TABLA DE CONTENIDO 1. ENSAYO DE HUMEDAD NATURAL................... .......... ................... ................... .................. ................... ................... .............3 2. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO GRANULOMÉTRICO ................... .......... .................. ................... ................... ................... ................... ................. ........ 4 3. CUARTEADORES CUARTEADORES................... .......... .................. ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... .............7 4. CONSISTENC CONSISTENCIA IA ................... ......... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... .............. ..... 7 4.1 ENSAYO DE LÍMITE LÍQUIDO ................ ................... ......... ................... ................... ................... ................. ........ 8 4.2 ENSAYO DE LÍMITE PLÁSTICO ............... .................. ......... ................... ................... ................... .............. .... 15 4.2.1. ÍNDICE PLÁSTICO .................... .......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............. ... 18 4.3 DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN CONTRACCIÓN ................... ......... ................... ............... ...... 18 5. PESO ESPECÍFICO (GRAVAS) (GRAVAS) .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ................. ........ 35 6. PESO ESPECÍFICO DE MATERIAL FINO (ARENA ( ARENAS)........ S)................. ................... ................... ............ ... 36 7. PESO ESPECÍFICO DEL SUELO (ARC ( ARCILLAS ILLAS Y LIMOS) ..................... ........... ................... ............ ... 40 8. PESO UNITARIO DEL SUELO CON PARAFINA ................ ................................. ............................. ............41 9. ENSAYO DE COMPACTACIÓN COMPACTACIÓN (PROCTOR STANDARD, MODIFICADO) MODIFICADO) ...... 42 9.1 PROCESO DE COMPACTACIÓN COMPACTACIÓN EN CAMPO CAMPO ................... .......... ................... ................... ............... ...... 50 9.1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE COMPACTACIÓN COMPACTACIÓN ............. .......... ... 51 9.1.2. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESIÓN ESTÁTICA ............... ......... ...... 51 9.1.3. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO ............. ... ................... ................... ............ 53 9.1.4. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR POR VIBRACIÓN .................. ......... ................... ............ 54 9.2 MÉTODOS DE CONTROL DE COMPACTACIÓN EN EL CAMPO .............. ......... ..... 56 10. CAPACIDAD PORTANTE PORTANTE DE LOS SUELOS. ENSAYO DE C.B.R ................ .......... ...... 57 11. ENSAYO DE ABRASIÓN. ............... ............................... ................................. .................................. ................................ ...............62
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS. 1.
ENSAYO DE HUMEDAD NATURAL.
La humedad es el contenido de agua que tienen los Definición Definición d e la hum edad.- edad.- suelos.
Equipo:
a.) Recipientes para humedades (taras). b.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). c.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. d.) Formularios. e.) Pinza o guantes para sacar la muestra del horno. Procedimiento:
Traer una muestra del campo en estado húmedo o en su condición natural y determinar su porcentaje de humedad. Para esto previamente se determina el peso del recipiente (tara) y posteriormente el peso del recipiente + peso inicial húmedo, una vez determinado estos dos pesos lo introducimos al horno para que en un tiempo mínimo de 12 horas saquemos la muestra con una pinza o guante, después se determina el peso del recipiente + peso inicial seco, y finalmente mediante se procede a copiar estos datos en un formulario y calcular el peso inicial húmedo, el peso inicial seco y el porcentaje de humedad. Se pueden tomar tantas muestras como se crean necesarias, generalmente se toman de dos a tres muestras para sacar un promedio y tener una mejor estimación de los resultados. Cabe recalcar que el ensayo de humedad aporta con los datos a otros ensayos (Ensayo del C.B.R., Ensayo de Compactación, Límite Líquido, Límite Plástico, entre otros) en donde se requiere el porcentaje de humedad promedio para determinar otros parámetros, a continuación se detallan las fórmulas que se utilizan y un pequeño formato básico de este ensayo.
Cáps ula N°
Peso
Pes o Cáps ul ul a
Pes o Cáps ul ul a
de
+
+
Cápsula
P. inic inicia iall hú húmedo edo
P. inic inicia iall seco seco
w%
Peso inicial húmedo (Ph): Ph= (Pt + Ph) - Pt
2
Peso inicial seco (Ps): Ps= (Pt + Ps) – Pt Siendo Pt el peso del recipiente, cápsula o peso de la tara.
Porcentaje de humedad (w%): w%=
2.
* 100%
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.
El análisis granulométrico consiste en separar y clasificar por Generalidades.-
tamaños las partículas de agregados gruesos y finos, utilizando tamices de aperturas cuadradas. Equipo:
a.) Recipientes para poner muestras. b.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,1g) y capacidad de 20kg. c.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). d.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. e.) Formularios. f.) Cuarteadores (tamices). Procedimiento:
Traer una muestra del campo, generalmente se la trae en un saco y dentro del mismo se coloca un papel donde se detalla el proyecto, el tipo de muestra, abscisa, y fecha de recepción.
Se coloca la muestra en una carreta o se la ubica en el piso y se procede a tamizar; por efectos de rapidez algunos laboratorios cuentan con máquinas cuarteadoras que a través de la vibración clasifican el material con mayor celeridad, de ser ese el caso se ubican los cuarteadores que se requieran de acuerdo a la clasificación del tipo de suelo con la que se presentó en el diseño, o la que se pretende comprar en las minas o canteras, se recoge del piso con una pala la muestra y se coloca en la máquina, la cual procederá a vibrar y clasificar el suelo. 3
Una vez clasificada la granulometría del suelo se procede a pesar el material en la balanza electrónica de 20kg de capacidad, se coloca los pesos retenidos por cada cuarteador y se registran los pesos retenidos parciales en un formulario y posteriormente posteriormente se procede a calcular. Para la granulometría de la serie fina se requiere el porcentaje de humedad que tiene la muestra total del suelo en análisis. Para ello se toman pequeñas muestras del pasante del tamiz número #4 una vez que se hubiese registrado su peso parcial y se procede de la misma manera que se realiza el ensayo de humedad. Una vez tomadas las muestras para obtener el porcentaje de humedad, se coge aproximadamente unos 300 gramos (peso inicial húmedo) del pasante del tamiz # 4 después de haberse registrado su peso en la serie gruesa, y se deja remojando en un pequeño recipiente durante unos quince minutos para que las partículas más finas como las arcillas puedan asentarse, luego colocando en orden descendente los tamices #10, #40 y #200 se procede a lavar el material (Análisis con lavado). Una vez lavado el material fino se lo coloca en un recipiente y se lo mete al horno durante unas doce horas. Luego se saca el material y se lo procede a tamizar por los mismos tamices antes mencionados es decir #10, #40 y #200 y se procede a pesar cada peso retenido en la balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g) y posteriormente se registran estos datos en el formulario y se procede a calcular. La metodología para completar la serie f ina es calcular el peso inicial seco mediante la siguiente fórmula:
Ps=
100%
Luego determinar el peso retenido en el pasante del tamiz #200 y luego calcular los demás parámetros. La forma para obtener este peso consiste en restarle al peso inicial seco los pesos parciales retenidos en los tamices #10, #40 y #200. 4
3.
CUARTEADORES.
5
4'' = 101,6mm 3'' = 76,2mm 21/2'' = 63,5mm 2'' = 50,8mm 11/2'' = 38,1mm 1'' = 25,4mm 3
/4'' = 19,1mm
1
/2'' = 12,7mm
3
/8'' = 9,52mm
N°4 = 4,76mm N°8 = 2,38mm N°10 = 2,00mm N°12 = 1,70mm N°16 = 1,19mm N°20 = 0,84mm N°30 = 0,59mm N°40 = 0,42mm N°50 = 0,297mm N°60 = 0,246mm N°80 = 0,177mm N°100 = 0,149mm N°120 = 0,125mm N°200 = 0,074mm
4.
CONSISTENCIA.
Por consistencia se entiende el grado de cohesión de las partículas de suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura. La plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino que es circunstancial, así, una arcilla puede parecer un ladrillo resistente cuando está seca y un lodo semilíquido cuando está con suficiente cantidad de agua. Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico, puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia definidos por Atterberg:
a.) Estado Líquido.- Con las propiedades y apariencias de una suspensión. b.) Estado Plástico.- En el que el suelo se comporta plásticamente. c.) Estado semisólido.- En el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aun disminuye de volumen al estar sujeto a secado. d.) Estado sólido.- En que el volumen del suelo no varía con el secado. Por todos estos estados pasa el suelo al irse secando, pero no existen criterios estrictos para fijar sus fronteras; el establecimiento de estas ha de hacerse en forma puramente convencional. Atterberg estableció las primeras convenciones para ello, bajo el nombre de LÍMITES DE CONSISTENCIA. Los límites de consistencia, son representadas por el contenido de humedad y son los siguientes: Límite Líquido LL Límite Plástico LP Límite de Contracción LC L ím ite L íq u id o .- Es el límite entre los estados líquidos y plásticos de un suelo. L ím ite Pl ásti co .- Es el límite entre los estados plásticos y semisólidos.
Es el límite entre los estados semisólidos y sólidos. Lími te d e Co ntr acc ión.-
4.1.
ENSAYO DE LÍMITE LÍQUIDO.
Mé to d o : Standard. Referencias: A.A.S.H.T.O. T 69-68; A.S.T.M. DM 23-66.
Es aquel contenido de humedad bajo el cual el suelo Defin ici ón de Lím ite Li qu ido .- pasa del estado plástico al estado líquido.
7
Equipo:
El equipo consistirá de lo siguiente:
a.) Bandeja de evaporización: De porcelana de aproximadamente 11,5cm (4 1/2'') de diámetro.
b.) Espátulas: Con hoja flexible de 7,62cm (3'') de largo y 1,91cm ( 3/4'') de ancho.
c.) Aparato de Límite Líquido (Casagrande): Un aparato mecánico consistente de una copa de bronce montada en un brazo con su soporte y base de caucho duro.
d.) Acanalador: Que a su vez es calibrador.
e.) Recipientes: Adecuados tales como cristales de reloj con tapa que impidan la pérdida de la humedad mientras se pesan los materiales.
8
f.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g).
g.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C.
Aju ste d el aparato m ecánic o:
El aparato para determinar el Límite Líquido debe ser revisado antes del ensayo, para cerciorarse de que se encuentra en buen estado. Utilizando el calibrador del brazo del acanalador y el brazo de ajuste, se calibra la elevación máxima de la copa con respecto a la base de caucho endurecido, medida desde el punto en que la copa hace contacto con la base, a fin de que esta sea exactamente 1cm. El brazo de ajuste debe ser entonces asegurado por medio de tornillos de ajuste, manteniendo el calibrador en su sitio, la calibración se comprueba rotando varias veces la palanca.
9
Procedimiento:
Tomamos aproximadamente 100g de material seco (arcilla, limo- arcilla) pasante del tamiz N°40, se coloca la muestra en la bandeja de evaporización, se le agrega 15 a 20cm3 de agua y se mezcla con la espátula hasta obtener una masa uniforme. Se continúa añadiendo en cantidad de 1 a 3cm 3 cada vez mezclando con la espátula el material después de cada adición de agua. La copa del aparato de Límite Líquido no debe ser usada para mezclar la muestra con agua. En los suelos residuales, se trabaja con el material en estado natural, sacando los grumos o fragmentos grandes.
Cuando se ha mezclado la muestra con suficiente cantidad de agua para obtener una masa uniforme, de consistencia dura, se coloca una pequeña cantidad de esta masa sobre la parte de la copa que asienta en la base, se aplasta el material con la espátula hasta emparejar la superficie de forma tal que la torta no tenga más de 1cm de alto en su superficie más gruesa, retirando el exceso a la bandeja de preparación. Se traza un canal sobre el eje de la copa con el acanalador, para evitar que la masa se resbale 10
sobre la copa, se pueden hacer hasta seis pasadas del acanalador, ya sea de atrás hacia adelante o viceversa. La profundidad del corte debe aumentar con cada pasada hasta que en la última pasada que se haga el acanalador divida a la muestra en toda la longitud del canal.
Rotando la palanca, se hace subir y bajar la copa al ritmo de 2revoluciones/segundo, hasta que la muestra se una en la parte inferior del canal, en una longitud de 1/2''. Se registra el número de golpes necesarios para unir la muestra en la longitud indicada y se detiene el contador electrónico de golpes una vez que la muestra se haya unido.
Se divide la muestra en 2 partes iguales (perpendicular al canal) y se toma una rebanada aproximadamente del tamaño de la espátula que se extienda de un extremo a otro de la torta, en sentido perpendicular al canal y que pase por el eje donde se trazó la línea que dividió la muestra incluyendo aquella parte en que se cerró el canal, y se coloca en un recipiente adecuado. Se registra el peso del recipiente donde se colocará la muestra escogida, y consecuentemente el peso del recipiente y el contenido de la muestra. Luego se coloca el material de recipiente en el horno de temperatura a 110°C ± 5°C durante 24 horas. Una vez transcurrido este tiempo se vuelve a pesar la muestra para determinar el Peso inicial seco y determinar el porcentaje del contenido de humedad. Se retira el material sobrante de la copa y se lo vuelve a colocar en el recipiente de porcelana. La copa y el acanalador deben lavarse y secarse para iniciar el siguiente punto. Se repite el procedimiento anterior añadiendo para cada caso una pequeña cantidad de agua, a fin obtener una resistencia de la masa de ensayo más suave en cada caso, cabe anotar que los golpes para el segundo punto se comenzarán a contar o registrar desde el número de golpes en el que se detuvo en contador de golpes cuando se unió la muestra anterior. 11
El fin de este procedimiento es obtener por lo menos una muestra cuya consistencia produzca ensayos dentro de cada uno de los siguientes límites de golpes: 25- 35; 2030; 15- 25 (Generalmente se toman dos muestras debajo de los 25 golpes y dos sobre los 25 golpes). Cálc u lo s:
El contenido de agua del suelo debe expresarse como el porcentaje de contenido de humedad, en relación con la muestra secada en el horno:
w%=
* 100%
;
Peso del agua= Ph – Ps
w%=
* 100%
Preparación de la curva de escurrim iento:
La curva de escurrimiento representa la relación de su contenido de humedad y su correspondiente número de golpes. Se utiliza papel semilogarítmico para trazar la curva de escurrimiento, la escala logarítmica representará el número de golpes y la escala lineal el porcentaje de humedad. Se traza una línea recta entre los tres o más puntos marcados. L ím ite Líq u id o :
El contenido de humedad que corresponde a la intercepción de la línea de escurrimiento con la ordenada de 25 golpes debe tomarse como límite líquido del suelo. En ocasiones por efecto de que se tiene poca práctica o porque el suelo tiene algo de arena fina es difícil obtener una línea de escurrimiento uniendo los tres o cuatro puntos, en ese caso el profesor William Lambe propuso la siguiente fórmula:
L.L= w% * Donde:
N= Número de golpes. w%= El porcentaje de humedad correspondiente a N. Así por ejemplo si tenemos para 21 golpes un contenido de humedad de 26,4% y para 30 golpes un contenido de humedad de 25,7%, aplicando la fórmula se obtiene: L.L= 26,4 *
= 25,85%
L.L= 25,7 *
= 26,27%
L.L=
= 26,06%
Nota: La aplicación de esta fórmula nos resulta útil cuando se presentan las condiciones antes mencionadas, lo ideal es graficar los puntos en el papel semilogarítmico y obtener el valor del Límite Líquido.
12
4.2.
ENSAYO DE LÍMITE PLÁSTICO.
Mé to d o : Standard. Referencias: A.A.S.H.T.O. T 90-56; A.S.T.M. D 424-59. Defi ni ci ón de Lím it e P lást ic o.- El Límite Plástico de un suelo es el menor contenido
de agua con el cual el suelo permanece plástico. Equipo:
El equipo consistirá de lo siguiente:
a.) Bandeja de evaporización: De porcelana de aproximadamente 11,5cm (4 1/2'') de diámetro. b.) Espátulas: Con hoja flexible de 7,62cm (3'') de largo y 1,91cm ( 3/4'') de ancho. c.) Superficie para enrollado: Plana de vidrio, o una hoja de papel vidriado para enrollar la muestra. d.) Recipientes: Adecuados tales como cristales de reloj con tapa que impidan la pérdida de la humedad mientras se pesan los materiales. e.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). f.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C.
Muestra:
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Se toman aproximadamente 8g de la muestra que ha sido previamente hidratada y mezclada de acuerdo a las especificaciones AASHTO T-89. El material debe retener suficiente humedad para que sea posible formar una bola sin que se pegue demasiado a los dedos al ser aplastado. Cuando se toma la muestra antes de hacer el ensayo del Límite Liquido, debe dejarse que se evapore el exceso de humedad, al aire libre, hasta completar el ensayo del Límite Líquido. Si la muestra ha sido tomada después del ensayo del Límite Líquido y está demasiado seca como para hacer los rollitos, debe añadirse más agua.
Procedimiento:
A la muestra de 8g se le dará una forma elipsoidal con los dedos, luego se hace correr está masa entre la superficie de vidrio y la mano, con presión suficiente para permitir que se haya formado un rollo uniforme.
El ritmo de enrollado debe ser de 80 a 90 movimientos completos de la mano hacia adelante y hacia atrás. Cuando el diámetro del rollo llegue a 3mm se lo rompe en 6 u 8 pedazos, se lo amasa nuevamente con los dedos para volver a la forma elipsoidal y repetir el enrollado. Esto puede ocurrir antes de que el rollo obtenga el diámetro de 3mm. Se considera satisfactorio antes el hilo de 3mm.
14
El rollo se desmorona de diferentes maneras, dependiendo de la clase de suelo; algunos de los suelos se disgregan en numerosos fragmentos, otros forman una capa tubular que comienza a romperse en los extremos, continuando hacia el centro hasta que se divide en varias partes. Los suelos muy arcillosos se vuelven duros al aproximarse al Límite Plástico y finalmente se rompen en varios fragmentos forma de barril de 6 a 9mm de largo. No debe tratarse de producir la fractura del hilo disminuyendo la velocidad o presión de la mano cuando se ha llegado al grueso de 3mm. Cuando el rollo llega a tener el groso indicado, debe dividírselo en varios fragmentos y formarse la bola nuevamente para repetir el enrollado. Con los suelos de baja plasticidad se puede reducir el grado de formación, haciendo el hilo con los dedos hasta aproximarse a 3mm. Se recogen los fragmentos del hilo fracturado y se los coloca en un recipiente destapado. Se pesa la muestra con el recipiente y se anota el resultado en la hoja del informe. A continuación se seca en horno a 110°C la muestra y se pesa la muestra de nuevo una vez transcurrido 24 horas y se registra este nuevo peso. La pérdida de peso se anota como el peso del agua. Cálc u lo s:
El Límite Líquido se calcula expresando como contenido de agua en porcentaje del peso de la muestra secada al horno, en otras palabras se emplea la misma fórmula para determinar el porcentaje de humedad, dado las circunstancias de que el Límite Plástico de un suelo es el menor contenido de agua con el cual el suelo permanece plástico.
L.P. =
* 100%
;
Peso del agua= Ph - Ps
El Límite Plástico será el promedio de las muestras que se realicen en el ensayo.
4.2.1. ÍNDICE PLÁSTICO. El Índice Plástico de un suelo se calcula como la diferencia entre su Límite Líquido y su Límite Plástico.
I.P.= L.L. –L.P. Está diferencia es el Índice Plástico excepto en los siguientes casos:
a.) Cuando el L.L. o el L.P. no pueden ser determinados, indíquese el I.P como No Plástico (N.P.). b.) Cuando el suelo es muy arenoso, el L.P. deberá determinarse antes del L.L. Si el L.P. no puede ser determinado, indíquese tanto el L.L como el L.P. como N.P. c.) Cuando el L.P. es igual o mayor que el L.L., indíquese el I.P. como N.P. 15
4.3.
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN.
Un suelo muy húmedo al secarse se contrae, en el proceso desecación. La disminución de volumen sigue una ley en función de la pérdida de humedad. Al llegar a un cierto instante el fenómeno de contracción cesa aunque el suelo siga perdiendo agua su volumen permanece constante. Al contenido de humedad en esos momentos, expresado en porcentaje del suelo seco se llama Límite de Contracción. Cuando el contenido de humedad es menor al Límite de Contracción el suelo cambia de color, se hace más claro.
Determ in ación d e la Cont rac ción Vo lum é tri ca. Referencias: A.A.S.H.T.O. T9268, A.S.T.M. D- 427. Objetivo:
El Límite de Contracción tiene como objetivo obtener el contenido de humedad por debajo del cual no se presenta cambio adicional en el volumen de una masa de suelo y obtener una indicación cuantitativa del cambio total que puede ocurrir. Este procedimiento proporciona la información necesaria para la determinación de las siguientes características de un suelo: Límite de Contracción, Relación de Contracción, Cambio Volumétrico, Contracción Lineal. Equipo:
a.) Escudillas: Escudillas de porcelana una de 11,43cm (4 1/2'') de diámetro y otra de 15,24cm (6'') de diámetro aproximadamente.
b.) Espátulas: Una espátula que tenga una hoja de 7,62cm (3'') de ancho aproximadamente.
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c.) Vasitos: Un vasito de porcelana o metálico, con fondo plano de 4,45cm (1 3/4'') de diámetro por 1,27cm ( 1/2'') de alto aproximadamente.
d.) Regla: Una regla metálica de 30cm de largo aproximadamente. e.) Una placa enrazadora: Puede ser una plancha de vidrio u otro material con tres salientes o púas para sumergir en mercurio el suelo moldeado.
f.) Vaso de vidrio: De 5,08cm (2'') por 2,54cm (1'') de altura, cuyos bordes superiores sean paralelos a su base.
g.) Graduado: Un graduado de cristal, cuya capacidad sea de 25ml y con graduaciones de 0,2milímetros cúbicos.
h.) Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g).
i.) Mercurio: Suficiente cantidad de mercurio para llenarse el vaso de cristal.
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j.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. Muestra:
Durante el ensayo del Límite Líquido, tratamos de unir la pastilla a los 25 ± 1golpes, tomando 2 muestritas una para obtener el porcentaje de humedad y la otra para las capas de la cápsula de Límite de Contracción. En caso de realizarse el ensayo de manera dependiente al ensayo de Límite Líquido pesamos en la balanza 30g tamizada por el tamiz N° 40. Procedimiento:
La muestra se colocará en la escudilla de porcelana que tiene 4 1/2'', mezclándola debidamente añadiéndole agua en cantidad suficiente para llenar por completo los vacios del suelo, y obtener así una masa de suelo suficientemente pastosa como para llenar el vasito de porcelana sin inclusión de burbujas de aire, este primer procedimiento es válido si el ensayo se realiza de manera dependiente, en el caso de ser continuo al ensayo de Límite Líquido este paso se lo realizará dentro del mismo ensayo de Límite Líquido.
La humedad requerida para producir la consistencia deseada en suelos friables es igual o ligeramente mayor que el Límite Líquido, y la humedad necesaria para producir la consistencia deseada en suelos plásticos pueden exceder al Límite Líquido hasta en un 10%. Las paredes interiores del vasito de porcelana o metal deberán ser cubiertas con una delgada capa de vaselina u otro tipo de grasa pesada, a fin de prevenir la adherencia del suelo a sus paredes.
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Una cantidad de suelo húmedo aproximadamente igual a la tercera parte del volumen del vasito se colocará dentro de este y se golpeará ligeramente el vasito sobre una superficie firme, encima de la cual se colocarán varias hojas de papel secante u otro material, para suavizar la superficie, a fin de que la masa del suelo se extienda hacia los bordes del vasito de porcelana o metal.
Una cantidad de masa del suelo aproximadamente igual a la primera porción se añadirá próximamente, golpeando ligeramente el vasito, hasta que el suelo se halle debida y uniformemente distribuido, y todas las burbujas de aire sean llevadas a la superficie. Luego se volverá añadir mayor cantidad de suelo, golpeando otra vez el vasito hasta que quede completamente relleno y que se observe que la masa de suelo rebasa los bordes del vasito de porcelana. El exceso de suelo deberá ser removido utilizando la regla metálica, limpiando las partículas de suelo adheridas a las paredes exteriores de aquel, en caso que no se disponga de la regla metálica se lo podrá enrazar con la espátula.
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Una vez llenado el vasito de porcelana o metal con la muestra, se pesará inmediatamente y se registrará este peso como el correspondiente al vasito más el del suelo húmedo moldeado (Wh + Pr). La masa del suelo deberá ser secada al aire a temperatura ambiente hasta que su color cambie de oscuro a claro, este proceso de cambio de coloración puede durar como mínimo cinco horas, por lo que es necesario recalcar que debe realizarse el ensayo a las 8 o 9 de la mañana. Luego se secará la muestra a peso constante en el horno a la temperatura de 110°C ± 5°C durante unas 16 a 24 horas, transcurrido este tiempo retiramos la muestra del horno y la pesamos nuevamente registrando este peso como el correspondiente al vasito más el del suelo seco ( Ws + Pr). El peso del vasito debe ser registrado antes haber colocado la muestra para formar la pastilla.
Para determinar el volumen del suelo húmedo moldeado (Vh), se llenará el vasito de porcelana con mercurio. Para remover el exceso de mercurio se utilizará el plato de vidrio presionando firmemente sobre los bordes del vasito, todo esto se lo realizará dentro de la escudilla de porcelana de 6'' de diámetro para que el mercurio que quede desalojado pueda volver a ser utilizado nuevamente, también puede realizárselo dentro de una bandeja de acero inoxidable con diámetro considerable a fin de contar con mayor espacio para realizar estas operaciones.
20
El volumen de mercurio de mercurio que quede en el vasito metálico o de porcelana se lo determinará pesándolo en la balanza electrónica y luego dividiendo este peso para su densidad la cual es 13,55g/cm 3. El volumen del suelo seco moldeado deberá determinarse sacando el suelo moldeado del vasito de porcelana (operación que se realiza antes de llenar el vasito de porcelana con el mercurio) y sumergiendo la muestra o la pastilla en el vaso de vidrio lleno de mercurio. Esta operación se la realiza de la siguiente manera: El vaso de vidrio se llena de mercurio hasta que rebase y se mueve o retira el exceso presionando sobre los bordes el plato de vidrio que tiene las tres puntas. El mercurio que se adhiera a las paredes externas deberá retirarse cuidadosamente.
El vaso de vidrio lleno de mercurio se colocará en la escudilla de 6'' de diámetro y luego sobre la superficie de mercurio se colocará el suelo seco moldeado (pastilla). Este se introducirá cuidadosamente en el mercurio utilizando el plato de mercurio que tiene las tres puntas, presionándolo firmemente sobre los bordes del vaso. Ha de evitarse la formación de burbujas de aire debajo del suelo moldeado.
21
El volumen de mercurio que se desaloje del vaso de cristal y quede en la escudilla de 6'' de diámetro se lo pesará y se obtendrá el volumen del suelo seco moldeado (Vs) dividiendo ese peso para el peso específico del mercurio.
Determinamos el porcentaje de humedad de la misma manera que se realiza un ensayo de humedad y obtenemos el porcentaje de humedad del suelo:
%w =
* 100%
%w =
;
Peso del agua= Ph - Ps
* 100%
Cálc u lo d el L ím ite de C on tr acc ión.
El Límite de Contracción de un suelo se define como el máximo como el Definición.-
contenido de humedad máximo bajo el cual una disminución en el contenido de humedad no causa una reducción del volumen de la masa del suelo. Cálc u lo :
El Límite de Contracción (L.C.) se lo determinará de la siguiente manera:
L.C. = %w –
* 100%
22
LIMITE DE CONTRACCION RECIPIENTE # PESO DEL RECIPIENTE ( Pr ) PESO DEL RECIPIENTE + PESO HUMEDO ( Pr + Ph ) PESO DEL RECIPIENTE + PESO SECO ( Pr + Ps ) PESO DEL AGUA [ PAGUA = ( Pr + Ph ) - (Pr +Ps ) ] PESO SEC0 [ Ps = ( Pr + Ps ) - Pr ] % DE HUMEDAD [ % W = ( PAGUA /PS ) * 100% ]
P. HUMEDO MOLDEADO = [ Wh = P Hg QUE LLENA EL R ECIPIENTE ] P. SECO = [ Ws = PHg DESALOJADO EN LA ESCUDILLA ] VOLUMEN HUMEDO = ( Vh = Wh / 13,55 ) VOLUMEN SECO = ( Vs = Ws / 13,55 ) L.CONTRACCION = % w -[( Vh - Vs ) /Ws ] * 100%
Nota: El L.C. será el promedio de las muestras que se tomen.
Pote ncial de e xpansión
L.C.
I.P.
Muy alto
< 10
> 32
Alto
6 - 12
25 - 45
Me dio
8 - 18
12 - 34
> 13
< 20
Bajo
Impo rtanc ia de los Lími tes de Co nsi stenci a.
El Límite Líquido nos puede dar una idea de que si el suelo debe considerarse como orgánico o inorgánico; debe procederse a determinar el Límite Líquido en dos muestras: una en estado natural y otra desecada previamente en la estufa a 110°C ± 5°C, hasta peso constante. Si ambos Límites Líquidos son aproximadamente iguales el suelo es totalmente inorgánico, en caso de que la muestra tenga un L.L. 30% menor el suelo es claramente orgánico (excepto en los suelos residuales que no siguen la Carta de Plasticidad de Casagrande). Los Límites de Consistencia son en la actualidad uno de los ensayos que más se realizan en los laboratorios de Mecánica de Suelos, dado a que gracias a la experiencia acumulada en muchas miles de determinaciones, es suficiente conocer sus valores para poderse dar una idea bastante clara del tipo de suelos y sus propiedades. Además estos Límites de Consistencia dan una base para clasificar suelos de grano fino de acuerdo con sus características de plasticidad.
23
Consistencia Relativa.- Los Límites de Atterberg también nos permiten tener una idea de la consistencia de los suelos y con ello preveer los posibles problemas que tenemos que enfrentar. La Consistencia Relativa está dada por la siguiente fórmula:
Cr = De modo que si: w = L.P. ; Cr = 1 w < L.P. ; Cr > 1 w = L.L. ; Cr = 0 w > L.L. ; Cr < 0
(-)
A medida que el suelo tiene menos humedad, su consistencia relativa es mayor o igual que 1, el suelo es más duro, y lo contrario, a mayor humedad la consistencia relativa es igual o menor que cero (negativo). En términos generales:
Cr
Consistencia
0ó<0
Muy blanda
0,5
Blanda
0,5 ~ 0,8
Media
>1
Dura a muy dura
También podemos determinar el Índice de Liquidez (I.L.) que es relativo a la historia de esfuerzo a que ha estado sometido el suelo. Responde a la siguiente fórmula:
I.L. = Donde:
%w = Humedad natural. L.P. = Límite Plástico. Si I.L. = 0 ó cercano a cero se considera preconsolidado. Si I.L. = 1 ó cercano a 1 se lo considera normalmente preconsolidado. En este último caso podemos preveer problemas de asentamiento y el Límite Líquido nos permite tener una idea del Índice de Compresibilidad:
Cc = 0,009 (L.L. - 10); con lo que es posible calcular un asentamiento probable.
24
5.
PESO ESPECÍFICO (GRAVAS).
Peso específico (agregados) de un material es la relación que existe entre Definición.- el peso de los sólidos de un material y el peso del volumen de agua que dicho sólido desaloja. Equipo:
a.) Una balanza con capacidad superior a los 5kg. b.) Una cesta metálica (red N°4). c.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. Material:
a.) 5000g secos. b.) Material que pasa el tamiz 1 1/2'' y se retiene en el tamiz 3/8''. Procedimiento:
El material lo lavamos, esto con el fin de eliminar los finos, y lo introducimos a un horno a la temperatura de 110°C ± 5°C hasta cuando el material se encuentre seco. Pesamos 5000g y lo sumergimos en agua durante 24 horas; hecho esto procedemos a secar el material con una toalla hasta que pierda el brillo, pesamos dicho material saturado seco en el aire. Pesamos dicho material en el agua a 25°C. Registrados los 3 pesos, aplicamos las fórmulas respectivas para obtener los pesos específicos de (MASA), de (S.S.S.) y aparente, así como el porcentaje de absorción. Fórmulas:
Gravedad específica de Masa = Gravedad específica Superficie Saturada Seca (S.S.S.) = Gravedad específica Aparente = % de absorción =
* 100%
En donde:
A= Peso en el aire de la muestra secada en el horno. B= Peso en el aire de la muestra saturada. 25
C= Peso en el agua de la muestra saturada. 6.
PESO ESPECÍFICO DE MATERIAL FINO (ARENAS).
Equipo:
a.) Una balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). b.) Matraz o picnómetro de 500ml. c.) Tronco de Cono y varilla de 340g de comprobación.
d.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. e.) Tamiz N°4. f.) Recipientes. Procedimiento:
Tomamos aproximadamente 1000g de material seco pasante del tamiz N° 4, sometemos a saturación durante 24 horas en una bandeja.
Extraemos el agua y lo secamos al calor del sol, en muchas ocasiones se lo procede a secar en una cocineta (estufa) para agilitar el ensayo por cuestiones de tiempo.
26
Una vez que la muestra se encuentre seca procedemos a colocarla en el cono mediante 3 capas (2 capas de 8 golpes y una capa de 9 golpes; golpeadas con la varilla) si el material se derrumba estará listo para coger 500g, caso contrario se lo volverá dejar secando hasta que pierda algo de humedad.
De estar lista la muestra se toman 500g y se lo introduce en el matraz con agua y lo removemos durante 20 minutos con el fin de que salga todo el aire vacío y posteriormente lo dejamos en reposo durante 10 minutos (es preferible colocar una franela debajo para que la superficie externa del matraz no se desgaste), introducimos agua hasta la línea de aforo, lo removemos para sacar las burbujas de aire, lo pesamos y anotamos (Primer Peso).
27
Luego vertimos el material en un recipiente y lo secamos en el horno a la temperatura de 110°C ± 5°C hasta cuando el material se encuentre seco, lo pesamos y anotamos (Segundo Peso).
28
Una vez obtenidos estos pesos procedemos aplicar las siguientes fórmulas para la obtención del peso o gravedad específica:
Gravedad específica de Masa = Gravedad específica (S.S.S.) = Gravedad específica Aparente = % de absorción =
* 100%
En donde:
A= Peso en el aire de la muestra secada en el horno. V= Volumen de la probeta (matraz o picnómetro de 500ml). W= Peso en gramos o volumen en mililitro del agua añadida. W= (Peso de la probeta + Peso del material + Peso del agua) – (Peso de la probeta + Peso del material).
Nota: Los ensayos de los pesos específicos tanto para las gravas como las arenas son importantes en el diseño de hormigón ya que cada material tiene un comportamiento diferente y con estos valores se puede lograr la correcta dosificación para alcanzar las resistencias que se soliciten; además del diseño de otras estructuras como muros (los cuales pueden ser estribos para puentes), carreteras, entre otras.
7.
PESO ESPECÍFICO DEL SUELO (ARCILLAS Y LIMOS).
Equipo:
a.) Una balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). b.) Matraz o picnómetro de 1000ml. c.) Termómetro. d.) Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. e.) Tamiz N°10. f.) Recipientes. g.) Agua destilada. h.) Vaso de precipitación. Procedimiento:
Previo a realizar el ensayo debemos calibrar el picnómetro que es el peso del picnómetro lleno con agua destilada a 25°C ± 1°C y además tener 100g secados al horno que sean pasantes del tamiz N° 4. 29
Una vez que tenemos todos los materiales y equipo necesario empezamos el ensayo escogiendo 25g pasados por el tamiz N° 10 de la muestra que se seleccionó previamente al ensayo; los 25g los vertimos en el picnómetro de 100cm 3 o 100ml de capacidad, le agregamos agua destilada hasta 2 o 3cm sobre el material y lo introducimos en un recipiente con agua (vaso de precipitación), este a su vez lo ponemos a hervir por el lapso de 20 minutos y transcurrido este tiempo y luego de haber observado la salida del aire, sacamos el picnómetro y le introducimos agua hasta la línea de aforo, y con un termómetro de 100°C procedemos a medir la temperatura hasta cuando está se encuentre a 25 °C para luego pesarlo, obtenido este peso aplicamos la fórmula para la obtención del peso específico. Cabe señalar que para agilitar la salida del aire se puede hacer girar con las manos el picnómetro teniendo debajo una franela y dándole pequeños golpes o palmaditas. Fórmula:
Pe= En donde:
b= Peso del picnómetro lleno con agua destilada a 25°C ± 1°C. c= Peso del material escogido secado al horno. d= Peso del picnómetro lleno con suelo y agua a 25°C ± 1°C.
8.
PESO UNITARIO DEL SUELO CON PARAFINA.
Equipo:
a.) Parafina. b.) Una balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). c.) Una cesta metálica (red N°4). d.) Una vela. e.) Una balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,1g). f.) Una regla. Procedimiento:
Utilizando la espátula separamos un trozo de material de suelo natural dándole una forma de cubo regular cuyos lados midan 4cm, lo pesamos en el aire y registramos este primer peso. Continuando con el ensayo se procede a cubrir dicho cubo con la parafina derritiendo esta con la vela hasta que se este se encuentre totalmente cubierto, lo pesamos en el aire y registramos este segundo peso. Colocamos la muestra sobre la cesta metálica para pesarlo en el agua cuidando que esta no toque las paredes del recipiente que contenga el agua ni quede expuesto parte de este en la atmósfera, lo pesamos y anotamos este tercer peso.
30
Una vez obtenido estos tres pesos se calcula el peso unitario. Fórmulas:
d= b-a e= (g/cm3)
Pu= En donde:
a= Peso de la muestra en el aire. b= Peso de la muestra en el aire + peso de la parafina en el aire. c= Peso de la muestra en el agua + peso de la parafina en el agua. d= Peso de la parafina utilizada. e= Volumen de la parafina utilizada. 0,89= Densidad de la parafina (g/cm 3). 9.
ENSAYO DE COMPACTACIÓN (PROCTOR STANDARD, MODIFICADO).
Es la determinación de la densidad máxima y humedad óptima. Definición.- La compactación de los suelos es el incremento artificial de su peso Generalidades.-
específico seco por medios mecánicos. Su importancia radica en el aumento de resistencia y de la capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo los vacíos, su compresibilidad y su permeabilidad. La falta adecuada de compactación es la causa de muchas fallas en el pavimento que se construye de allí que la estabilidad de las obras exija entre otras que los terraplenes, las diferentes capas de pavimento (terreno de fundación, sub-base, base y capa de rodadura) se hallen debidamente compactados. Fundamentalmente la compactación de los suelos y las rocas se realizan mediante el empleo de equipos mecánicos, llamados rodillos o cilindros los cuales pueden ser de efecto simple o de efecto dinámico. Un material al momento de compactarse y con el fin de obtener la mayor densidad posible en el terreno, deberá obtener una humedad adecuada la cual se determina previamente en el laboratorio de suelos y se la conoce con el nombre de humedad óptima y la densidad obtenida se la conoce como densidad máxima. Todo suelo está formado por partículas de gran tamaño y formas variadas existiendo entre estos espacios intergranulares llamados vacíos, los cuales están llenos de aire, agua o ambos a la vez, además sabemos que cuando una masa de suelo está suelto, ocupa mayor volumen, ya que tiene mayor número de vacíos, en cambio cuando comprimimos esta masa del suelo se hace más compacta, observándose una reducción del volumen total, a causa de la disminución del volumen de vacíos, esta
31
operación por medios mecánicos de comprimir una masa de suelo se llama compactación. El proceso de compactación es afectado por una serie de factores entre ellos: el tamaño de las partículas del suelo, el método de compactación, etc., de modo que las mayores densidades se obtendrán a medida que el tamaño de las partículas sea mayor. Si a un mismo suele se somete a distintos procesos de compactación, se obtendrá mayor densidad en los que se genera mayor energía de compactación (Proctor Modificado). La energía de compactación responde a la siguiente fórmula:
Ec= En donde:
V= Volumen del molde. W= Peso del martillo. h= Altura de caída del martillo. N= Número de capas. n= Número de golpes por capas. La compactación se aplica a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se compacta al suelo natural (como arena suelta). En la práctica se hace así: Cuando se va a realizar una obra en la que el suelo va ser compactado, se toman muestras de los suelos que se usarán; en el laboratorio se someten estos suelos a distintas condiciones de compactación hasta encontrar alguna que garantice un proyecto seguro y que pueda lograrse con el equipo de campo existente. Iniciada la construcción se verifica la compactación con muestras tomadas al azar del material compactado en la obra, para comprobar si se está cumpliendo con los requerimientos del proyecto. Ventajas de la Com pactación:
a.) Aumenta el valor soporte y se hace más estable. b.) Un contacto firme de las partículas. c.) Las partículas de menor diámetro son forzadas a ocupar los espacios vacíos formados por los de mayor diámetro. d.) La masa de suelo se hace más densa quedando reducida a un mínimo el volumen de vacíos. Existen algunos métodos para reproducir en el Pruebas de Compactación.- laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. El primer método es el debido a R. Proctor y se conoce como prueba Proctor Standard. Consiste en compactar el suelo en tres o cinco capas dentro de un molde especificado por medio de golpes de un pisón que se deja caer desde una altura dada.
32
En el Proctor existen dos sistemas AASHTO: El Standard y el Modificado, y cada uno a su vez tiene derivados: A, B, C y D. Cuando se requiere mayor trabajo de compactación se usará el Modificado (AASHTO T-180).
STANDARD AASHTO T-99 Martillo 5,5 libras - Altura de caída: 12'' Método
A
Material
B
Pasa tamiz N° 4
C
D
Pasa tamiz N° 3/4''
Molde usado
4''
6''
4''
6''
N° de capas
3
3
3
3
N° de golpes por capa
25
56
25
56
12375
12317
12375
12317
Energía de compactación(lb/pie 3)
STANDARD AASHTO T-180 Martillo 10 libras - Altura de caída: 18'' Método Material
A
B
Pasa tamiz N° 4
C
D
Pasa tamiz N° 3/4''
Molde usado
4''
6''
4''
6''
N° de capas
5
5
5
5
N° de golpes por capa
25
56
25
56
56250
55986
56250
55986
Energía de compactación(lb/pie 3 )
Volumen del molde sin collar. 4''……1/30 pie3= 0,000944m 3. 6''…1/13,3 pie3= 0,002123m 3.
Alturas de los moldes sin collar. 4''…… 11,6cm aproximadamente 4,57''. 6''…… 12cm.
Alturas de los collarines. 4''…… 6cm aproximadamente 2,36''.
33
6''…… 6,5cm.
Diámetros de los martillos= 5,5cm. Alturas de los martillos. Standard……….53cm. Modificado…...60cm.
Equipo:
a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k.
Martillo metálico de acuerdo al método. Molde correspondiente al método. Tamices que respondan a los requerimientos de las normas. Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0, 1g). Balanza electrónica de precisión (sensibilidad de 0,01g). Probetas de precisión en mililitros para tomar los porcentajes correspondientes de agua. Horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C. Enrazador (Regla de acero endurecido de por lo menos 10 pulgadas de largo). Taras. Formularios. Martillo de hule, espátula, brocha, recipientes de mezclados, franela, cucharon.
Procedimiento:
Habitualmente en los laboratorios se tiende a clasificar la granulometría del suelo y posteriormente se realizan los distintos ensayos según los requerimientos y exigencias del proyecto, de ser así una vez realizada la granulometría se toman aproximadamente 18000g de muestra si se trata de un material granular como una base y 9000g para suelos finos como es el caso de un suelo natural (rasante); se toman estas cantidades para realizar 3 puntos de ensayo y poder graficar la curva granulométrica; de no contar con el material suficiente, mínimo se deberán tomar 6000g para materiales granulares y 3000g para materiales finos. Para los suelos granulares se tomarán muestras a partir del tamiz ½'' es decir pasante del tamiz ¾'' y para los suelos finos se tomarán muestras del material que pase por el tamiz N° 4. Este material nos servirá para el ensayo de compactación y posteriormente para el C.B.R., lo hacemos con el fin de obtener las cantidades necesarias del material denominado mezclado y el reemplazo. 34
En la práctica generalmente para suelos granulares se aplica el método D del Proctor Modificado y para suelos finos el método A del Proctor Modificado. La elección del método depende de la importancia del proyecto, del material, del equipo de compactación que se cuente en el campo, de la energía de compactación, etc. Si se eligió realizar el ensayo con el Proctor Modificado para ambos casos se toman 6000g (suelos granulares) o 3000g (suelos finos) para cada punto. Una vez realizada la granulometría para el caso de material grueso calculamos las cantidades necesarias tanto de material mezclado como para el reemplazo, este cálculo lo hacemos con los porcentajes del pasante y retenido del tamiz ¾'', por ejemplo supongamos que el porcentaje que pasa el tamiz ¾'' es del 60% entonces hay que hacer un reemplazo ya que este supera al 50%; este reemplazo se lo hace con la diferencia del 100% menos el 60% es decir en este caso un 40% y lo multiplicamos por la cantidad de muestra a ensayarse en este caso 6000g es decir:
Material mezclado= 6000g * 60% = 3600g Material retenido = 6000g * 40% = 2400g (reemplazo). Para el reemplazo, luego de haber extraído la cantidad necesaria del material mezclado es decir 3600g en este ejemplo, utilizando el tamiz N° 4 pesamos la cantidad requerida es decir 2400g retenidos en el tamiz N° 4, esta pequeña operación la realizamos alado del recipiente para que no se altere la muestra, ya que el material pasante del tamiz N° 4 se desecha, luego de esto procedemos a realizar el ensayo en sí mismo en el molde de 6'' de diámetro si es el método D.
Dado que para los materiales finos el tamaño de las partículas o su clasificación empieza a partir del material pasante del tamiz N° 4, no existe el reemplazo. Una vez hecho los respectivos cálculos se procede a colocar las muestras en los recipientes de mezclados , le agregamos agua en un porcentaje inicial que en muchos de los casos puede ser de 2,3,5,10,12%, etc. dependiendo del estado del material, es decir si este contiene algo de humedad o se encuentra en un estado seco.
35
Dado que son algunos puntos (mínimo 3) se procede a realizar series de porcentajes de agua es decir 2-4-6-8% o 3-6-9-12%, entre otros intervalos, muchas veces se realiza esto porque no existe el material suficiente para realizar los 3 puntos con los 18000g o 9000g, y de ahí es conveniente ir agregando agua en el intervalo que se escoja. Si es el método D Proctor Modificado para suelos gruesos, se mezcla la muestra con agua de manera que esta quede completamente húmeda en forma uniforme, se separan las 5 capas y con un cucharon se las introducen capa tras capa (hasta que se completen el número de golpes) en el molde de 6'' de diámetro y se lo riega con el martillo metálico de 10 libras , posteriormente se procede a compactar con este desde una caída libre de 18'' de altura; la compactación debe ser distribuida a en todo el material cuidando de no solo golpear en el centro sino también en los lados.
Una vez compactada las cinco capas se procede a retirar el collarín del molde y se recorta cuidadosamente el suelo con el enrazador para que quede al ras con el borde superior del molde; esto puede lograrse enrasado, tamizando el material que se encuentre mezclado por el tamiz N° 4 en la parte superior, colocando el enrazador paralelo a la superficie y golpeando con el martillo de hule varias veces, con la finalidad de cubrir o tapar los espacios vacíos.
36
Luego de esto se procede a secar las paredes externas del molde con la franela con el propósito de que no se alteren los resultados y posteriormente se procede a pesarlo y anotarlo en el formulario correspondiente, donde se obtendrá la densidad húmeda del punto ensayado la cual es la relación del peso o masa del suelo en (kg) y del volumen del molde sin el collar de extensión (kg/cm 3).
Una vez que se haya registrado el peso se procede a sacar la muestra del molde; de la parte central se tiende a desmenuzar con el martillo de hule los brumos, ya que es ahí donde se concentran las humedades y tamizando esta por el tamiz N° 4 se toman dos muestras representativas de humedades, cuyo promedio conjuntamente con la densidad seca representan un punto en el plano Humedad- Densidad Seca.
El proceso se repite y se incrementará agua hasta conseguir que en un determinado punto baje el peso del material o en su defecto, así suba el peso, conseguir que baje la
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densidad seca ya que la misma está en función de la humedad y de la densidad húmeda. Los puntos que se requieran para graficar la curva nos permitirán obtener la máxima densidad seca y la humedad óptima. Pasado este punto la densidad irá disminuyendo. A este tramo que sigue después de la densidad máxima se la llama: TRAMO DE SATURACIÓN.
La fórmula para calcular la densidad seca en cada punto es la siguiente:
Ds= 9.1.
100% PROCESO DE COMPACTACIÓN EN CAMPO.
La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas de compactación que se detallan a continuación.
9.1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE COMPACTACIÓN. Las máquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo se clasifican por:
a.) Presión estática. b.) Impacto. c.) Vibración.
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Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactación limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Las segundas, de impacto, trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. Las ultimas, o sea, las de vibración, trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre sí fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos más pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será más o menos efectivo.
9.1.2. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESIÓN ESTÁTICA. Entre las máquinas que compactan por presión estática se consideran las siguientes: a.) Apisonadoras clásicas de rodillos lisos. b.) Rodillos patas de cabra. c.) Compactadores de ruedas neumáticas.
Los compactadores de ruedas neumáticas a su vez se clasifican en:
Compactadores de ruedas neumáticas autopropulsadas. Compactadores de ruedas neumáticas remolcados. a.)
Ap iso nado ras clásicas d e rodill os lis os.- En estas apisonadoras la
característica más importante es la presión que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la máquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la presión estática. Estas máquinas, aunque son muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes. En los no coherentes, causan desgarros en la superficie, transversales a la dirección de la marcha, destruyendo de esta manera parte de su propio trabajo. Sin embargo son útiles para el planchado, de macadam y sellado de superficies regadas con emulsiones asfálticas. Su utilización máxima la tienen hoy día en las primeras pasadas de compactación de aglomerados asfálticos. Existen combinaciones de los triciclos de 16T con los tamaños de 10T siendo suficientes para compactar con cuatro a seis pasadas capas de 1~9 centímetros. Para que no se adhiera la mezcla asfáltica van provistas de depósitos de agua que mojan constantemente los rodillos. La pericia del maquinista es muy importante, sobre todo, para borrar sus propias huellas y no enrollar el material delante de los rodillos, para lo cual hay que esperar a que la mezcla se enfríe algo y alcance la temperatura adecuada. b.)
Estos compactadores concentran su peso sobre la Rodillos patas de cabra.-
pequeña superficie de las puntas tronco cónicas solidarias al rodillo, ejerciendo por lo tanto unas presiones estáticas muy grandes en los puntos en que las mencionadas partes penetran en el suelo. Conforme se van dando pasadas y el material se
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compacta, dichas partes profundizan cada vez menos en el terreno, llegando un momento en que no se aprecia mejora alguna, pues la superficie, en una profundidad de unos 6 centímetros siempre quedara distorsionada. Al pasar la máquina sobre la nueva tongada de material se compacta perfectamente esa superficie distorsionada de la capa anterior. Este tipo de compactador trabaja bien con suelos coherentes, sin piedras, en capas de 20 cm. Con humedad adecuada, se consiguen resultados satisfactorios en unas 8~10 pasadas. Debido a su alta presión especifica (15~30 kg/cm2) y a los efectos de amasado que producen las partes, compactan bien los suelos altamente plásticos, con poco contenido de agua e incluso pobres de aire y de vacíos. Como se trata de una máquina muy sencilla y robusta, el rendimiento que se obtiene es francamente bueno. Los pesos de estos compactadores utilizados oscilan entre 1000 y 8000 kg, pudiendo acoplarse en paralelo o en también varias unidades pare obtener mejores rendimientos. Existen varios tipos de compactador fundados en el mismo principio, con los que se consiguen también presiones específicas altas, sólo con modificar las superficies de contacto tales como rejas, trenes de ruedas pequeñas, etc. máquinas trabajan principalmente por el efecto de la presión estática que producen debido a su peso, pero hay un segundo efecto, debido al modo de transmitir está presión por los neumáticos que tiene singular importancia. Las superficies de contacto de un neumático dependen de la carga que soporte y de la presión a que este inflado, pero la presión que transmite al suelo el neumático a través de la superficie elíptica de contacto no es uniforme. Por lo tanto y para simplificar el problema se emplea el c.)
Com pactad ores
c on
r uedas
Estas n eum áticas.-
término “presión media” de contacto que se obtiene dividiendo la carga sobre cada
rueda por la superficie de contacto. Estas superficies de contacto se obtienen pare las diferentes presiones de inflado y cargas sobre rueda, marcando las huellas de contacto sobre una placa de acero con el neumático en posición estática. Es norma general esperar una presión del orden del 90 % de la presión en la superficie a profundidades de 70 cm y actuando en un ancho de unos 2/3 del ancho de la huella del neumático. Esto obliga a las máquinas compactadoras de estos tipos a procurar un cierto solape entre las huellas de los neumáticos delanteros y traseros. Un compactador de neumáticos inflado a poca preside da unas superficies de contacto cóncavas y en los bordes del neumático, en los que la cubierta recibe el apoyo estructural de los laterales aparecen unas presiones horizontales adicionales que ayudan al asentamiento de las partículas y a su mezclado. Los neumáticos para compactadores deben ser de banda de rodadura ancha y lisa y capaces de ejercer una presión media de contacto entre 60 y 90 p.s.i. uniformemente sobre la superficie de contacto ajustando lastre y presión de inflado.
Compactadores de ruedas neumáticas autopropulsadas.- Equipados generalmente con dos ejes, con pesos normales entre 9 y 15 toneladas y con 8 hasta 13 neumáticos, son apropiados pare suelos coherentes de granulado fino y arenas y graves bien graduadas. Los que conocemos por “13 ruedas”, son específicos para
cerrar los aglomerados asfálticos. Son máquinas complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de tongadas suele variar de 15 a 20 cm, y requieren 8/12 pasadas.
Compactadores de ruedas neumáticas remolcados.- Por lo general poseen un solo eje y pocos neumáticos, con pesos de trabajo hasta de 200 T. Son apropiados pare terrenos coherentes, margas, zahorras, etc., influyendo poco los grandes tamaños de piedra. Estas máquinas son muy sencillas y no requieren más cuidado que el vigilar las presiones de los neumáticos. Los grandes compactadores de este tipo hay que arrastrarlos con bulldozers de grandes potencias y por lo tanto requieren para sus 40
buenas utilizaciones grandes áreas de trabajo. Naturalmente, que cualquier máquina o vehículo, en el sentido más amplio del concepto de compactación, se puede considerar un compactador por presión estática, ya que su peso actuando a través del área de contacto de sus elementos de soporte, produce una preside sobre el terreno y como tal un efecto de consolidación. Normalmente el material de relleno es transportado con equipos pesados, precisamente circulando por encima de los propios terraplenes en ejecución. Estas máquinas transmiten cargas considerables al terreno y en consecuencia actúan como compactadores.
9.1.3. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO. Entre las máquinas que compactan por presión impacto se consideran las siguientes:
a.) Placas de caída libre. b.) Pisones de explosión. a.)
Plac as de caída lib re.- Se trata de unas placas de hierro de superficie de
b.)
Este tipo de máquina se levanta del suelo debido a la Pisones d e explosión.-
contacto lisa de 0,5 m 2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 T, las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una máquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc. La presión de contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante. explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación. Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc. La habilidad del operador es decisivo en el rendimiento y calidad del trabajo. Los pisones grandes, de 500 a 1.000 kg, llegan a compactar incluso tongadas de unos 30 centímetros de espesor en 4 ó 6 pasadas. Estas máquinas, sin embargo, tienen un defecto grave y es el elevado número de horas de avería por hora útil de trabajo
9.1.4. MÁQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACIÓN. Entre las máquinas que compactan por impacto se encuentran las siguientes:
a.) Placas vibrantes. b.) Rodillos vibratorios.
a.)
Consisten en una plancha base que produce un golpeteo Placas vib rantes.-
en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el peso de la máquina y por lo tanto la máquina se levanta del suelo en cada ciclo de rotación del plato excéntrico. El movimiento de traslación se consigue utilizando parte de la energía de vibración según la componente horizontal. Hay placas vibrantes con alta f recuencia 41
(> 40 c/s), que funcionan muy bien con suelos cohesivos, arenas y gravas, pero la capa superior de unos 5cm de espesor queda removida por efecto de las vibraciones sin sobrecarga. Las placas con frecuencias bajas (< 30 c/s) disminuyen este efecto de superficie y sin embargo en las capas profundas producen buenos resultados en suelos algo cohesivos. Estas máquinas son útiles para trabajos pequeños, tales como relleno de zanjas, arcenes, paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2, 3 6 mas vibradores de place en paralelo y obtener de esta manera una poderosa máquina de compactación. También se pueden montar sobre vehículos de orugas una serie de placas vibratorias con la ventaja de que no gastan energía en el movimiento de traslación y al ser la marcha del vehículo más regular y en ambos sentidos se obtienen mejores rendimientos.
b.)
Hoy día es quizá la máquina más utilizada. En los Rodillos vibratorios.-
últimos años ha sido tal el número de tipos y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, subbases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable. Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador. Hay un rango de resonancias suelo-vibrador pare las cuales el efecto de ordenación granular y en consecuencia la compactación da mejores resultados.
Rodillos vibratorios autopropulsados.- Son máquinas que precisamente por su condición están un poco entre las apisonadoras estáticas clásicas y el rodillo vibratorio remolcado. Para algunos trabajos en que la maniobrabilidad es importante o bien que se requiera previamente a la vibración un planchado, son muy útiles. Su empleo está indicado en los suelos granulares bien graduados sobre todo cuando los tajos son estrechos y no permiten alar la vuelta fácilmente a los rodillos remolcados. Tienen el inconveniente, desde el punto de vista de maquinaria, de que son bastante más complicados, requieren más entretenimiento y por último, al tener que ir los maquinistas vibrando sobre la máquina, estos suelen arreglárselas para que esta vibre lo menos posible en frecuencia y tiempo, con el consiguiente empeoramiento del rendimiento. También suelen aparecer problemas de adherencia entre las ruedas motrices y el suelo cuando su contenido de humedad es elevado o se presentan pendientes fuertes. Con máquinas de peso propio de 4T se han compactado en 8 ~ 10 pasadas tongadas de 15 cm de bases granulares artificiales en obras de carreteras. Se las han empleado con buen éxito en la compactación de los arcenes una vez extendido el hormigón asfáltico en el centro de la explanación por la faceta antes apuntada de no presenten problemas al dar la vuelta, ya que trabaja correctamente en ambos sentidos. Rodillos vibrantes remolcados.- Forman hoy día la gama más extensa de máquinas de compactación. Los hay desde diámetros y pesos casi ridículos, hasta diámetros de 2 metros y 10 toneladas, de peso propio. Para los inferiores a 1000 kilogramos, se puede aplicar casi todo lo dicho referente a placas vibratorias, con ventajas e inconvenientes según la particularidad de cada tipo. La gama de los 3000 a 5000kg forman un tipo interesante de máquinas. Pueden ser con motor incorporado para producir la vibración o bien producir esta por medio de una t ransmisión elástica a partir del toma fuerzas del tractor. Son muy apropiados para compactar arenas y gravas no cohesivas o ligeramente cohesivas, así como terrenos naturales rocosos, siempre que los fragmentos de roca sean pequeños. En suelos coherentes no dan buen resultado pues la vibración que producir en las partículas, no suele ser suficiente para vencer la 42
cohesión existente entre ellas y como consecuencia su efecto sobre el material, es el puramente estático. Es la ideal para compactar zahorras, bases, sub-bases, suelocementos, etc. En capas de 20 a 30 cm, entre 6 y hasta 10 pasadas y a velocidad de trabajo alrededor de los 20 metros por minuto, se han obtenido buenos rendimientos y magníficos resultados. Suele ser una máquina sin problemas, con la que se consigue trabajar turno tras turno sin otras paradas que las propias paren su entretenimiento. El mayor cuidado hay que prestarlo en las que llevan motor incorporado, ya que por muy bien aislado que se encuentre de la vibración propia de la máquina, es imposible hacerla desaparecer totalmente. Los que no llevan motor incorporado suelen “dar la lata”, con la transmisión elástica desde el tomafuerzas del tractor. Compactadores vibratorios “Patas de Cabra”.- Estos rodillos fueron construidos
pensando en compactación de suelos coherentes y en particular en los terrenos arcillosos, pues al concentrar las fuerzas estáticas y dinámicas sobre áreas pequeñas, es más fácil conseguir la energía necesaria y suficiente pare romper las fuerzas de cohesión (de naturaleza capilar), entre sus partículas. Las patas de estos rodillos producen una acción mezcladora y rompedora muy beneficiosa, sobre todo si el terreno no es homogéneo. También favorecen la unión entre las diferentes tongadas, pues al quedar la superficie de cada cape distorsionada, esta se compacta junto con la siguiente eliminando la tendencia hacia la laminación o separación de estas.
Súper compactadores pesados remolcados.- Se refiere a los que poseen peso propio entre 8 y 10 toneladas. De ellos se puede decir que además de realizar el mismo trabajo que los de las series anteriores, más ligeras, pero en tongadas de mayor espesor, están especialmente indicados para la compactación de suelos rocosos no coherentes o ligeramente coherentes. Para la compactación de roca, el espesor de la capa debe ser función del tamaño máximo y del porcentaje de granos finos. 9.2.
MÉTODOS DE CONTROL DE COMPACTACIÓN EN EL CAMPO.
Para lograr un resultado satisfactorio del terreno sobre el cual se va construir una carretera, calle o pista de aterrizaje, deberán ejecutarse las siguientes operaciones:
a.) Determinar la Densidad máxima – Humedad óptima del material (Proctor). b.) Compactar el material mediante las máquinas de compactación (aplanadoras, rodillos, etc.) regando previamente la cantidad de agua que se aconseja en el literal a. c.) Controlar la densidad alcanzada en el terreno a fin de comprobar si el material ha sido debidamente compactado. La densidad de campo es aquella densidad del terreno en el campo mismo donde se ha compactado. Con este dato determinamos el grado de compactación que corresponde a la siguiente fórmula:
G= % de Compactación=
* 100%
Existen algunos métodos para la determinación de la densidad de campo entre ellos tenemos:
a.) Métodos destructivos. b.) Métodos no destructivos.
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Los métodos destructivos son aquellos donde hay que realizar pequeños orificios dentro del pavimento para poder efectuar el respectivo control entre ellos tenemos:
Método del cono y la arena. Método del frasco volumétrico. Método del aceite. Los métodos no destructivos permiten la obtención del peso unitario y la humedad del suelo directamente en campo mediante la utilización de radiaciones gamma provenientes de un elemento radioactivo que se encuentra dentro del aparato de medición. Este equipo se conoce como densímetro nuclear y existen tres tipos:
Troxlers. Campbell Pacific Nuclear. Humboldt. 10.
CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS. ENSAYO DE C.B.R.
Referencias: A.A.S.T.H.O. T-193 y A.S.T.M. 1883-73.
Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California Antecedentes.-
en 1929 y mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. Es la relación de carga aplicada en forma Definición de la Capacidad Port ante.-
vertical sobre la base o área de un determinado material; los vacíos producen reacción a la carga aplicada y esta reacción se denomina esfuerzo neutro. Relación de Soporte California es Definición d el C.B.R. (Californ ia Bearing Ratio).- el porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, dividido por el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra de suelo. Objetivo:
El objetivo de este ensayo es el de determinar un índice de la resistencia al esfuerzo cortante del terreno. Conocido el C.B.R. se determina el espesor del pavimento flexible, utilizando curvas obtenidas experimentalmente. El índice C.B.R. se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad una muestra patrón triturada. De donde se tendrá:
C.B.R.=
* 100%
La resistencia a la penetración que presenta la piedra triturada a la hinca del pistón es la siguiente: Para 0,254cm (0,1'') de penetración……1000lb/pg2…….. (70kg/cm2) Para 0,508cm (0,2'') de penetración……1500lb/pg2…….. (105kg/cm2) 44
Para 0,762cm (0,3'') de penetración……1900lb/pg2…….. (133kg/cm2) Para 1,016cm (0,4'') de penetración……2300lb/pg2…….. (161kg/cm2) Para 1,270cm (0,5'') de penetración……2600lb/pg2…….. (189kg/cm2)
En el diseño de pavimentos flexibles el C.B.R. que se utiliza es el valor que se obtiene para una penetración de 0,1'' o 0,2''. De estos valores se considera el mayor, aunque para la mayoría de los suelos el valor para la penetración de 0,254cm (0,1'') da mayor C.B.R. Con el C.B.R. se establece una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y su capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles. Si bien este método es empírico se basa en un sinnúmero de trabajos de investigación llevados a cabo en los laboratorios de ensayos de materiales como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejores procedimientos prácticos hasta hoy. Dado que el comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de alteración, granulometría y a sus características físicas, el método a seguir para determinar el C.B.R. será diferente en cada caso:
I.- Determinación del C.B.R. en suelos perturbados y remoldeados: I.A.- Gravas y arenas. I.B.- Suelos cohesivos, pocos plásticos y poco o nada expansivos. I.C.- Suelos cohesivos y expansivos. II.- Determinación del C.B.R. de suelos inalterados. III.- Determinación del C.B.R. in situ. En la siguiente tabla podemos observar los valores de C.B.R. según la clasificación del suelo, obtenida de “The Asphalt Institute, 1962”.
CLASIFICACIÓN. CALIDAD S.U.C.S. A.A.S.H.T.O. OH,CH,MH,CL. A5,A6,A7. Muy pobre OH,CH,MH,OL. A4,A5,A6,A7. Pobre a regular OL,CL,ML,SC,SM,SP. A2,A4,A6,A7. Regular GM,GC,SW,SM,SP,GP A-1b,A-2-5,A3,A-2-6. Bueno GW,GM. A-1a, A-2-4,A3. Excelente
C.B.R.
USOS
0-3 3-7 7-20 20-50 >50
Sub-rasante Sub-rasante Sub-base Sub-base Base
Equipo:
Además del requerido en el ensayo de compactación lo siguiente:
a. Molde para el C.B.R. b. Disco espaciador: de casi 15cm de diámetro y 6,35cm de altura. Para medir el hinchamiento del material al absorber el agua se utiliza el siguiente equipo: 45
c. Plato y vástago. d. Trípode y extensómetro: Para medir la expansión del material se emplea un extensómetro con aproximación de 0,001'' montado en un trípode. e. Pesas: Como sobrecarga se emplean unas pesas que son de plomo y pesan 5 libras (2,27kg) cada una. Para la penetración se emplea el siguiente equipo:
f. Pistón cilíndrico: De acero de 3'' (19,35cm 2) de sección circular y de longitud suficiente para poder pasar a través de las pesas y penetrar el suelo 1,27cm (1/2''). g. Aparato para aplicar la carga: Puede ser una prensa hidráulica o cualquier otro aparato especialmente diseñado, que permita aplicar la carga a una velocidad de 0,05pg/min. Generalmente estos aparatos llevan anillos calibrados. h. Equipo mixto: Balanzas, hornos, tamices graduados, papel filtro, tanques para inmersión de muestras, cronómetros, formularios, etc. Procedimiento:
Lo primero que debe realizarse es el ensayo de compactación para determinar el porcentaje de humedad óptima, y la humedad natural del suelo a ensayarse; el porcentaje de agua para el C.B.R. se determina mediante la siguiente fórmula: %Agua= Para suelos gruesos se hace el mismo reemplazo que en el ensayo de compactación el cual depende del porcentaje que pasa el tamiz ¾''. Se utilizan 18000g para 3 moldes, colocamos en 5 capas el material (6000g) para cada molde; y se emplean 3 diferentes energías de compactación así de la siguiente manera: Un molde para 61 golpes cada capa. Un molde para 27 golpes cada capa. Un molde para 11 golpes cada capa. Esto con las pesas espaciadoras standart o discos espaciadores. La forma de compactar es la misma que en el ensayo de compactación o Proctor, previamente deberán engrasarse los moldes; antes del remojo deberán tomarse las respectivas humedades para cada molde, los pesos de cada molde más el material y seguidamente en un formulario anotar esos datos. Una vez que se haya realizado el procedimiento anterior, se coloca un papel filtro de 15cm de diámetro sobre la superficie enrasada, se monta encima de esta superficie el plato metálico y se volteará el molde, se saca el disco espaciador y sobre la superficie libre de la muestra se colocará el papel filtro grueso de 15cm de diámetro y se montará el plato con el vástago graduable; sobre este plato se colocarán varias pesas de plomo.
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Esta sobrecarga (pesas de plomo) debe ser igual a la correspondiente a la del pavimento (sub- base, base, capa de rodamiento) a construirse; como mínimo serán 10 lb (4,54kg) que equivalen a la de un pavimento de concreto de espesor igual a 12,7cm (5''). Es aconsejable colocar 5lb por cada 3'' de espesor de pavimento estimado. Se colocará cuidadosamente el molde dentro de un tanque de agua sobre unos bloques metálicos que permitan el acceso de agua. Así también para que la muestra se sature fácilmente por la parte superior se vierte agua dentro del molde hasta el nivel superior de las pesas. Se monta el trípode con un extensómetro y se registra la lectura inicial. Cada 24 horas y por un período de 96 horas se toman y se registran las lecturas del extensómetro, si el suelo es granular no será necesario dejarlo más de 72 horas para someterlo a la prensa. A las 96 horas se anota la lectura final para calcular el hinchamiento o expansión del material. La expansión progresiva diaria, así como la expansión total se registra al cabo de los 4 días, es referida en por ciento a la altura inicial 12,7cm (5'') que tenía la muestra antes de ser sumergida en agua.
Suelos orgánicos, adobes tienen una expansión mayor al 10%. Materiales para base deben tener una expansión menor del 1%. Materiales para sub- base deben tener una expansión menor al 2%. A menor hinchamiento menor C.B.R.
La determinación del hinchamiento debe evitarse salvo que se considere que el suelo puede alcanzar dicho estado de saturación en determinadas épocas del período de servicio del pavimento, por ejemplo en zonas bajas inundables y en áreas de régimen de lluvias intensas donde la precipitación media anual sea superior a los 1500milímetros. Después de saturada la muestra 4 días, se saca el cilindro y cuidadosamente se drena durante 15 minutos el agua libre que queda; hay que voltear el cilindro hacia un lado, cuidando de sujetar bien el disco, pesas y el papel filtro. Luego se pesa el molde con la muestra.
Para determinar la resistencia a la penetración se coloca sobre la muestra la pesa anular de modo que se obtenga una sobrecarga igual a la del pavimento a construirse.
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Antes de aplicar las cargas debe calibrarse la prensa las cuales tienen una constante del anillo en lb/pg 2 según el tipo de material.
La prueba de los suelos en el Marshall (prensa hidráulica) requiere de 3 indicadores que funcionan: 1 reloj de tiempo (cronómetro). 1 dial de tensión. 1 anillo con dial medidor de deformación lb. Las lecturas iniciales se transforman a lb/pg 2, multiplicando cada una de ellas por la constante del anillo. Ejemplo:
Reloj de tiempo
Dial de tensión. (Penetración en pg)
00 seg
Dial de deformación. (Lecturas). Carga en libras 0
-2
30 seg
25''*10 = 0,025''= 0,64mm
30seg
25''*10-2= 0,025''= 0,64mm
30 seg
25''*10-2= 0,025''= 0,64mm
30seg
25''*10-2= 0,025''= 0,64mm
1 min
50''*10-2= 0,050''= 1,27mm
1 min
50''*10-2= 0,050''= 1,27mm
1 min
50''*10-2= 0,050''= 1,27mm
1 min
50''*10-2= 0,050''= 1,27mm
2min
100''*10-2= 0,100''= 2,54mm
2min
100''*10-2= 0,100''= 2,54mm
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El dial de distancia se lo hará coincidir con el dial del tiempo para tomar las lecturas de acuerdo al cuadro anterior. Transformadas las lecturas a lb/pg 2 procedemos a graficar las curvas de C.B.R. de 61, 27, y 11 golpes respectivamente, en un plano Penetraciones (pg) – Presiones (lb/pg 2). Los valores de C.B.R. los trasladamos a la abscisa X, con las Densidades Secas en la ordenada Y, en un plano C.B.R. (adimensional) – Densidad Seca (kg/m 3). Determinamos el valor del C.B.R. definitivo; si es una sub- rasante al 95% de la máxima Densidad Seca (Proctor), si es agregado al 100% de la máxima Densidad Seca.
11.
ENSAYO DE ABRASIÓN.
Generalidades: Para este ensayo se requieren un poco más de 5000g de material
que se extrae en una bandeja al momento de realizar la granulometría en general, habiendo para el mismo 4 métodos: A, B, C, D, además la Máquina de los Ángeles, esferas o bolas para la abrasión, el tamiz N° 12, una balanza electrónica de precisión (sensibilidad 0,1g), un horno o estufa de temperatura a 110°C ± 5°C, una cesta metálica (red N°4).
Se utilizan para el caso A 12 bolas: 1250g de material retenido en el tamiz 1250g de material retenido en el tamiz 1250g de material retenido en el tamiz 1250g de material retenido en el tamiz
1''. 3 /4''. 1 /2''. 3 /8''.
Se utilizan para el caso B 11 bolas: 2500g de material retenido en el tamiz 1/2''. 2500g de material retenido en el tamiz 3/8''.
Se utilizan para el caso C 8 bolas: 2500g de material retenido en el tamiz 1/4''. 2500g de material retenido en el tamiz N°4.
Se utilizan para el caso D 6 bolas: 5000g de material retenido en el tamiz N°8. Procedimiento:
Tomamos un poco más de 5000g en cualquiera de los casos, lo colocamos dentro de la cesta metálica (red N°4), procedemos a lavarlo y lo metemos al horno, un día a otro o hasta cuando se encuentre seco. Colocamos el material en la Máquina de los Ángeles con el respectivo números de bolas y damos, y prendemos la máquina que gira a una velocidad de 30r.p.m. a 49
33r.p.m., en total 500 revoluciones, este proceso podría tardar alrededor de 16 a 17 minutos, la máquina automáticamente se detiene.
Colocamos el material que se encuentra dentro de la Máquina de los Ángeles en una bandeja de recepción, retirando el número de esferas que se hayan colocado según el método y procedemos a tamizar todo el material por el tamiz N° 12, pesamos el material retenido y por diferencia de peso, tenemos el resultado expresado en %. La siguiente fórmula nos permite calcular el porcentaje de desgaste:
V=100%*(A-B)/A Siendo:
A= Masa total de la muestra seleccionada antes del ensayo. B= Masa de la muestra después de 500 revoluciones, retenido en el tamiz N° 12. El requisito máximo al desgaste es del 40%.
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