayo, pueden afectar la exactitud del ensayo (Véase la Nota 1). NOTA 1 Cuando se ensaya en condiciones de suelos blandos o casi saturados, se pueden presentar cambios de volumen en el hueco excavado, como resultado de las cargas superficiales, el personal que hace el ensayo y similares. Algunas veces esto se puede evitar usando una plataforma soportada a cierta distancia del hueco. Puesto que no siempre es posible detectar un cambio de volumen, se deben comparar siempre los resultados del ensayo con la densidad teórica de saturación, o la línea de 100 % de saturación de la curva de densidad del material seco vs. contenido de humedad. Cualquier ensayo de densidad en suelos compactados in situ, en el cual se calcula que la saturación es superior al 95 %, es dudoso y probablemente ha ocurrido un error, o el volumen del hueco ha cambiado durante la ensayo.

3



NOTA 2 No obstante las declaraciones de precisión y desviaciones contenidas en este método de ensayo, la precisión de este método depende de la competencia del personal que hace la ensayo y de la calibración de los equipos y de las instalaciones que se usen. Se considera generalmente, que las entidades que cumplen el criterio de la norma ASTM D3740 son capaces de hacer los ensayos en forma competente y objetiva. Se previene a los usuarios de este método de ensayo que el sólo cumplimiento de la norma ASTM D3740 no asegura que el ensayo sea confiable. La confiabilidad del ensayo depende de varios factores; la norma ASTM D3740 proporciona el medio para evaluar algunos de esos factores.

6.

APARATOS

6.1

Cono de arena para la determinación de la densidad: el cual consta de lo siguiente:

6.1.1 Un frasco u otro recipiente que se pueda instalar para contener arena, con una capacidad de volumen superior al necesario para llenar el hueco de ensayo y el aparato durante el ensayo. 6.1.2 Un dispositivo desarmable, formado por una válvula cilíndrica con un orificio de aproximadamente 13 mm (1/2”) de diámetro, instalada en un extremo de un embudo metálico y un frasco para contener arena y en el otro un gran embudo de metal (cono de arena). La válvula tendrá topes para evitar que gire más allá de las posiciones totalmente abierta o totalmente cerrada. El dispositivo se construirá con metal suficientemente rígido para evitar la distorsión o el cambio de volumen del cono. Las paredes del cono formarán un ángulo de aproximadamente 60º con la base, para llenarse con arena en forma uniforme. 6.1.3 Como base, un plato o plantilla de metal con un orificio central con una pestaña moldeada o maquinado, para recibir el gran embudo (cono) del dispositivo descrito en el numeral 6.1.2. El plato de base puede ser redondo o cuadrado y tendrá como mínimo 75 mm (3”) más largo que el emudo (cono de arena). La placa se colocará plana en el fondo y tendrá suficiente espesor o rigidez para que sea firme. Se pueden usar platos con bordes levantados, lomos, u otros refuerzos de aproximadamente 10 mm a 13 mm (3/8” a 1/2”) de altura. 6.1.4 Antes de usar el aparato, se debe determinar la masa de acuerdo con las instrucciones del Anexo A.1. 6.1.5 Los detalles del aparato, tal como se muestran en la Figura 1, representan las dimensiones mínimas adecuadas para ensayar suelos con partículas de tamaño máximo aproximado 38 mm (1 1/2” ) y un volumen del hueco de ensayo de aproximadamente 2 830 cm 3 (0,1 ft3). Cuando el material que se va a ensayar contenga pequeñas cantidades de sobretamaños y particulas aisladas de gran tamaño, se debe cambiar el sitio de ensayo. Se necesitan aparatos y volúmenes de hueco más grandes cuando prevalecen partículas superiores a 38 mm (1 1/2”). El aparato descrito representa un diseño que ha demostrado ser satisfactorio. Se pueden usar aparatos de mayor tamaño u otros diseños de similares proporciones, siempre y cuando se observen los principios para la determinación del volumen de la arena. Cuando se requieran volúmenes de hueco superiores a 2 830 cm 3 (0,1 ft3), se debe utilizar el Método de ensayo de la norma ASTM D4914.

4



Frasco de 4 dm3

Anillo de caucho Embudo metálico Dispositivo de fijación 28,6

Válvula Ø 19,1 (diámetro)

12,7 136,5 (diámetro) Embudo metálico 171,5 165

Placa de base

304,8

Dimensiones en mm Figura 1. Aparato para densidad en el terreno

Arena: la arena debe estar limpia, seca, tener una densidad y gradación uniforme, no 6.2 debe estar cementada, durable y fluir libremente. Se puede usar una gradación que cumpla un coeficiente de uniformidad ( C u = D60 /D10 ) inferior a 2,0, un tamaño máximo de partícula inferior a 2,0 mm (Tamiz No. 10) y menos del 3 % por peso que pase 250 µm (Tamiz No. 60). Es necesario que la arena tenga una densidad y gradación, uniforme para evitar la segregación durante la manipulación, el almacenamiento y el uso. Se requiere arena sin finos y sin partículas finas de arena para evitar los cambios significativos de su densidad por las variaciones normales diarios de humedad atmosférica. Es deseable usar arena formada por partículas durables, naturales, sub-redondeadas o redondeadas. Es posible que la arena 5



triturada, o la arena que tenga, partículas angulares, no fluya libremente y pueda crear puentes dando como resultado la determinación inexacta de la densidad (véase la Nota 3). Al seleccionar la arena de una posible fuente, se debe determinar su gradación y su densidad para cada bulto o saco de arena, de acuerdo con el procedimiento indicado en el Anexo A2. Para que la arena sea aceptable, la variación de la densidad, entre cualquier determinación, no debe superar el 1 % del promedio. Antes de usar arena para determinar la densidad, se debe secar, permitiendo que alcance la condición de secado al aire en el sitio donde será utilizada (véase la Nota 4). No se deberá reutilizar la arena sin antes retirar cualquier material contaminante, sin verificar su gradación, sin secar y sin determinar nuevamente su densidad (véase la Nota 5). Las ensayos de densidad de la arena se harán a intervalos no superiores a 14 días, siempre después de cada cambio importante de la humedad atmosférica, antes de volver a usarla y antes de usar un nuevo lote obtenido de un proveedor previamente aprobado (véase la Nota 6). NOTA 3 Algunas arenas trituradas provenientes de explotación y trituración se han utilizado exitosamente con buena reproducibilidad. La reproducibilidad de resultados de ensayos con arenas angulares se debe verificar en condiciones controladas de laboratorio antes de utilizarlas. NOTA 4 Muchas organizaciones han encontrado beneficioso almacenar la arena en recipientes herméticos. La arena se debe almacenar en áreas secas protegidas de la interperie. También se ha encontrado conveniente almacenarla cerca de fuentes de calor o de bombillas incandescentes en zonas de alta humedad. NOTA 5

Como regla general, no es aconsejable utilizar la arena después del ensayo.

NOTA 6 La mayoría de las arenas tienen tendencia a absorber humedad de la atmósfera. Una pequeña cantidad de humedad absorbida puede cambiar sustancialmente la densidad. En zonas de alta humedad o donde la humedad cambia frecuentemente, puede ser necesario determinar la densidad con una frecuencia mayor que los 14 días de intervalo máximo indicado. La necesidad de verificaciones más frecuentes se puede determinar comparando los resultados de diferentes ensayos de densidad de la arena hechos en las mismas condiciones de uso y en un período determinado.

Balanzas y pesas: deben cumplir la norma ASTM D4753, y se deben poder leer hasta 6.3 5,0 g o más, para determinar la masa de la arena y de los suelos excavados. Una balanza o pesa con capacidad mínima de 20 Kg y posibilidad de lectura de 5,0 g es adecuada para determinar la masa de la arena y del material excavado, cuando se usa el aparato indicado en la Figura 1. Equipo de secado: los equipos correspondientes para determinar la humedad, como se 6.4 especifica en los métodos de ensayo de las normas NTC 1495, ASTM D4643, ASTM D4959 ó ASTM D 4944. Equipos Varios: cuchillo, pico pequeño, cincel, toalla pequeña, destornillador o cucharas 6.5 para excavar los huecos de ensayo, puntillas grandes o estacas para asegurar el plato de base; recipientes con tapa, bolsas de tela forradas en plástico u otros recipientes adecuados para guardar las muestras para densidad, humedad y densidad de la arena respectivamente, brocha pequeña, calculadora, libro de notas o formatos de ensayo y otros.

7.

PROCEDIMIENTO

Se selecciona un sitio o una cota especifica de la zona de ensayo y se determina la 7.1 densidad del suelo in situ, de la siguiente manera:

6



7.1.1 Se inspecciona el aparato del cono para verificar que no tenga daños, que la válvula gire libremente y que el plato de la base esté bien apoyado. Se llena el cono con la arena acondicionada para la cual se ha determinado la densidad, de acuerdo con el Anexo A2 y se determina la masa total. 7.1.2 Se prepara la superficie del sitio de ensayo para que forme un plano nivelado. Se puede usar el plato de base como herramienta para nivelar la superficie. 7.1.3 Se coloca el plato de base sobre la superficie plana, verificando que esté en contacto con la superficie del suelo alrededor del orificio central embridado. Se marca el contorno del plato de base para controlar el movimiento durante el ensayo y, si fuera necesario, se asegura el plato con puntillas enterradas en el perímetro del plato, o por otro medio, pero sin perturbar el suelo que se va a ensayar. 7.1.4 Cuando no se pueda nivelar el suelo, o cuando queden vacíos en la superficie, se debe hacer un ensayo preliminar para determinar el volumen limitado horizontalmente por el embudo, el plato y la superficie del terreno. Se llena el espacio con arena del aparato, se determina la masa de la arena que se usa para llenar el espacio, se vuelve a llenar el aparato y se determina nuevamente la masa inicial del aparato y de la arena antes de continuar con el ensayo. Cuando se completen estas mediciones, se retira cuidadosamente la arena de la superficie preparada (véase la Nota 7). NOTA 7 Se puede llevar al campo un segundo aparato calibrado, cuando se espera esta condición (en vez de volver a llenar y determinar por segunda vez). Se puede usar el procedimiento indicado en el numeral 7.1.4 para cada ensayo, cuando sea deseable la mayor exactitud posible, sin embargo, usualmente no es necesario para la mayoría de los ensayos donde sea posible obtener una superficie relativamente plana.

7.1.5 El volumen del hueco de ensayo depende del tamaño máximo de las partículas del suelo que se ensaye. Los volúmenes del hueco de ensayo deben ser tan grandes como sea práctico para reducir errores y no deberá ser inferior a los volúmenes indicados en la Tabla 1. Se selecciona una profundidad del hueco de tal manera que permita una muestra representativa del suelo. Para control de construcción, la profundidad del hueco debe ser aproximada al espesor de una o más capas compactadas. El procedimiento para calibrar la arena debe reflejar esta profundidad del hueco. Véase el Anexo A2. Tabla 1. Volúmenes mínimos del hueco de ensayo, de acuerdo con el tamaño máximo de las partículas incluidas Tamaño máximo de partículas in 1/2 1 1 1/2

Volúmenes mínimos del hueco de ensayo cm3 ft3 1 415 0,05 2 125 0,075 2 830 0,1

(mm) (12,7) (25,4) (38)

7.1.6 Se excava el hueco de ensayo a través del orificio central del plato de base, teniendo cuidado para no alterar o deformar el suelo alrededor del hueco. Los lados del hueco deberán tener un leve declive hacia dentro y el fondo deberá ser razonablemente plano o cóncavo. El hueco debe quedar tan libre como sea posible de hoyos, partículas sobresalientes y cortes agudos, puesto que pueden afectar la exactitud de la ensayo. Los suelos que son esencialmente granulares exigen cuidado extremo y se debe perforar un hueco cónico para el ensayo. Se coloca todo el material excavado y cualquier material que se haya aflojado al excavar, en un recipiente hermético, marcado con el número de el ensayo para identificación. Se debe tener cuidado para no perder material. Se protege este material contra la pérdida de humedad hasta cuando se determine la masa y se obtenga una muestra para determinar el contenido de humedad. 7



7.1.7 Se limpia la pestaña del orificio del plato de base, se invierte el aparato del cono de arena y se coloca el embudo del cono de arena en el orificio embridado, en la misma posición marcada durante la calibración (véase el Anexo A.1). Se eliminan o se reducen al mínimo las vibraciones causadas por el personal o los equipos en el área de ensayo. Se abre la válvula y se deja que la arena llene el hueco, el embudo y el plato de base. Es necesario tener cuidado para evitar que el aparato se mueva o vibre cuando la arena está fluyendo. Cuando la arena deja de fluir, se cierra la válvula. 7.1.8 Se determina la masa del aparato con la arena restante, se registra y se calcula la masa de arena utilizada. 7.1.9 Se determina y se registra la masa húmedad del material que se retiró del hueco de ensayo. Cuando sea necesario corregir por sobre tamaño del material, se determina la masa del material de sobre tamaño en un tamiz apropiado y se registra, teniendo cuidado de evitar que se pierda humedad. Cuando sea necesario, se hacen las correcciones por sobre tamaño, de acuerdo con la norma ASTM D4718. 7.1.10 Se mezcla completamente el material y se obtiene, una muestra representativa para determinar el contenido de humedad, o se usa toda la muestra. 7.1.11 Se determina el contenido de humedad de acuerdo con el método de ensayo de la norma NTC 1495, ó ASTM D4643, ó ASTM D4944, o ASTM D4959. Se correlaciona con el método de ensayo de la ASTM D2216 cuando otros métodos de ensayo lo requieran. Las muestras para contenido de humedad deben ser suficientemente grandes y 7.2 seleccionadas de tal manera que representen todo el material obtenido del hueco de ensayo. La masa mínima de las muestras para contenido de humedad es la necesaria para que los valores de contenido de humedad tengan una exactitud de 1,0 %.

8.

CÁLCULOS

Los cálculos indicados son para la masa en gramos y los volúmenes en centímetros 8.1 cúbicos. Se pueden usar otras unidades, siempre y cuando se usen factores de conversión adecuados para que las unidades de cálculo sean homogéneas. Véanse comentarios adicionales sobre el uso de unidades m-g en el numeral 1.6. Se calcula el volumen del hueco de ensayo, de la siguiente manera: V = (M 1 – M 2 )/ ρ1

(1)

en donde V

=

volumen del hueco de ensayo en cm3;

M 1

=

masa de la arena que se utilizó para llenar el hueco de ensayo, el embudo y el plato de base, en g (de acuerdo con el numeral 7.1.8);

M 2

=

masa de la arena que se utilizó para llenar el embudo y el plato de base, en g (de acuerdo con el Anexo A.1.2.2.6); y

ρ1

=

densidad de la arena, en g/cm3 (de acuerdo con A.2.3.5).

8



Se calcula la masa seca del material removido del hueco de ensayo, de la siguiente 8.3 manera: M 4 = 100 M 3 /(w + 100)

(2)

en donde w

=

contenido de humedad del material removido del hueco de ensayo, en % (de acuerdo con el numeral 7.1.11)

M 3

=

masa húmeda del material removido del hueco de ensayo, en g (de acuerdo con el numeral 7.1.9);

M 4

=

masa seca del material removido del hueco de ensayo en g, o multiplicado por 0,002205 por lb.

Se calcula la densidad seca y húmeda en el terreno del material de ensayo, de la 8.4 siguiente manera: pm = M 3 /V pd = M 4 /V

(3)

en donde V

=

volumen del hueco de ensayo en cm3 (de acuerdo con el numeral 8.2);

M 3

=

masa húmeda del material removido del hueco de ensayo, en g (de acuerdo con el numeral 7.1.9);

M 4

=

masa seca del material removido del hueco de ensayo, en g (de acuerdo con el numeral 8.3);

ρm

=

densidad húmeda del material de ensayo, o su peso unitario húmedo, en m en g/cm 3

ρd

=

densidad del material de ensayo seco, o su peso unitario seco, d en g/cm 3.

Podría ser deseable expresar la densidad en el terreno como un porcentaje de alguna 8.5 otra densidad, por ejemplo: las densidades de laboratorio, determinadas de acuerdo con el método de ensayo de las normas ASTM D698, ASTM D1557, ASTM D4253, ASTM D4254. Esta relación se puede determinar dividiendo la densidad en el terreno por la densidad de laboratorio y multiplicando por 100. Los cálculos para determinar la densidad relativa se encuentran en el método de ensayo de la norma ASTM D4254. Las correcciones por sobre tamaño del material, si fueran necesarias, se deben hacer de acuerdo con la norma ASTM D4718.

9.

INFORME

9.1

El informe incluye, como mínimo lo siguiente:

9.1.1 Localización del ensayo, cota, espesor de la capa ensayada y otros datos pertinentes para ubicar e identificar el ensayo. 9.1.2 El volumen del hueco de ensayo, en cm 3. 9

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 9.1.3 La densidad húmeda en el terreno,


ρm,

en g/cm3.

9.1.4 La densidad seca en el terreno, ρd , g/cm3 9.1.5 Peso unitario seco en el terreno, kN/m3 (ρd x 9,807), expresado al 0,1 KN/m 3 más cercano. 9.1.6 Contenido de humedad del suelo en el terreno, expresado como un porcentaje de la masa seca y el método de ensayo utilizado. 9.1.7 La identificación y el volumen calibrado de los aparatos de ensayo. 9.1.8 La densidad de la arena utilizada, en g/cm 3. 9.1.9 Descripción visual del suelo o designación del material. 9.1.10 Masa y porcentaje de sobre tamaño y el tamaño del tamiz utilizado, si este se usó. 9.1.11 Comentarios sobre el ensayo, como corresponda. 9.1.12 Si se expresa la densidad seca en el terreno, o el peso unitario, como porcentaje de otro valor, se incluye lo siguiente: 9.1.12.1 El método de ensayo de laboratorio utilizado. 9.1.12.2 La densidad seca o el valor del peso unitario comparativo y el contenido de humedad utilizado. 9.1.12.3 La corrección por sobre tamaño del material y sus detalles, si fuera el caso. 9.1.12.4 El porcentaje comparativo del material en el terreno y el valor de comparación. 9.1.13 Si la densidad en el terreno, el peso unitario, o el contenido de humedad se usan como criterio de aceptación, se incluye el criterio de aceptación aplicable al ensayo. 10.

PRECISIÓN Y DESVIACIONES

10.1

DECLARACIÓN DE PRECISIÓN

Debido a la naturaleza del suelo o de los materiales rocosod que se ensayan con el método, no es factible o es muy costoso producir, múltiples muestras con propiedades físicas uniformes. Cualquier variación observada en los datos, probablemente se deba a las variaciones de la muestra, o al operador o al laboratorio que hace el ensayo.

10.2

DECLARACIÓN DE DESVIACIÓN

No hay valor de referencia aceptado para este método, por lo tanto no es posible determinar la desviación.

10



10.3 Mientras no se complete un ensayo formal, el Subcomité ASTM D18.08 estima, de acuerdo con los datos disponibles, que los resultados de dos ensayos ejecutados adecuadamente por un operador hábil, con el mismo material, en un mismo tiempo y lugar, no deberán diferir más de aproximadamente 3,2 kg/m 3 (2 lb/ft3). Se esperaría que los ensayos ejecutados por operarios inexpertos presenten diferencias mucho mayores. 11.

PALABRAS CLAVES

11.1 Las siguientes palabras se aplican a este método de ensayo, de acuerdo con la norma ASTM D3584: ensayos de aceptación; ensayos de compactación; grado de compactación; ensayos de densidad; rellenos; terraplanes; control de densidad en el campo; densidad en el terreno; densidad seca en el terreno; densidad in situ; densidad relativa, cono de arena; compactación del suelo; ensayos de suelos; peso unitario. 12.

DOCUMENTO DE REFERENCIA

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Method for Density and Unit Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method. Philadelphia, ASTM, 2000. 7p. 1 il. (ASTM D 1556).

11


NTC 1667 (Primera actualización) ANEXO A (Normativo)

A.1

CALIBRACIÓN DEL APARATO DE CONO DE ARENA

A.1.1 OBJETO A.1.1.1 Este anexo describe el procedimiento para determinar la masa de la arena contenida en el embudo y la placa de base del aparato de cono de arena. A.1.1.2 La masa de la arena contenida en el aparato y la placa de base dependen de la densidad de la arena. En consecuencia, se debe hacer este procedimiento para cada aparato, siempre que se presenten cambios de la densidad de la arena. A.1.2 PROCEDIMIENTO PARA CALIBRACIÓN A.1.2.1 Se puede calibrar el aparato con uno de los siguientes dos métodos: A.1.2.1.1 Método A. Se determina la masa de la arena calibrada que puede contener cada conjunto de embudo y placa de base; o A.1.2.1.2 Método B. Se determina el volumen de arena necesario para llenar cada conjunto de embudo y placa de base y se aplica este volumen constante cada vez que se calcule la densidad de la arena. A.1.2.1.3 Puesto que la masa de la arena contenida en el embudo y la placa de base del aparato dependen de la densidad de la arena, si se usa el Método A, éste se debe repetir cada vez que cambie la densidad de la arena. A.1.2.2 Todas las determinaciones de masa se hacen con una aproximación de 5 g más cercanos. A.1.2.3 Método A A.1.2.3.1 Se llena el aparato con arena, la cual se seca y prepara en las mismas condiciones en las que se espera usarla durante el ensayo. A.1.2.3.2 Se determina la masa del aparato lleno con arena, en g. A.1.2.3.3 Se coloca la placa de base sobre una superficie limpia nivelada y plana. Se invierte el aparato posicionando el embudo en el orificio embridado del centro de la placa de base. Se marca y se identifica el aparato y la placa de base para poder instalar el mismo aparato y la misma placa de base se puede colocar en la misma posición durante el ensayo. A.1.2.3.4 Se abre toda la válvula hasta que cese el flujo de arena y se controla que el aparato, la placa de base, o la superficie plana, no se muevan ni vibren antes de cerrar la válvula. A.1.2.3.5 Se cierra rápidamente la válvula, se retira el aparato y se determina la masa del aparato y de la arena restante. Se calcula la masa de la arena que se usó para llenar el embudo y la placa de base, como la diferencia entre la masa inicial y la masa final. 12



A.1.2.3.6 Se repite el procedimiento no menos de tres veces. La variación máxima entre cualesquiera de las determinaciones y el promedio no deberá ser superior a 1 %. Para los cálculos del ensayo se usa el promedio de las tres determinaciones de este valor. A.1.2.4 Método B: (Opcional) A.1.2.4.1 Cuando están programados un gran número de ensayos y de bultos de arena, puede ser ventajoso determinar el volumen de cada aparato y placa de base. Excepto si se daña el aparato o si no se hacen coincidir bien las placas de base, este volumen será constante y evitará la necesidad de repetir el Método A cuando cambia la densidad de la arena (véase la Nota A.1.1). Si se escoge esta alternativa, será necesario alterar los cálculos en el campo para determinar el volumen total de la arena en el hueco de la ensayo de campo y el aparato. El volumen del aparato se resta para determinar el volumen del hueco de ensayo. A.1.2.4.2 Se determina la masa de arena necesaria para llenar el embudo del aparato y la placa de base, de acuerdo con el numeral A.1.2.3, siguiendo los pasos indicados en los numerales A.1.2.3.1 a A.1.2.3.6 con cada bulto de arena. A.1.2.4.3 Para calcular el volumen del cono y de la placa de base, se divide la densidad de la arena encontrada por la masa de arena obtenida de acuerdo con el numeral A.1.2.3.6. Se hacen tres determinaciones como mínimo y se calcula el valor promedio. La variación máxima del volumen entre una de las determinaciones y el promedio no deberá superar el 1 %. Se usa el promedio de los valores para hacer los cálculos. NOTA A.1.1 Se debe inspeccionar rutinariamente el aparato de cono de arena para verificar si tiene daños que puedan afectar el volumen del cono. Las abolladuras, la pérdida de redondez, o cualquier otro daño afectará el volumen y será necesario volver a determinarlo (una vez reparado).

A.2

CALIBRACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA ARENA

A.2.1 OBJETIVO A.2.1.1 Este anexo se usa para determinar la densidad de la arena (calibración) que se usa en este método de ensayo. A.2.1.2 La calibración determina la densidad promedio de la arena que se utiliza para calcular el volumen del hueco de ensayo. A.2.2 EQUIPOS NECESARIOS A.2.2.1 Recipiente Se selecciona un recipiente de volumen embudocido, aproximadamente del mismo tamaño del hueco excavado durante el ensayo de campo y que deje caer la arena aproximadamente a la misma distancia en el hueco. Se recomiendan los moldes de 994 cm 3 (1/30 ft3) y 2 124 cm3 (1/13.33 ft3) especificados en el método de ensayo de la norma ASTM D698, o el molde de 2 830 cm 3 (0,1 ft3) especificado en el método de ensayo de la ASTM D4253. Como alternativa, se pueden usar duplicados fundidos de los huecos de ensayo. Esto se hace formando empastos negativos de yeso luego en los huecos del ensayo, variando los volúmenes de ensayo, para usarlos luego como moldes para fundir concreto de cemento Pórtland. Luego de fundir el concreto sobre una superficie plana, retirar el negativo e impermeabilizar, se determina el volumen de acuerdo con el método de ensayo de la norma ASTM D4253 (véase el numeral 10.2.2). 13



A.2.2.1.1 Se determina el volumen del recipiente con una aproximación del 1 %, usando agua de acuerdo con los procedimientos descritos en el método de ensayo de la ASTM D4253. A.2.2.2 Aparato de Cono de Arena Se usa un aparato de cono de arena del mismo tamaño y diseño de los que se usarán en los las ensayos de campo.

A.2.2.2.1 Se ha demostrado que las características del flujo por los distintos conjuntos de válvulas dan distintos valores de densidad. Será necesario determinar la calibración de cada aparato, excepto si se demuestra que otros conjuntos dan los mismos resultados. A.2.2.3 Balanza o pesa Una balanza o pesa con suficiente capacidad para determinar la masa del recipiente de calibración lleno con arena. Para recipientes de 14 200 cm 3 (0,500 ft3), se requiere una balanza con capacidad mínima de 20 Kg (50 lb), la cual debe cumplir las especificaciones de la norma ASTM D4753 con escala mínima de 59 (0,01 lb).

A.2.2.4 Regla metálica De cerca de 50 mm (2”) de ancho, no menos de 3 mm (1/8”) de espesor, con una longitud aproximada de 1,5 veces el diámetro del recipiente de calibración.

A.2.3 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD A.2.3.1 Se llena de arena el aparato ensamblado. La arena debe estar seca y preparada en la misma condición que se espera durante su uso. A.2.3.2 Se determina y se registra la masa del recipiente de calibración, vacío. A.2.3.3 Método A (recomendado) A.2.3.3.1 Cuando el recipiente de calibración tiene el mismo diámetro del borde embridado del orificio en el centro de la placa de base, se invierte y se centra el aparato lleno de arena y la placa de base en el recipiente de calibración. A.2.3.3.2 Se abre totalmente la válvula y se deja que la arena llene el recipiente. Cuando cesa el flujo de arena se cierra la válvula. A.2.3.3.3 Se determina la masa del aparato y la arena restante. Se calcula la masa neta de la arena en el recipiente de calibración, restando la masa de la arena contenida en el cono y en la placa de base (como se determinó en el Anexo A.1) y se registra. A.2.3.4 Método B (opcional) A.2.3.4.1 Se invierte y se apoya el aparato sobre el recipiente de calibración de manera que la arena caiga aproximadamente a la misma distancia y en el mismo sitio del ensayo de campo y se abre totalmente la válvula. A.2.3.4.2 Se llena el recipiente hasta que rebose y se cierra la válvula. Cuidando de no golpear, sacudir o densificar la arena, se retira cuidadosamente el exceso de arena y se nivela la superficie. Cualquier vibración o golpe durante la determinación de la densidad, hará que la arena se compacte y se densifique, obteniéndose resultados erróneos. 14



A.2.3.4.3 Se retira toda la arena en la parte exterior del recipiente de calibración. Se determina la masa del recipiente y la arena. Se registra la masa neta de la arena, restando la masa del recipiente vacío. A.2.3.5 Se determina la densidad por lo menos de tres veces y se calcula el promedio. La variación máxima entre cualquier determinación y el promedio no será superior al 1 %. Las determinaciones repetidas que no cumplan este requisito indican falta de uniformidad en la densidad de la arena, por lo cual se debe evaluar nuevamente la idoneidad de la fuente de arena. Se usará el valor promedio obtenido para los cálculos. A.2.4 CÁLCULOS A.2.4.1 Se calcula la densidad de la arena de la siguiente manera: ρ1 =

M 5 /V 1

(A.2.1)

en donde ρ1

=

densidad de la arena, en g/cm3 (multiplicado por 9,807 para KN/m3, o 62.43 para lb/ft3)

M 5

=

masa de la arena con la que se llena el recipiente de calibración, en g (de acuerdo con el numeral A.2.3.4.3); y

V 1

=

volumen de la recipiente de calibración, en cm3 (de acuerdo con el numeral A.2.2.1.1)

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NTC1667

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