nmx-c-416-onncce-2003

ORGANISMO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN Y EDIFICACIÓN, S.C.

NORMA MEXICANA NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación el día 10 de Octubre de 2003

“INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN - MUESTREO DE ESTRUCTURAS TÉRREAS Y MÉTODOS DE PRUEBA” “BUILDING INDUSTRY - SAMPLING OF EARTH STRUCTURES AND TESTING METHOD”

Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. Constitución # 50, Col. Escandón C.P. 11800, México, D.F. Tel: 52 73 19 91 Fax. 52 73 34 31 Correo electrónico: [email protected] Internet: http://www.onncce.org.mx © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL SIN AUTORIZACIÓN POR ESCRITO DEL ONNCCE

NORMA MEXICANA

NMX-C-416-ONNCCE-2003

“INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN - MUESTREO DE ESTRUCTURAS TÉRREAS Y MÉTODOS DE PRUEBA”

Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de Octubre de 2003

“BUILDING INDUSTRY - SAMPLING OF EARTH STRUCTURES AND TESTING METHOD”

Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. Constitución #50, Col. Escandón C.P. 11800, México, D.F. Tel: 52 73 19 91 Fax. 52 73 34 31 Correo electrónico: [email protected] Internet: http://www.onncce.org.mx © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL SIN AUTORIZACIÓN POR ESCRITO DEL ONNCCE

COMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN DE URBANIZACIÓN E INFRAESTRUCTURA (CTN-6) PREFACIO En la elaboración de esta norma mexicana, participaron las siguientes Empresas e Instituciones -

ASOCIACIÓN MEXICANA DE INGENIERÍA DE VÍAS TERRESTRES ASOCIACIÓN MEXICANA DE LA INDUSTRIA DEL CONCRETO PREMEZCLADO A. C. COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD, GIEC COMPAÑÍA DE LUZ Y FUERZA DEL CENTRO, S.A. COMSET S.A. DE C.V. CONTROL DE PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES S.A. DE C.V. DESARROLLOS INTEGRALES DE INGENIERÍA S.A. DE C.V. E.S.I.A. I.P.N. (LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS) ESTUDIOS DISEÑOS Y LABORATORIO S.A. DE C.V. ETA CONSULTORES S.A. G. O. LABORATORIO GEOVISA S.A. DE C.V. GRUPO CIMA SERVICIOS Y CONSTRUCCIÓN S.A. DE C.V. GRUPO CORPORATIVO INTERESTATAL TRIBASA INACSA LABORATORIO INGENIERÍA EXPERIMENTAL INGENIEROS CIVILES ASOCIADOS, S.A. DE C.V. INGENIEROS ESPECIALISTAS EN CIMENTACIONES S.C. INSPECTEC S.A. DE C.V. INSTITUTO DE INGENIERÍA DE LA UNAM INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO, A.C. INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE JORHI PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES S.A. DE C.V. KAPRA S.A. DE C.V. LABORATORIO DE ALTO NIVEL EN CALIDAD, S.A. DE C.V. LABORATORIO DE CONTROL LABORATORIO DE INGENIERÍA EXPERIMENTAL Y DE CONTROL S. de R.L. DE C.V. LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS CUELLAR LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS Y CONCRETO LABORATORIO NACIONAL DE LA CONSTRUCCIÓN S.A. LABORATORIOS LIAC LADEMAC, S.A. DE C.V. LESPI S.A. DE C.V. OESTEC DE MÉXICO S.A. DE C.V. OROSCO Y COMPAÑÍA PEP INGENIERÍA DE SUELOS S.A. DE C.V. PROCURADURÍA FEDERAL DE PROTECCIÓN AL AMBIENTE PROYECTOS LABORATORIO Y SUPERVISIÓN S.C. PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES RELFA S.A. DE C.V. SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTE (SUBDIRECCIÓN TÉCNICA) SUPERVISIÓN Y SERVICIOS TÉCNICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN TECNOLOGÍA E INVESTIGACIÓN DE PAVIMENTOS, S. A. TECNOSUELO S.A. DE C.V.

Razones que motivaron a la realización de esta norma mexicana

2 de 101

NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

En 1995, los ingenieros y técnicos mexicanos se reunieron para conformar un documento que sirviera para unificar los criterios y métodos de prueba para las diversas actividades desarrolladas dentro de las obras, las cuales forman y formaran parte de la estructura de nuestro país. Ante esta necesidad, se adhirieron al grupo ya formado de SINALP Construcción, para dar inicio a la sección geotecnia, desde entonces y a la fecha se continúa con la homologación de criterios y métodos de prueba, para conformar este documento el cual esperamos sirva como base para la gran familia de proyectistas, constructores y para los que verifican la calidad de los materiales en las obras, en nuestro país. Agradecemos de antemano la participación de los representantes de instituciones, empresas o personas físicas, tanto profesionistas como técnicos, el tiempo valioso que prestaron, así como el apoyar con sus conocimientos y experiencia, a la elaboración del presente documento, aclarando que no ha sido fácil, ya que se debieron reunir en bastantes ocasiones, realizar pruebas multi laboratorios y poner en práctica los puntos que se iban acordando y dar así las características del presente documento. Sin embargo, entendemos que el presente documento contiene puntos no muy claros en varios incisos del mismo, por lo cual invitamos a todos los interesados en enriquecerlo presentando sus comentarios en los períodos de revisión, para con ello tratar de ofrecer la mejor calidad de los servicios que todos y cada uno de los usuarios del presente docum ento requieren, contribuyendo con ello a que México crezca de la mejor manera.

ÍNDICE Pagina

0. 1. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 4.

2 6 6 6 6 6 7 7 7 12 12 12 12 12 13 13 13

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

PREFACIO ............................................................................................................................................... OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN ............................................................................................ PROCEDIMIENTO DE MUESTREO E IDENTIFICACIÓN DE MUESTRAS ................................ Resumen del procedimiento.................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo aparatos e instrumentos........................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Preparación y acondicionamiento de la muestras............................................................................. PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS EN LABORATORIO ...... Resumen del procedimiento.................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimientos........................................................................................................................................ MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGU A EN MATERIALES TÉRREOS...................................................................................................................... Resumen de método .............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Preparación y acondicionamiento de las muestras........................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculos .................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe de la prueba.............................................................................................................................. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINAR EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ........... Resumen del método............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Preparación y acondicionamiento de las muestras........................................................................... Condiciones ambientales.......................................................................................................................

5.8. 5.9. 5.10 5.11.

Procedimiento.......................................................................................................................................... Calculos .................................................................................................................................................... Presición................................................................................................................................................... Informe .....................................................................................................................................................

20 22 23 23


16 16 16 16 16 17 17 17 18 18 18 18 18 19 19 19 19 19 20

3 de 101

6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 6.10. 6.11. 7. 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10. 7.11. 8. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10 8.11. 8.12. 8.13 9. 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6 9.7. 9.8. 9.9. 9.10 9.11 9.12 9.13 9.14.

10 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 4 de 101

MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA ..................................................................................................................................... Resumen de método .............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Muestreo, preparación y acondicionamiento de las muestras ........................................................ Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculos .................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL .......... Resumen del método............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Toma de muestras .................................................................................................................................. Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculos .................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR LA MASA ESPECIFICA DE LOS SUELOS ... Resumen del método............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo, aparatos e instrumentos.......................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Preparación y acondicionamiento de las muestras........................................................................... Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ............................................................................................................................................... Apéndice Informativo ............................................................................................................................. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE MASA VOLUMÉTRICA SUELTA SECA, MÁXIMA Y CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Referencias Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo....................................................................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Muestras ................................................................................................................................................... Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculos .................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ............................................................................................................................................... Apéndice...................................................................................................................................................

MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL VALOR RELATIVO DE SOPORTE................................................................................................................................................ Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Resumen del Método............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Equipo para determinar el vrs mediante la prueba porter estándar...............................................

23 23 23 23 24 26 26 26 26 29 31 31 33 33 33 34 34 34 34 34 34 34 35 35 35 35 35 35 38 40 40 41 41 44 46 46 46 46 46 46 47 47 47 47 49 49 49 49 51 52 53 53 53

53 53 54 54 54 54


10.6. 10.7. 10.8. 10.9 10.10. 10.11 10.12 11.

57 57 58 68 69 69 69

14.1. 14.2. 14.3. 14.4.

Muestra..................................................................................................................................................... Condiciones ambientales....................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ............................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN LA PRUEBA DE VALOR RELATIVO DE SOPORTE ............................................................................................... Objetivo y campo de aplicación............................................................................................................ Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo....................................................................................................................................................... Muestra..................................................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Calculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE DE ARENA EN SUELOS Y AGREGADOS FINOS ....................................................................................................... Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo....................................................................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Muestras ................................................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculos .................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ............................................................................................................................................... Apéndice................................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL VALOR CEMENTANTE EN SUELOS................................................................................................................................................... Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo....................................................................................................................................................... Muestra..................................................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Apéndice................................................................................................................................................... MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE VARIACIÓN VOLUMÉTRICA............................................................................................................... Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones..............................................................................................................................................

14.5. 14.6. 14.7. 14.8. 14.9. 14.10 14.11 14.12

Equipo....................................................................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Muestras ................................................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ...............................................................................................................................................

80 80 81 81 83 83 83 83

11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9. 12. 12.1. 12.2. 12.3. 12.4. 12.5. 12.6. 12.7. 12.8. 12.9. 12.10. 12.11. 12.12. 12.13. 13. 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. 13.7. 13.8. 13.9. 13.10 13.11 13.12. 14.


69 69 69 69 69 69 69 70 70 70 70 70 70 70 70 70 72 72 73 75 76 76 76 76 77 77 77 77 77 77 78 78 79 79 79 79 79 80 80 80 80 80

5 de 101

14.13 15. 15.1. 15.2 15.3. 15.4. 15.5. 15.6. 15.7. 15.8. 15.9. 15.10 15.11 15.12 16 A

1.

Apéndice MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE COMPACTACIÓN EN EL LUGAR Objetivo..................................................................................................................................................... Campo de aplicación.............................................................................................................................. Referencias .............................................................................................................................................. Definiciones.............................................................................................................................................. Equipo....................................................................................................................................................... Materiales auxiliares ............................................................................................................................... Muestras ................................................................................................................................................... Procedimiento.......................................................................................................................................... Cálculo...................................................................................................................................................... Precisión................................................................................................................................................... Informe...................................................................................................................................................... Bibliografía ............................................................................................................................................... CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES............................................................... APÉNDICE INFORMATIVO ..................................................................................................................

83 83 83 83 84 84 86 88 88 92 96 101 101 102 102 102

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta norma mexicana describe los procesos de muestreo y los métodos de prueba necesarios para determinar las características y propiedades de los materiales que conforman las estructuras térreas a fin de realizar investigación, diseño, construcción muestreo y control de calidad.

2. PROCEDIMIENTO DE MUESTREO, IDENTIFICACIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRAS EN CAMPO 2.1.

Resumen del procedimiento

Este capítulo trata lo referente a la obtención, envase, identificación, transporte y preparación de las muestras de suelos y roca en campo, para construcción de una estructura térrea o bien del material que ya forma parte de la misma. En las estructuras térreas formadas, en formación o para proyectos de ingeniería, la muestra obtenida debe ser representativa del conjunto.

2.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con la siguiente norma mexicana vigente: NMX-B-231

Cribas para la clasificación de materiales granulares

2.3.

Definiciones

2.3.1.

Muestra representativa

Porción reducida de material obtenida de un volumen mayor y que conserva las mismas características de este. 2.3.2.

Muestra inalterada

Es aquella en la que se conserva la estructura, contenido de vacíos y el contenido de agua que tiene el suelo en el lugar de donde se obtenga. Esta, puede ser obtenida mediante tubo muestreador de pared delgada o labrando una porción prismática extraída y transportada con los cuidados necesarios para conservar estas condiciones en todo momento. 2.3.3.

Muestra alterada

Es aquella que está constituida por el material disgregado o fragmentado en la que no se requiere conservar las características de estructura, relación de vacíos y contenido de agua. En algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual la muestra se envasa herméticamente, esta puede ser obtenida mediante posteadora, tubo liso, tubo partido, pico y pala o equipo mayor.

2.4. 6 de 101

Equipo aparatos e instrumentos NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

Para la realización de las actividades de muestreo e identificación de muestras se utiliza lo siguiente: 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. 2.4.4. 2.4.5. 2.4.6. 2.4.7. 2.4.8. 2.4.9. 2.4.10. 2.4.11. 2.4.12. 2.4.13. 2.4.14. 2.4.15. 2.4.16. 2.4.17. 2.4.18. 2.4.19. 2.4.20.

Pala Pico Barreta Piolet Cuchillo Espátula Cuchara de albañil Machete Arco de segueta con alambre de acero Estufa o lámpara para secado Cinta métrica de lienzo de 20 m Flexómetro Barrena helicoidal Tubo galvanizado para extensiones Llave stillson Posteadora Tubo de pared delgada para muestreo profundo y semiprofundo Mazo de madera con peso aproximado de 1 kg de forma prismática. Mallas con tamiz de abertura cuadrada números: 100 mm; 75 mm; 50 mm; 4,75 mm Báscula de capacidad mínima de 120 kg con aproximación de 10 g.

2.5.

Materiales auxiliares

2.5.1. 2.5.2. 2.5.3. 2.5.4. 2.5.5. 2.5.6. 2.5.7. 2.5.8. 2.5.9.

Brocha Manta de cielo Brea Parafina Caja de madera Bolsa de lona ahulada o de algún material que resista para contener las muestras y que garantice el no perder parte de la muestra contenida en su interior Cepillo de cerdas Vaso de aluminio de 1 L de capacidad Charola metálica de 40 cm x 60 cm x 10 cm mínimo

2.6.

Preparación y acondicionamiento de las muestras

Es condición indispensable que las muestras que se obtengan de las capas construidas artificialmente o de los depósitos naturales de materiales térreos que van a utilizarse en la construcción de una estructura sea verdaderamente representativas del material de que se trate. Se distinguen los siguientes casos: 2.6.1.

Muestreo de fragmentos de roca

Este se efectúa solamente cuando se requiere determinar algunas de las características físicas de estos materiales para fines de identificación y clasificación. Cuando se trate de fragmentos chicos, para su muestreo se pueden seguir criterios similares a los que se aplican en los suelos con fragmentos medianos, fragmentos grandes o formaciones de roca. 2.6.2.

Muestras inalteradas

2.6.2.1. Las muestras inalteradas se obtienen de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen, estas pueden efectuarse en el piso o en las paredes de una excavación, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería. La excavación para obtener la muestra debe ser de dimensiones tales que permitan las operaciones de labrado y extracción de la misma, así como cuando se usa tubo muestreador de pared delgada sin dificultad. 2.6.2.2. Si la muestra va a ser obtenida del piso por medio de una excavación o de una superficie prácticamente horizontal, se marca un cuadro de 20 cm o hasta 40 cm por lado aproximadamente y se identifica la muestra en esa cara, con el objeto de labrar un cubo en el suelo de las dimensiones mencionadas, se excava alrededor de las marcas con la herramienta apropiada, sin dañar la estructura del material de la muestra ya sea por presión o por impacto; se profundiza lo necesario para poder efectuar un corte horizontal en la parte inferior de la muestra. NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

7 de 101

Inmediatamente después de haber realizado dicho corte y sin levantar la muestra, se cubre ésta con manta de cielo recién embebida en una mezcla previamente preparada de 4 partes de parafina por una parte de brea licuadas por medio de calor; la manta así preparada debe quedar bien adherida a la muestra, es conveniente ir cubriendo las caras expuestas, con el material mencionado. En condiciones donde no se pueda emplear la mezcla de parafina y brea se puede utilizar otro material aprobado por las partes que garantice la estructura, relación de vacíos y contenido de agua natural de la muestra. Una vez protegidas las 5 caras descubiertas, se procede a separar la muestra cuidadosamente para no dañarla e inmediatamente después, se cubre su cara inferior con una capa de manta de cielo embebida en la mezcla de brea y parafina, en la form a antes descrita. A continuación se aplica con una brocha, otra capa de parafina y brea fundidas aprovechando la temperatura de la mezcla, se fija la tarjeta de identificación en la cara que originalmente estaba en la parte superior de la muestra. 2.6.2.3. Si la muestra va a ser extraída de una pared, se procede a excavar a su alrededor una bóveda, con objeto de facilitar el labrado de las caras superiores y laterales del cubo para poder efectuar el corte horizontal en la parte inferior del mismo. La obtención de la muestra, así como su forma, dimensiones, protección e identificación, deben sujetarse a lo indicado en 2.6.2.2. 2.6.2.4. Una vez extraída y protegida la muestra se coloca en una caja de dimensiones adecuadas y rellenando los espacios libres con aserrín, papel, paja o cualquier otro material similar a fin de amortiguar el efecto de los golpes que pudiera sufrir durante el transporte. En esta operación se deben tomar las precauciones necesarias para que las muestras no sufran perjuicio alguno. 2.6.2.5. Las muestras deben identificarse siempre con 2 tarjetas como se describe en el capítulo 2.6.4.2. de esta norma, de las cuales se coloca una sujeta al exterior del envase y otra en la propia muestra. 2.6.2.6. El número de muestra se fija en función del tipo de estudio que se esté efectuando y en todos los casos se lleva un registro de los sondeos y de todas las muestras obtenidas en ellos; además, para el estudio de bancos se debe dibujar un croquis del lugar en el que fueron tomadas las muestras, anotando todas las referencias que se consideren necesarias. Se indican, para cada sondeo, las capas o estratos atravesados por este, con su clasificación correspondiente, formando así un perfil estratigráfico. En el caso de aparecer el nivel freático en el sondeo, se debe anotar su profundidad. 2.6.3.

Muestras alteradas

Existen tres tipos de muestras alteradas, las cuales se clasifica en: 2.6.3.1.

Superficiales

Son cuando se toman a una profundidad menor de 1 m en cuyo caso, la muestra debe estar constituida por todo el material extraído de la excavación. Este es el tipo de muestreo esta indicado para los préstamos laterales, en que el material va a ser extraído con escrepas. 2.6.3.2.

Profundas

Cuando se excede de 1 m. Para obtener esta muestra es necesario excavar un pozo a cielo abierto y muestrear cada estrato en una de las paredes del pozo en la forma que se indica en el párrafo 2.6.3.3. de este mismo capítulo o bien, obtener la muestra o muestras del material que se extraiga al hacer una perforación con las herramientas especiales a que ya se hizo referencia. Este tipo de muestreo es el que comúnmente se emplea para definir el perfil de suelos en el estudio de los bancos de préstamo, para el proyecto de una obra vial. 2.6.3.3.

Laterales o frontales

Estas son tomadas de la pared del frente de explotación, como en el caso de los cortes o bancos explotados con pala mecánica, en los que debe hacerse un canal vertical de sección transversal uniforme, que abarque todas las capas o estratos y todo el material extraído del canal, que debe recogerse en una bolsa de lona y que es el que constituya la muestra. 2.6.4.

Obtención de las muestras alteradas

Las muestras alteradas pueden obtenerse de una excavación o de un frente, ya sea del corte o banco de préstamo o bien, de perforaciones hechas con herramientas especiales, tales como posteadoras, brocas, tubos muestreadores, 8 de 101


etc., y deben ser representativas de cada capa que se atraviese, hasta llegar a una profundidad que corresponda al nivel más bajo de explotación o aquél al cual sea necesaria extender el estudio. En el caso de capas ya construidas la cantidad mínima de muestra individual necesaria para realizar los ensayes completos del material es de 40 kg. Si la muestra excediera de ese valor se procede a un cuarteo, según se indica en 3.7.1.3 del Capítulo 3 (Preparación de muestras). En ocasiones, puede ser necesario tomar muestras individuales de cada estrato que atraviesa el canal, si se tuvieran dudas de que la calidad del material de alguno de los estratos no fuera la adecuada para ser empleada en la construcción de las capas de una obra vial. Para completar el estudio del banco o del corte, el muestreo de frente de ataque debe complementarse con sondeos de la parte no explotada, que sirven para definir tanto la capacidad, como las zonas aprovechables del mismo. 2.6.4.1. El distanciamiento de los sondeos y el número de muestras que se tomen deben estar de acuerdo con la homogeneidad del suelo y el tipo de estudio de que se trate. En suelos que presenten pocas variaciones en sus características, el espaciamiento de los sondeos es mayor que en los suelos heterogéneos. Igualmente en los estudios preliminares el espaciamiento es mayor que en los estudios definitivos. Se recomienda que en prestamos laterales continuos y en materiales homogéneos los sondeos no se hagan a distancias mayores de 100 m y a una profundidad suficiente para poder definir el piso de explotación; en el caso de bancos de préstamo en material homogéneo, conviene hacer un sondeo por cada 1 600 m 2 de superficie, preferentemente formando una cuadrícula y a una profundidad no menor de la que se considera que puede fijar el piso de explotación; en el caso de cortes que no han sido atacados, se recomienda hacer 3 pares de sondeos en el sentido del cadenamiento, que abarquen el ancho de la terracería. Si se observa heterogeneidad del material o discordancia en los estratos, deben hacerse sondeos intermedios, en el sentido del cadenamiento, procurando profundizarlos hasta la subrasante. 2.6.4.2. Las muestras deben identificarse siempre con 2 tarjetas, una sujeta al exterior del envase y otra en la propia muestra, se sugiere que dichas etiquetas contengan como mínimo los siguientes datos claramente escritos: -

Nombre de la obra Localización de la obra Fecha del muestreo Número del sondeo Ubicación del pozo o sondeo Número de la muestra Profundidad a que se tomó la muestra Espesor del estrato correspondiente Clasificación de campo Uso del material Nombre del operador que tomó la muestra Nombre o Razón Social de la empresa que tomo la muestra Observaciones

En una libreta de campo se debe llevar un registro de las muestras y, además, se debe dibujar un croquis del banco, corte y préstamo lateral, en el que se indiquen los sitios en que fueron tomadas las muestras, haciendo las referencias que fueren necesarias. Se deben anotar para cada sondeo, las capas o estratos atravesados por éste, así como la clasificación que corresponde al material de la muestra. 2.6.4.3. Las muestras alteradas deben envasarse en cos tales de lona de un tejido lo suficientemente cerrado, para que impida la pérdida de material fino, amarrando la boca del costal firmemente con un cordel. Durante su transporte al laboratorio, se deben tomar las precauciones necesarias para que las muestras, principalmente las inalteradas no sufran perjuicio alguno. 2.6.5.

Identificación de las muestras de fragmentos de roca

La identificación de los fragmentos de roca se lleva a cabo considerando su tamaño, forma, textura y grado de alteración. Los suelos pueden identificarse en laboratorio mediante las pruebas de granulometría y límites de consistencia de acuerdo a lo establecido en el capítulo 5 y capítulo 6, de esta misma norma mexicana. Los materiales constituidos por mezclas de fragmentos de roca y suelos, deben previamente separarse en fracciones para efectuar su clasificación tomando como base la malla 75,0 mm (3”) NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

9 de 101

2.6.5.1. La identificación de los fragmentos de roca se hace tomando en cuenta su mayor dimensión como se indica a continuación: Fragmentos comprendidos entre 2,0 m y 750 mm Fragmentos comprendidos entre 750 mm y 200 mm Fragmentos comprendidos entre 200 mm y 75 mm 2.6.5.2. Se determinan en forma aproximada los porcentajes de cada uno de los grupos de fragmentos mencionados con relación al volumen total (Vt). 2.6.5.3. Se estiman los fragmentos de las diferentes fracciones, la forma, angularidad, textura de la superficie, y grado de alteración, utilizando para describirlos los siguientes términos cualitativos: La forma se indica si es equidimensional, alargada y lajeada o en forma de aguja. Las aristas se designan como redondeadas, subredondeadas, subangulosas o angulosas. La textura de la superficie se califica como lisa, rugosa o muy rugosa. Cuando los fragmentos sean francamente porosos se hace notar también esta característica. En cuanto al grado de alteración, los fragmentos se describen como sanos, alterados o muy alterados. 2.6.5.4. La identificación aproximada de los suelos así como su descripción o clasificación adecuada del suelo, pueden emplearse estimaciones preliminares de las cantidades estimadas en porciento de los materiales granulares, forma, tamaño y graduación (granulometría), en fracciones finas, limo y arcilla, así como olor color en estado seco y húmedo, además de describir si se encuentran oquedades, fisuras, grietas, raíces, etc., además de las características de la fracción fina que se pueden obtener mediante las pruebas de dilatancia, tenacidad y resistencia en estado seco, ejecutadas de acuerdo con los procedimientos que se indican a continuación: 2.6.5.4.1. La prueba de granulometría se realiza en la forma descrita en el capítulo 5 de esta norma mexicana, solo que no se determina el tamaño máximo del material ni el porciento de la fracción que pasa la malla 0,425 mm (No. 40). 2.6.5.4.2.

La prueba de dilatancia se realiza de la siguiente manera:

Se toma una muestra representativa del suelo en cantidad suficiente para obtener mediante cribado, 100 g aproximadamente del material que pasa la malla 0,425 mm (No. 4), en caso de que no sea posible efectuar el cribado anterior se selecciona manualmente el material fino equivalente para realizar la prueba. De la fracción que pasa la malla 0,425mm (No. 4), se toma una porción con volumen aproximado de 10 mL, se deposita en la mano, se le agrega agua en cantidad adecuada y se amasa hasta obtener una mezcla de consistencia suave que no presente flujo; si al efectuar esta operación se excede la cantidad de agua agregada, se extiende la mezcla en la mano se forma con ella una capa delgada que permita la pérdida por evaporación del exceso de agua. Una vez obtenida en la mezcla la consistencia deseada, se forma con ella una pastilla, se sujeta suavemente la pastilla en la palma de la mano, contrayendo esta ligeramente, se sacude la pastilla en dirección horizontal, golpeando varias veces y en forma vigorosa la mano que contiene la pastilla contra la otra mano, para provocar la salida de agua a la superficie de la pastilla, lo cual queda de manifiesto cuando dicha superficie toma una apariencia lustrosa; al ocurrir esto, se presiona ligeramente la pastilla con los dedos para provocar que el agua desaparezca de la superficie y esta pierda su lustre. Se estima la rapidez con que la superficie de la pastilla toma la apariencia lustrosa al golpear, así como la rapidez con que desaparece ese lustre al presionarla y de acuerdo a lo anterior, se reporta la dilatancia como nula, muy lenta o rápida. Al efectuarse esta prueba se debe tener especial cuidado de incorporar a la muestra la cantidad de agua adecuada para obtener la consistencia indicada y también de sacudir la pastilla de manera uniforme. Se recomienda no prolongar la prueba más de 5 golpes, si la superficie de la pastilla no toma la apariencia lustrosa. 2.6.5.4.3.

La prueba de tenacidad se hace como se indica a continuación:

Se forma una masilla con la fracción de suelo que pasa la malla 0,425 mm (No. 40), siguiendo los procedimientos indicados para la prueba de dilatancia. Se toma una porción de la masilla y se rola con la mano, hasta formar un rollito con diámetro aproximado de 3 mm, se amasa y se vuelve a formar el rollito, repitiendo esta operación varias 10 de 101


veces para que la masilla pierda el exceso de agua, hasta que el rollito finalmente se fragmente, lo que indica que el suelo tiene un contenido de agua cercano al límite plástico. Inmediatamente después se juntan las fracciones del rollito y se amasan ligeramente con los dedos hasta que la masilla se agriete. Se estima la presión que dicha masilla requiere para el am asado, así como el agrietamiento del rollito, se califica y reporta lo estimado como tenacidad baja, media o alta. 2.6.5.4.4.

La resistencia en estado seco se efectúa como sigue:

Se forma una masilla con la fracción de suelo que pasa la malla 0,425 mm (No. 40) siguiendo el procedimiento indicado en 2.6.5.4.2. Se toma una porción de la masilla y se forma manualmente una pastilla de 40 mm de diámetro y 10 mm de espesor aproximadamente, se deja la pastilla en un medio adecuado para que pierda agua, hasta que se considere prácticamente seca; a continuación se rompe y se desmorona con los dedos. Si al romper la pastilla se observa contenido de agua se secan los fragmentos y enseguida se rompen y se desmorona. Se estima la dificultad que presenta la pastilla al romperse y desmoronarse y se reporta la resistencia en estado seco, como nula, ligera, media, alta o muy alta. 2.6.5.4.5. Con base en los resultados de las pruebas indicadas se clasifican los suelos en forma aproximada, excluyendo las partículas mayores de 76,2 mm (3”) como: Materiales granulares, partículas de suelo mayores de 0,074 mm: “Grava” es el material comprendido entre 4,75 mm y 76,2 mm además de describir forma, tamaño y graduación. “Arena” es el material comprendido entre 0,074 mm y 4,75 mm además de describir forma, tamaño y graduación. “Materiales finos” son las partículas de suelo menores a 0,074 mm: “Limo” son los finos no plásticos. Son inherentemente inestables en presencia de agua y tienen la tendencia a ponerse en suspensión cuando s e saturan. “Arcilla” son los finos plásticos. Tienen baja resistencia a la deformación cuando están húmedos, pero al secarse forman masas cohesivas y duras, las arcillas son virtualmente impermeables, difíciles de compactar cuando están húmedas e imposibles de drenar por medios ordinarios. “Materia orgánica” es la forma de vegetación parcialmente descompuesta, es el principal constituyente de los suelos turbosos, diferentes cantidades de materia vegetal finamente dividida se encuentran en sedimentos plásticos y no plásticos y a menudo afectan sus propiedades lo suficiente para influir en su clasificación.


11 de 101

3. PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS EN LABORATORIO 3.1.

Resumen del procedimiento

En este capítulo se trata todo lo referente a la preparación de las muestras de suelo y fragmentos de roca, que pretendan emplearse en la construcción de una estructura térrea o bien cuando estos materiales ya se encuentran formando dicha estructura, previos a las pruebas de laboratorio correspondientes. Se contemplan principalmente dos tipos de muestras, alteradas e inalteradas, para las muestras alteradas, se contemplan las operaciones de secado, disgregación y cuarteo, cuando alguna de ellas sea necesaria, como se indica en 3.7 de este capítulo de la norma mexicana, para obtener las porciones representativas en condiciones adecuadas para efectuar los ensayes correspondientes. Las muestras inalteradas requieren operación de labrado, la cual se lleva a cabo de acuerdo con las pruebas a que vaya a someterse el material, debiendo extremarse las precauciones con objeto de no cambiar su estructura, relación de vacíos y contenido de agua.

3.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para la clas ificación de materiales granulares Capítulo 2 Procedimiento de muestreo, identificación y preparación de muestras en campo

3.3.

Definiciones

3.3.1.

Cuarteo

Es la actividad en la cual se obtienen fracciones reducidas de una muestra representativa, conservando las mismas características de ésta. 3.3.2.

Disgregación

Actividad mediante la cual se eliminan los grumos presentes en un material térreo mediante percusiones sobre el mismo, sin fracturar el agregado pétreo. 3.3.3.

Secado

Proces o mediante el cual el material disminuye su contenido de agua, mediante calor, hasta obtener masa constante.

3.4.

Equipo aparatos e instrumentos

Para la preparación de las muestras en laboratorio, se utiliza lo siguiente: 3.4.1. Palas. 3.4.2. Marros. 3.4.3. Cinceles. 3.4.4. Mazo de madera con peso aproximado de 1 kg de forma prismática cuadrangular. 3.4.5. Flexómetro. 3.4.6. Mallas con aberturas cuadradas de 75,0 mm (3”), 50,0 mm (2”), 25,0 mm (1”), 9,5 mm (3/8”), 4,75 mm (No. 4). 3.4.7. Cucharón de lámina. 3.4.8. Charolas de lámina. 3.4.9. Estufa de gas. 3.4.10. Báscula de capacidad mínima de 120 kg con aproximación de 10 g. 3.4.11. Horno eléctrico con capacidad de incrementar la temperatura de 313 K a 333 K (40 ºC a 60 ºC). 3.4.12. Cuarteador de muestras, con aberturas en los ductos separadores de 1,5 veces el tamaño máximo de las partículas de muestra, equipado con 3 recipientes para depositar el material separado y un cucharón plano. 3.4.13. Regla de dimensiones adecuadas al volumen por cuartear.

12 de 101


3.5.


3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.5.4. 3.5.5. 3.5.6.

Brocha. Lonas ahuladas de 3 m por lado. Brea. Parafina. Manta de cielo. Plástico autoadherible.

3.6.

Condiciones ambientales

No se requieren condiciones especiales, con excepción del caso de las muestras inalteradas, donde se recomienda que al prepararlas en el laboratorio sea a temperatura ambiente.

3.7.

Procedimientos

3.7.1.

Muestras alteradas

La preparación de una muestra alterada llevada al laboratorio comprende las siguientes operaciones: 3.7.1.1.

Secado

Debe secarse la muestra para eliminar el agua que contiene a un grado tal que permita su fácil disgregación y manejo, exponiéndola al sol, extendiendo todo el material sobre una superficie limpia y tersa o bien en charolas de lám ina, en un horno a temperatura de 313 K a 333 K (40 ºC a 60 ºC). En ambos casos es conveniente revolver periódicamente el material para lograr un secado más rápido y uniforme. Cuando la muestra llegue al laboratorio con una humedad que permita su disgregación, no es necesario someterla a este proceso. 3.7.1.2.

Disgregación

La disgregación de la muestra tiene por objeto hacer la separación de las diferentes partículas de material que constituye la muestra, para obtener porciones representativas de la misma y efectuar en ellas las diferentes pruebas a que vaya a ser sometido el material. En materiales no cohesivos esta separación es fácil de hacer, no así en el caso de materiales granulares cementados o en el caso de rocas alteradas, en donde el material va reduciéndose de tamaño a medida que avanza el proceso de disgregación, hasta quedar frecuentemente reducido a polvo. La disgregación de la muestra debe ser hasta un grado mínimo de disgregación que deba exigirse durante la construcción de la estructura de que se trate, para lograr un empleo correcto del material propuesto. Para efectuar la disgregación de la muestra, se utiliza un mazo de madera de la forma y dimensiones descritas en 3.4.4. La disgregación del material debe hacerse en la charola de lámina, la cual se coloca sobre una mesa o superficie lisa y con el mazo se debe golpear verticalmente sobre el material, desde una altura no mayor de 20 cm. previamente debe cribarse todo el material por la malla 4,75 mm (No. 4). El material retenido se pasa nuevamente por la malla 50,8 mm (2“) y la fracción retenida se debe golpear con el mazo, para obtener partículas que ya no sean disgregables. El material así obtenido se criba nuevamente por la malla 50,8 mm (2”), juntándose el material que pasa la malla con el obtenido en la primera operación de cribado a través de la malla 25 mm (1”), disgregando el retenido y procediendo como en el caso anterior. Se repite el procedimiento empleando la malla 9,52 mm (3/8”) y la malla 4,75 mm (No. 4). Se combinan finalmente todos los productos obtenidos en estas operaciones para construir la muestra que va a ser mezclada y cuarteada en la siguiente etapa de preparación de la muestra. La figura 1 muestra esquemáticamente la secuencia de operaciones. 3.7.1.3.

Cuarteo

De la muestra ya disgregada, conforme lo indicado en 3.7.1.2 se debe cortar las porciones necesarias para verificar las pruebas. Dichas porciones deben ser representativas de la muestra original. Es conveniente hacer hincapié en la importancia tan grande que tiene el hecho de que las porciones de la muestra sean verdaderamente representativas de ella, ya que de otra manera se pueden obtener resultados erróneos que conducirán a un falso conocimiento del material que va a ser ensayados. Se deben seguir los procedim ientos generales de cuarteo, de acuerdo con la cantidad de muestras disponibles.


13 de 101

FIGURA 1.- Cuadro esquemático de disgregación de la muestra 3.7.1.3.1.

Cuarteo manual

Para muestras de 20 kg o mayores, la muestra total debe revolverse con una pala, traspaleando de un lugar a otro unas 4 veces todo el material, hasta conseguir que presente un aspecto homogéneo. Se procede después a formar un cono, colocando con la pala el material en el vértice de este y permitiendo que, por si mismo, busque su acomodo, procurando a la vez que la distribución se haga uniformemente. Con la pala, que debe ser de las de forma rectangular, se forma un cono truncado, encajándola en forma radial y haciendo el material hacia la periferia. Una vez obtenido un cono truncado cuyo diámetro sea de 4 veces a 8 veces el espesor, se procede a dividirlo en cuadrantes usando una regla de longitud conveniente. Se combina el material de 2 cuadrantes opuestos y se repite el proceso que se requiera. En muestras menores a 20 kg, se emplea un hule de forma cuadrada, de 1,20 m por lado. (Véase figura 2). El material se mezcla tomando los extremos opuestos del hule y haciéndolo rodar sin que resbale. Se repite la misma operación con el otro par de extremos opuestos del hule y se continúa la operación de mezclado, hasta obtener una muestra de aspecto homogéneo, la cual se cuartea formando un cono truncado dividiéndolo en cuadrantes.

14 de 101


FIGURA 2.- Cuarteo manual 3.7.1.3.2.

Cuarteo mecánico

En muestras menores de 20 kg se emplea el cuarteador mecánico utilizando recipientes de lámina que tengan la misma longitud que el cuarteador. El material se hace pasar por este, en forma tal que cubra todas sus divisiones que se recogerán en los recipientes, repitiéndose la misma operación tantas veces como sea necesaria hasta conseguir el tamaño de la muestra deseada. El cuarteador de muestra debe contar con un número igual de cuarteadores de conductos, todos del mismo ancho y que descarguen alternadamente a ambos lados del cuarteador; el número de conductos no debe ser menor de ocho para agregado grueso y no menor de 12 para agregado fino. El ancho mínimo para los conductos individuales, debe ser mayor en aproximadamente un 50 % del tamaño máximo de las partículas de la muestra que se pretenden cuartear. El cuarteador debe estar equipado con dos receptáculos para recibir las dos mitades de la muestra al cuartearse. (Véase figura 3).

FIGURA 3.- Esquemas de equipos para reducción de muestra


15 de 101

3.7.2.

Muestras inalteradas

La preparación de una muestra inalterada llevada al laboratorio, comprende las siguientes actividades: Una vez tomada la muestra conforme a lo indicado en el Capítulo 2 de esta norma mexicana, se procede a abrir la cubierta protectora, empleando algún instrumento cortante, que permita realizar cortes precisos en ella, tomando la precaución de que la muestra esté colocada en la misma posición que presentaba en campo. Una vez expuesta la muestra, se procede a labrar en ella, un prisma rectangular de bases sensiblemente paralelas y del tamaño adecuado para obtener uno o varios especímenes para la realización de las pruebas, por lo que dichos especímenes deben ser protegidos dentro de frascos con tapa hermética, para evitar que se dañen o que sufran variaciones en el contenido de agua; con lo que respecta al resto de la muestra, es necesario cubrirla con un paño húmedo durante el proceso del labrado de los especímenes y una vez obtenidos, se cubre el sobrante de la muestra con manta de cielo impregnada de una mezcla compuesta de cuatro partes de parafina por una de brea y plástico autoadherible y se almacena.

4. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA EN MATERIALES TÉRREOS 4.1.

Resumen del método

Este capítulo establece el procedimiento para la determinación del contenido de agua del suelo, expresado en porciento de la masa del suelo seco en horno o estufa con el fin de clasificarlo y estimar su comportamiento cualitativo mediante las correlaciones existentes o para efectos de llevar un control durante la construcción de obras térreas. Este método cubre la determinación del contenido de agua de un material (suelo, roca y mezclas de agregados y suelos). No da resultados representativos en los casos siguientes: materiales que contengan cantidades significativas de minerales de haloysita, montmorilonita o yeso; o en materiales en los cuales el agua libre contenga sólidos disueltos como sales (depósitos marinos). Para éstos, un procedimiento modificado de ensaye o de cálculo de datos debe ser establecido con el fin de obtener resultados consistentes.

4.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-C-416-ONNCCE

Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras y Capítulo 3 Preparación de las muestras

4.3.

Definiciones

4.3.1.

Contenido de agua

Es la relación que existe entre la masa que pierde la muestra al someterla a un proceso de secado en horno o estufa a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC) y la masa de las partículas sólidas que tiene la muestra después de someterla a dicho proceso hasta lograr la masa constante.

4.4.

Equipo aparatos e instrumentos

4.4.1. Horno de secado controlado mediante termostato, de preferencia del tipo de tiro forzado, capaz de mantener una temperatura uniforme de 383 K (110 ºC) en toda la cámara de secado con tolerancia ± 5 K (± 5 ºC) ó estufa eléctrica ó de gas. 4.4.2.

Balanza con precisión ± 0,01 g

4.4.3. Recipientes para contener los especímenes , hechos de material resistente a la corrosión y al cambio de masa bajo ciclos repetidos de calentamiento, enfriamiento y limpieza. 4.4.4. Tapaderas herméticas para evitar la pérdida de humedad del espécimen antes de la determinación inicial y para que no absorba humedad atmosférica enseguida del secado y antes de la determinación final. 4.4.5. Desecador de tamaño adecuado (20 cm a 25 cm de diámetro), con cloruro de calcio anhídrido ó gel de sílice deshidratado. El uso de este recipiente se recomienda, cuando no se tienen recipientes con tapa hermética.

4.5.

16 de 101



4.5.1.

Cloruro de calcio anhídrido o gel de sílice deshidratado.

4.6.


4.6.1. La determinación del contenido de agua, debe efectuarse a la brevedad posible después de la obtención de muestras, especialmente si los muestreadores son potencialmente corrosivos (tubos shelby) o se utilizan las bolsas de muestreo. 4.6.2. Las muestras que son almacenadas antes de la determinación del contenido de agua, se deben mantener en recipientes herméticos inoxidables con una temperatura de 276 K a 303 K (3 ºC a 30 ºC) en una superficie libre de la luz solar directa. 4.6.3. La selección de una muestra y la masa necesaria para determinar su contenido de agua, dependen del propósito o aplicación del resultado, tipo de material y de la clase de muestra obtenida (bolsa, tubo shelby, tubo partido, etc.). En todo caso, se debe tomar una muestra representativa de tamaño adecuado de la muestra total. Si en el subsuelo existe un suelo estratificado o más de un tipo de suelo, seleccionar una porción promedio o porciones individuales o ambos, y anotar en los resultados cual porción o porciones fueron estudiadas. 4.6.4. Para materiales de muestras integrales, seleccione la manera representativa después de mezclar mediante cuarteos todo el material. La masa húmeda de la muestra por ensayar, es seleccionada de acuerdo a la tabla 1

TABLA 1.- Masa de la muestra Más del 10% de la muestra se retiene en la malla No.

Masa mínima recomendable de la muestra húmeda en g

2,00 mm (No. 10) 4,75 mm (No. 4) 19 mm (3/4”) 38 mm (1 ½”) 76 mm (3”)

100 300 500 1 500 5 000

4.6.5. Para muestras pequeñas, se selecciona una porción representativa de acuerdo con el siguiente procedimiento: 4.6.5.1. Para suelos sin cohesión, una vez mezclado el material, se tom a una muestra que tenga una masa húmeda de acuerdo con la tabla del inciso anterior. En algunos casos, cuando se está trabajando con poco material y este contenga una partícula gruesa relativamente grande, es conveniente no incluirla en la muestra por secado; si este fuera el caso, debe anotar en el reporte de resultados. 4.6.5.2. En suelos cohesivos antes de tomar la muestra, eliminar del material aproximadamente 3 mm de espesor de la periferia y cortarla a la mitad, con el fin de observar si el material es estratificado, en caso afirmativo aplicar lo descrito en 4.6.3, pero si en ella se detectan partículas grandes, la masa de ésta, debe estar de acuerdo con la tabla 1.

4.7.

Procedimiento

4.7.1. Seleccionar la muestra de tamaño adecuado a probar, ésta, se debe colocar en un recipiente seco limpio de masa conocida (Wr), determinando enseguida la masa del recipiente con la muestra húmeda (W1). Esta operación se realiza en la balanza con precisión de ± 0,01 g para muestras con masas de 200 g o menor; de 0,1 g para especímenes con masa de 200 g a 1 000 g y de 1 g para especímenes con masa mayor a 1 000 g. 4.7.2. Colocar el recipiente conteniendo la muestra húmeda sobre la estufa o en el horno apropiado, manteniendo una temperatura constante de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC). 4.7.3. Ya seca la muestra con masa constante, es decir, la masa no varía en sucesivas determinaciones a pesar de que la muestra permanece dentro del horno o sobre la estufa, retirar el recipiente, colocándole de nuevo la tapa. Se deja enfriar hasta que la operación de la balanza no se vea afectada por corrientes de convección. Enseguida se procede a determinar la masa del recipiente con la muestra seca (W2), en la misma balanza usada en 4.7.1.


17 de 101

4.7.4. Si el recipiente con la muestra seca no tiene tapa, se debe hacer la determinación en el momento en que su temperatura ambiente no afecte la operación de la balanza con corrientes de convección. Para casos de muestras pequeñas se puede usar un desecador.

4.8.

Cálculos Se calcula el contenido de agua contenido en la muestra, aplicando la siguiente expresión:

W=

( W1- W2) x 100 (W2 - Wr )

 Ww  W=  × 100  Ws  Donde: W W1 W2 Wr Ww Ws

es el contenido de agua, en porciento (%) es la masa del recipiente con la muestra húmeda, en gramos (g) es la masa del recipiente con la muestra seca, en gramos (g) es la masa del recipiente, en gramos (g) es la masa del agua, en gramos (g) es la masa de las partículas sólidas, en gramos (g)

4.9.

Precisión

Los requerimientos para la precisión y exactitud de este método, no han sido desarrollados.

4.10.

Informe de la prueba

El reporte de resultados debe incluir como mínimo la siguiente información: 4.10.1. -

Identificación del material ensayado

Número de sondeo, Número de muestra, Profundidad, Número de ensaye, etc.

4.10.2.

Si la muestra ensayada contiene más de un tipo de suelo (estratificado, etc.).

4.10.3.

El tamaño y cantidad de cualquier material excluido de la muestra ensayada.

4.10.4. El resultado del contenido de agua de la muestra, se reporta con aproximación de 0,1 % ó 1,0 %, dependiendo del propósito de la prueba. 4.10.5.

Si el secado se realizó en horno o estufa.

4.10.6.

Si la muestra de ensaye tiene una masa menor que el mínimo recomendado en la tabla 1.

5.

MÉTODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

5.1.

Resumen del método

Este capítulo establece el método para determinar la distribución de partículas por medio de mallas, de suelos que conforman cualquier tipo de estructura térrea, así como la clasificación de todos los com ponentes granulares de las estructuras térreas, para la realización de estudios geotécnicos.

5.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231

18 de 101

Cribas para la clasificación de materiales granulares.


NMX-C-077-ONNCCE NMX-C-084 NMX-C-170-ONNCCE NMX-C-416-ONNCCE

Industria de la construcción - Agregados para concreto - Análisis granulométrico - método de prueba. Industria de la construcción - Agregados para concreto - Partículas mas finas que la malla f 0,075 no. 200) por medio de lavado - Método de prueba. Industria de la Construcción - Agregados - Reducción de las muestras de agregados obtenidas en el campo al tamaño requerido para las pruebas. Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras ; Capítulo 3 Preparación de las muestras y Capítulo 4 Determinación del contenido de agua.

5.3.

Definiciones

5.3.1.

Análisis granulométrico

Consiste en separar y clasificar por tamaños las partículas de un suelo, retenidas en una sucesión de mallas expresando las masas retenidas como porcentajes de la muestra total.

5.4.

Equipo, aparatos e instrumentos

5.4.1. 5.4.2. 5.4.3.

5.4.10.

Balanza con capacidad de 20 kg con exactitud de 1 g. Balanza con capacidad de 2 610 kg con exactitud de 0,1 g. Mallas 75 mm (3”), 50 mm (2”), 37,5 mm (1 1/2”), 25 mm (1”), 19 mm (3/4”), 12,5 mm (1/2”), 9,5 mm (3/8”), 4,75 mm (No. 4), 2 mm (No. 10), 0,850 mm (No. 20), 0,425 mm (No. 40), 0,250 mm (No. 60), 0,150 mm (No. 100), 0,075 mm (No. 200), tapa y fondo, que cumplan con las especificaciones de la NMX-B-231 (véase 5.2. referencias ). Charolas metálicas, resistentes y con dimensiones suficientes para extender la muestra. Horno de secado de tamaño apropiado y capaz de mantener una temperatura constante de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC). Cucharón metálico resistente, no absorbente y con dimensiones suficientes para manipular la muestra. Recipiente metálico con capacidad para saturar y lavar la muestra. Agitador de varilla de vidrio o acrílico de 6 mm de diámetro y 200 mm de longitud. Agitador mecánico de mallas que pueda ser accionado con motor o manivela. Debe impartir un movimiento horizontal o lateral y vertical a las mallas. Desecador de cristal

5.5.


5.5.1. 5.5.2.

Cepillo de cerdas o brocha. Cepillo de alambre delgado (de latón ó bronce).

5.6.


5.4.4. 5.4.5. 5.4.6. 5.4.7. 5.4.8. 5.4.9.

Obtener la muestra de acuerdo con lo descrito en el Capítulo 2, y prepararla como se indica en el Capítulo 3, reducirla por cuarteo hasta una masa dependiendo del tipo de agregado, como se indica a continuación: 5.6.1.

Agregado fino

La muestra de prueba para el agregado fino debe tener una masa, después de secado, aproximadamente de la siguiente cantidad: a) b)

Agregado con por lo menos un 95% pasando la malla 2,00 mm (No. 10) 100 g. Agregado con por lo menos un 85% pasando la malla 4,75 mm (No. 4) y más del 5% retenido en la malla 2,00 (No. 10) 500 g.

5.6.2.

Agregado grueso

La masa de la muestra de prueba de agregado grueso se debe ajustar a lo indicado en la tabla 2.

TABLA 2.- Masa de la muestra para el agregado grueso Tamaño máximo nominal, aberturas cuadradas (mm)

Masa mínima de la muestra de prueba (kg)

9,5 (3/8”) 12,5 (1/2”)

1 2


19 de 101

19,0 (3/4”) 25,0 (1”) 37,5 (1 ½”) 50,0 (2”) 63,0 (2 ½”) 75,0 (3”) 90,0 (3 ½”) 100,0 (4”) 112,0 (4 ½”) 125,0 (5”) 150,0 (6”)

5.7.

5 10 15 20 35 60 100 150 200 300 500


La prueba de granulometría debe realizarse en un local con espacio suficiente y ventilado, sin cambios bruscos de temperatura, y procurando mantener la misma temperatura ambiente durante el proceso del ensaye, de ser posible anotar en el registro la temperatura en el laboratorio al momento de realizar el ensaye.

5.8.

Procedimiento

5.8.1.

Se seca la muestra a la intemperie y sobre un lugar limpio y terso.

NOTA 1.Para propósitos de control, particularmente cuando son deseados resultados rápidos, generalmente no es necesario secar el agregado grueso para la prueba de análisis por cribado. Los resultados son ligeramente afectados por el contenido de humedad a menos que: a) b) c)

El tamaño máximo nominal sea menor que 12,5 mm (1/2”). El agregado grueso contiene apreciable material más fino que la malla 4,75 mm (No. 4). El agregado grueso es altamente absorbente (un agregado ligero, por ejemplo).

También, las muestras pueden ser secadas a altas temperaturas asociadas con el uso de platos calientes sin afectar los resultados, produciendo escapes de vapor sin generar presiones suficientes para fracturar las partículas, y temperaturas no tan grandes a las que causan fracturas químicas del agregado. 5.8.2. Los tamaños apropiados de las cribas deben ser seleccionados para proveer la información requerida por las especificaciones que debe cubrir el material que se está probando. El empleo de cribas adicionales puede ser deseable para proporcionar otra información, tal como el módulo de finura, o para regular la cantidad de material en una malla. 5.8.2.1. Se colocan las cribas en orden de tamaño de abertura decreciente de arriba a abajo, terminando con la charola de fondo, colocando la muestra en la malla superior y cubriéndola con su tapa. Se agitan las cribas manualmente o por un aparato mecánico por un periodo suficiente, establecido por pruebas o controlado por medición en la muestra de prueba actual, para satisfacer el criterio de adecuación o cribado descrito en 5.8.4. 5.8.3. El límite en la cantidad de material en una malla dada es tal que todas las partículas tengan oportunidad de alcanzar aberturas de la malla un número de veces durante la operación de cribado. Para cribas con aberturas más pequeñas de 4,75 mm (No. 4), la masa retenida en cualquier malla en la terminación de la operación de cribado no debe exceder a 6 kg/m 2 en la superficie de cribado. Para cribas con aberturas de 4,75 mm (No. 4) y mayores, la masa en kg/m 2 en la superficie de cribado no debe exceder el producto de 2,5 X (abertura de la malla en mm). En ningún caso la masa debe ser tan grande que cause una deformación permanente de la malla de cribado. Nota 2.Los 6 kg/cm 2 equivalente a 194 g para el diámetro usual de 203 mm de la malla. La cantidad de material retenido en la malla puede ser regular por: a) La introducción de una malla de más grande abertura inmediatamente superior a la malla dada. b) Probar la mues tra en un número de incrementos. 5.8.4. Se continúa el cribado por un periodo suficiente y en tal manera que, después de finalizar, no más del 1% en peso del retenido de cualquier malla individual pueda pasar por esta malla durante 1 min de cribado manual continuo ejecutado como sigue: Se toma con una mano la malla individual, provista con un fondo (charola adecuada y cómoda) y una tapa, en una posición ligeramente inclinada. Se golpea el lado de la malla con rapidez y con un movimiento ascendente contra la palma de la otra mano a una velocidad de 150 veces por minuto aproximadamente, se gira la malla un sexto de una revolución en intervalos aproximados de 25 golpes. En la determinación de la suficiencia de cribado para tamaños 20 de 101


mayores de la malla 4,75 mm (No. 4), se limita el movimiento de una malla a una sola capa de partículas. Si el tamaño del montaje de las cribas probadas hace poco práctico el movimiento de cribado, se debe usar cribas de 203 mm de diámetro para verificar la suficiencia del cribado. 5.8.5. En el caso de las mezclas de agregado grueso y fino, la porción de la muestra más fina que la malla de 4,75 mm (No. 4) puede ser distribuida entre dos o más juegos de cribas para prevenir sobrecargas de cribas individuales. 5.8.5.1. Alternativamente, la porción más fina que la malla de 4,75 mm (No. 4) puede ser reducida en tamaño usando un cuarteador mecánico de acuerdo a 3.7.1.3.2. de esta norma mexicana. Si este procedimiento es seguido, se calcula el peso de cada incremento de tamaño de la muestra original con la siguiente fórmula:  W1  A=  ×B  W2 

Donde: A W1 W2 B

es la masa de incremento de tamaño en el total de la muestra básica. es la masa de la fracción más fina que la malla 4,75 mm (No. 4) en la muestra total. es la masa de la porción reducida de material más fino que la malla 4,75 mm (No. 4) actualmente cribada. es la masa del incremento de tamaño en la porción reducida cribada.

5.8.6.

Método manual para agregado grueso

5.8.6.1.

Cuando el agregado grueso es de un tamaño adecuado a la muestra

a)

En la primera charola se coloca la muestra seca con su masa previamente determinada.

b)

Sobre la segunda charola se pone la malla de mayor tamaño a utilizar, dentro de ella, con el cucharón, se colocan porciones de la muestra que no cubran la malla en más de una capa de partículas y se agita con las dos manos, cuidando visualmente que todas las partículas tengan movimiento sobre la malla hasta observar que ya no pase el material.

c)

El material retenido se coloca en la tercera charola y se continúa con otra porción hasta cribar toda la muestra.

d)

Se determina la masa del retenido total de esa malla de acuerdo a 5.8.7. y se registra.

e)

Se continúa el procedimiento con las siguientes cribas hasta la malla 4,75 mm (No. 4) ó 2,26 mm (No. 8), según el caso.

Se calcula de acuerdo al inciso 5.9. 5.8.6.2. Excepto si un agitador mecánico de cribado es usado, se deben cribar manualmente las partículas mayores que 75 mm (3”) para determinar la abertura de la malla más pequeña a través de la cual cada partícula pasa. Se inicia la prueba con la malla más pequeña que sea usada. Se deben girar las partículas, si es necesario, para determinar si pueden pasar a través de una abertura en partículas, sin embargo, no obligue a las partículas a pasar a través de una abertura. 5.8.7. Se determina la masa de cada tamaño en una báscula o balanza acorde a los requisitos especificados en el punto 5.6.2 aproximado a 0,1 % de la masa total de la muestra seca original. La masa total del material después del cribado debe comprobarse estrechamente con la masa original de la muestra colocada en las cribas. Si la cantidad difiere en más del 0,3% basándose en la masa total de la muestra seca original, los resultados no deben ser empleados para propósitos de aceptación. 5.8.8. Sí la muestra ha sido previamente preparada por el método de prueba de la norma mexicana NMX-C170 (Véase 5.2. Referencias), agregue la masa del material más fino que la malla 0,075 mm (No. 200) determinado por ese método a la masa pasada en la malla 0,075 mm (No. 200) por cribado en seco por ese método de la misma muestra. 5.8.9. Extraer el material del horno y depositarlo en un desecador hasta que tenga una temperatura cercana al ambiente. Se determina la masa seca y registrarlo como Wsl en gramos (g).


21 de 101

5.8.10. Coloque las cribas de abajo hacia arriba, de menor a mayor abertura como sigue: fondo, 0,075 mm (No. 200), 0,150 mm (No. 100), 0,250 mm (No. 60), 0,425 mm (No. 40), 0,850 mm (No. 20), 2,0 mm (No. 10) y tapa (o de acuerdo a lo requerido o especificado). Verter el material sobre la malla superior y efectuar la operación de cribado, haciendo movimientos verticales y de rotación horizontal durante 10 min en forma manual. En caso de utilizar agitador mecánico, reducir el tiempo de agitado a 5 min. Estos períodos pueden variar en función al tamaño y forma de las partículas. 5.8.11. Retire la tapa y separe la malla 2,00 mm (No. 10). Continuamos el cribado por un período suficiente, de tal manera que después de finalizar, no más del 1% en masa del retenido en ésta malla pueda pasar durante 1 min de cribado manual continúo. Este procedimiento de cribado se repite para todas las cribas . Las partículas que hayan quedado atrapadas deben regresar a las porciones retenidas correspondientes, a las cribas por el lado posterior. 5.8.12. gramos.

Determine la masa de cada porción retenida en cada una de las cribas y anote su masa respectiva en

5.8.13. En caso de que el cribado sea mecánico se debe recribar a mano por separado cada una de las cribas, cerciorándose que no pase más del 1 % indicado en 5.8.11.

5.9.

Cálculos

5.9.1. Se calculan los porcentajes que pasan del total retenido, o los porcentajes en las varias fracciones de tamaño con aproximación de 0,1% en base a la masa total de la muestra seca inicial. Sí la misma muestra de prueba fue probada primero de acuerdo a la norma mexicana NMX-C-084 (Véase 5.2 Referencias), se incluye la masa del material más fino que la malla 0,075 mm (No. 200) por lavado en el cálculo del análisis de cribado; y se usa la masa total seca de la muestra previo al lavado de acuerdo a la norma mexicana NMX-C-084 como la base para el cálculo de todos los porcentajes. 5.9.2. Para fines de clasificación de un suelo, se deben calcular los coeficientes de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc) que se emplean para la graduación de un material en función al tamaño de sus partículas en milímetros (mm) de cada uno de los retenidos, aplicando las siguientes fórmulas: Cu =

Cc =

D60 D10

D30 (D60 × D10)

Donde: Cu es el coeficiente de uniformidad del material, número adimensional. Cc es el coeficiente de curvatura del material, número adimensional. D10, D30, D60 son los que representan los tamaños de las partículas del suelo en milímetros (mm) que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al diez, treinta y sesenta por ciento, que pasa respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas de la gráfica granulométrica donde intersectan las ordenadas 10, 30 y 60 % respectivamente.

22 de 101


5.10.

Precisión

La precisión del método aún no ha sido desarrollada.

5.11.

Informe

El informe debe incluir como mínimo la siguiente información: -

Porcentaje total de material que pasa en cada malla. Porcentaje total de material retenido en cada malla. Porcentaje de material retenido entre cribas consecutivas. Procedencia de la muestra. Localización de la muestra. Registro de sondeos o pozo. Profundidad. Masa de la muestra. Fecha de muestreo. Clasificación de la muestra.

6. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA 6.1.

Resumen del método

Este capítulo establece el método de prueba para la determinación del límite de consistencia. Las pruebas de Atterberg, tienen por objeto determinar la plasticidad de la porción de material que pasa a través de la malla 0,420 mm (No. 40) de los suelos. Los limites de consistencia (líquido y plástico), han sido utilizados, principalmente con objetivos de identificación y clasificación de suelos, en estudios geotécnicos.

6.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para la clasificación de materiales granulares. Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras; Capítulo 3 Preparación de las muestras y Capítulo 4 Determinación del contenido de agua

6.3.

Definiciones

6.3.1.

Límite líquido (Ll)

Es el contenido de agua (expresado en el porciento de la masa seca), que debe tener un suelo remoldeado húmedo para una muestra del mismo, en que se haya practicado una ranura de dimensiones estándar, al someterla al impacto de 25 golpes en una longitud de 13 mm. 6.3.2.

Límite plástico (Lp)

Lo fija el contenido de agua con el que comienza a agrietarse un rollo formado con el suelo, de aproximadamente 3,2 mm de diámetro, al rodarlo con la mano sobre una superficie lisa que puede ser una placa lisa de material no absorbente. 6.3.3.

Límite de contracción (Lc)

Es el contenido de agua que satura un suelo contraído por el secamiento de evaporación.


23 de 101

6.3.4.

Índice de plasticidad (Ip)

Es la diferencia encontrada entre el límite líquido y el límite plástico, y es la medida de la plasticidad del suelo. Se define como el índice de contracción por la diferencia entre los límites plásticos y de contracción. 6.3.5.

Cambio volumétrico (Cv)

Es el porcentaje del cambio de volumen referido al material seco. 6.3.6.

Contracción lineal de un suelo

Se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelo que pasa la malla 0,425 mm (No. 40), cuando su contenido de agua disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la pérdida total de agua, expresada dicha reducción como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen 6.3.7.

Índice de escurrimiento o fluidez (Fw)

Se define como la pendiente de la curva de escurrimiento

6.4.


6.4.1. Dispositivo de A. Casagrande calibrado de acuerdo a 6.4.1.1, para determinar el límite líquido, incluyendo la solera plana de 10 mm de espesor y el ranurador plano, véase figura 4.

46,7 Botón de ajuste

Aparato de límite líquido

26,9

54,1

Caída de 1 cm hasta la superficie brillante de contacto

2

Cazuela de bronce

Tipo patrón: Base de caucho duro Tipo Harvard: Base de micarta a) Detalles de contrucción y dimensiones del aparato de límite líquido 10

20 10

1,6 27º 50 22

13,5 10

8

60º 2 Herramienta para hacer la ranura

2 Herramienta tipo Casagrande para hacer la ranura b) Herramientas ranuradoras

FIGURA 4.- Dispositivo de Casagrande y accesorios para prueba 6.4.1.1.

24 de 101

Ajuste de la copa de Casagrande


6.4.1.1.1.

Verifique el tamaño del escantillón, para ajustar la caída de la copa (10 mm).

6.4.1.1.2. Quite la copa del resto del dispositivo y márquese con lápiz una cruz en el centro del punto brillante en el que la copa golpea la base. 6.4.1.1.3. Coloque nuevamente la copa en el dispositivo y márquese con lápiz una cruz en el centro del punto brillante en el que la copa golpea la base. 6.4.1.1.4. Utilizando el escantillón de 10 mm (usualmente adosado a la herramienta de ranuración), verifique la altura del centro de la marca brillante sobre la superficie de la base. Nótese que esta altura no se mide del punto más bajo de la copa hacia la base; puede auxiliarse de una linterna de mano colocándola detrás del dispositivo para localizar el punto correcto. 6.4.1.1.5. Si la altura de caída no es exactamente de 10 mm, afloje los tornillos de fijación y muévase el tornillo de ajuste lo necesario, apriétense los tornillos de fijación. 6.4.1.1.6.

Repita la verificación de la altura de caída de la copa.

6.4.1.1.7.

Verifique los siguientes detalles en el dispositivo.

6.4.1.1.7.1 Los puntos de impacto tanto en la base como en la copa no deben ser gastados. Si la marca en la base tiene una profundidad igual o mayor de 0,1 mm, la superficie debe volver a pulirse. 6.4.1.1.7.2. La mayoría de los dispositivos comerciales están provistos de 4 patas de hule bastante duro. Para lograr consistencia en los resultados, la base debe tener solo 3 patas de hule muy suave, localizadas en las 2 esquinas posteriores y en el centro del lado frontal de la base sobre un directorio telefónico de aproximadamente 50 mm de grueso, o bien sobre un paquete de toallas de papel desdobladas, de 25 mm de grueso, a modo de colchón. 6.4.1.1.7.3. Restauración dinámica de la base. Deje caer un balín de acero con diámetro de 8 mm (5/16") y masa de 2 g, de una altura de 254 mm (10") y obsérvese la altura de rebote, la cual debe es tar comprendida entre 185 mm (7,3") y 230 mm (9"). Nota 3.-

En rigor debe establecerse también un estándar para el método elástico de la base

6.4.1.1.7.4. Durante los últimos 10 º a 20 º de rotación de la manija, justo antes de que la copa caiga sobre la base, la altura de la copa sobre la base prácticamente no debe variar. 6.4.1.1.7.5.

La masa de la copa debe ser de 200 g ± 20 g (indicar masa real en el registro).

6.4.1.1.7.6. Verifique las siguientes dimensiones de la herramienta de ranuración: ancho en el fondo: 2,00 mm ± 0,05 mm. Profundidad de la ranura: 8,0 mm ± 0,1 mm. Ancho de la parte superior de la ranura: 11,0 mm ± 0,2 mm. 6.4.1.1.7.7. contracción

Presencia de cavidades o burbujas en el interior de la pastilla de suelo para determinación del límite de

6.4.2.

Espátulas, cápsulas de porcelana, vidrios de reloj o equivalente, mortero y piseta.

6.4.3.

Horno eléctrico a temperatura constante de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC).

6.4.4.

Balanza con aproximación de 0,01 g.

6.4.5.

Desecador de provisto con tapa hermética.

6.4.6. Molde de lámina galvanizada rígida del No. 16, con una sección cuadrada de 20 mm por 20 mm y 100 mm de longitud. 6.4.7.

Cribas No. 0,425 mm (No. 40) y 4,75 mm (No. 4).

6.4.9.

Dispositivo de lucita para la determinación del límite de contracción.

6.4.10.

Placa plana y lisa no absorbente de 300 mm por 300 mm ± 30 mm mínimo

6.5.



25 de 101

6.5.1. 6.5.2. 6.5.3. 6.5.4. 6.5.5. 6.5.6.

Alambre de 3,2 mm (1/8”) de diámetro. Brocha de cerda fina. Frasco de vidrio de 100 mL a 200 mL. Grasa grafitada. Gel de sílice o cloruro de calcio anhídrido. Mercurio (Hg).

6.6.

Muestreo, preparación y acondicionamiento de las muestras

El muestreo se efectúa conforme a lo indicado en el Capítulo 2, de esta norma mexicana. 6.6.1.

Preparación de la muestra

A continuación se describen dos procesos de preparación de la muestra. Para determinar cuál proceso conviene, se seca al horno una muestra de material que contenga agua adherida y se presiona con los dedos. Si se desmorona fácilmente, se usa el método de separación en seco (indica que el material es areno - limoso o limoso). En cambio, si la muestra ofrece considerablemente resistencia y los granos no pueden separarse, (indica que el material es arcilloso) se requiere hacer la preparación con ayuda del agua. 6.6.1.1.

Método seco

6.6.1.1.1. El material que pasa a través de la malla 4,75 mm (No. 4), se disgrega ayudándose con un mortero, teniendo cuidado de no romper los granos . 6.6.1.1.2. Se tamiza el material disgregado en el mortero a través de la malla 0,425 mm (No. 40), hasta obtener 150 g como mínimo desechándose el material retenido. 6.6.1.1.3. Se agrega agua y con el empleo de una espátula, se mezcla perfectamente hasta obtener una pasta suave y espesa (remoldeada). 6.6.1.1.4. Se guarda la muestra remoldeada en un recipiente que evite la evaporación durante 24 h como mínimo para que el contenido de agua se distribuya uniformemente en todo el suelo. 6.6.1.2.

Método con contenido de agua

6.6.1.2.1. Cuando convenga aplicar este método, se separa de la muestra una cantidad suficiente de material para poder realizar la prueba, el material que pasa a través de la malla 0,425 mm (No. 40) con ayuda de agua se coloca en un recipiente, y se deja evaporar hasta que tome la consistencia de una pasta suave y en la misma forma que se explico en 6.6.1.1.4 del método seco, se guardan las muestras en recipientes que eviten la evaporación, incluyendo la porción que corresponda al límite plástico.

6.7.


Para la realización de esta prueba se recomienda, que sea en un lugar que no este expuesto a cambios bruscos de temperatura ambiente, siendo la más recomendable entre los 288 K y 308 K (15 ºC y 35 ºC), si es en otras condiciones anotarlo en el registro de prueba correspondiente.

6.8.

Procedimiento

La determinación de los límites de consistencia se realiza únicamente a la fracción de suelo que pasa a través de la malla 0,425 mm (No. 40). 6.8.1.

Determinación del límite líquido

6.8.1.1. La determinación del límite líquido, se realiza con la copa de Casagrande, la cual debe estar calibrada de cuerdo al procedimiento descrito en 6.4.1.1. 6.8.1.2. Del material que se preparó (remoldeo) y guardo dentro de un recipiente durante 24 h se pone en la copa del aparato una cantidad de 150 g aproximadamente; se vuelve a mezclar hasta que la muestra quede homogénea; con una espátula se extiende el material de modo que, siendo la superficie superior plana (evite formar taludes ), su espesor máximo sea del orden de 10 mm para extender el material se procede del centro hacia los lados sin aplicar presión y con el mínimo de pasadas de la espátula.

26 de 101


6.8.1.3. Se coloca la punta del ranurador en la parte superior y en el centro de la muestra, colocando la herramienta perpendicular a la superficie de la copa. 6.8.1.4. Se traza una ranura en el centro de la muestra, contenida en la copa, inclinando el ranurador o la cuchilla de manera que permanezca perpendicular a la superficie de la copa. Para arcillas arenosas, limos con poca plasticidad y algunos suelos orgánicos, el ranurador no puede correr a través de la pasta sin rasgar los bordes de la ranura. Para estos suelos, se corta la ranura con una espátula y se verifica las dimensiones con el ranurador plano. Se limpia el ranurador con un trapo previamente humedecido antes de que seque el material. 6.8.1.5. Después de asegurarse de que la copa y la base estén limpias y secas, se da vuelta a la manija uniformemente a razón de 2 golpes por segundo, contando el número de golpes referidos hasta que cierre el fondo de la ranura en una distancia de 13 mm. 6.8.1.6. Con la espátula se mezcla el material y se repiten las operaciones indicadas en 6.8.1.3 al 6.8.1.5 inclusive. Si el número de golpes coincide con la anterior determinación, o su diferencia es de 1 golpe, se anota el resultado en el registro respectivo, promediando el segundo caso (registro de prueba del laboratorio). En caso de que la diferencia sea mayor de 1 golpe se repite el proceso hasta lograr una coincidencia en los intentos sucesivos. 6.8.1.7.

Se determina la masa de los vidrios de reloj (ó equivalente).

6.8.1.8. Se coloca una porción del material que este próximo a la ranura, en un vidrio de reloj (o equivalente), para determinar el contenido de agua. 6.8.1.9. Se determina su masa con una aproximación de 0,01 g, anotando el valor en la columna tara muestra con contenido de agua (Wm + t), en el registro correspondiente. 6.8.1.10 Se repiten los pasos del 6.8.1.3 al 6.8.1.9, para ir variando la consistencia del material. Se debe contar con 4 determinaciones como mínimo, procurando que estén comprendidas entre 5 golpes y 40 golpes. 6.8.1.11. Todos los vidrios de reloj (ó equivalente), conteniendo las muestras tomadas se introducen en el horno a 383 K (110 ºC), durante un período mínimo de 20 h ± 4 h, para que se sequen, hasta masa constante. Una vez secos y fríos, se extraen del horno y se colocan dentro de un desecador para que no ganen humedad; después se determina su masa y se anota el valor en la columna tara + muestra seca (Wd + t) en su respectivo renglón, del registro de prueba. 6.8.1.12. Se siguen los pasos necesarios para obtener el contenido de agua en porciento (%), correspondiente a cada número de golpes y se cons truye la curva número de golpes contra contenido de agua en porciento (%) en el rayado semi - logarítmico del registro de prueba. El límite líquido se encuentra donde cruza la línea al contenido de agua en porciento correspondiente a 25 golpes (Ll). 6.8.2.

Determinación del límite plástico

6.8.2.1. Se toma aproximadamente la mitad de la muestra separada en el frasco, según se indicó en la preparación de la muestra en 6.6.1.2.1 procurando que tenga un contenido de agua uniforme cercana al contenido de agua óptimo para poder realizar la prueba; se rueda con la mano sobre una superficie limpia y lisa no absorbente como una placa de vidrio, hasta formar un rollo cilíndrico de 3,2 mm, de diámetro. 6.8.2.2. Se amasa la tira y se vuelve a rodar, repitiendo la operación tantas veces como sea necesario para reducir, gradualmente, el contenido de agua por evaporación, hasta que el rollo cilíndrico empiece a endurecer. 6.8.2.3. El límite plástico se alcanza cuando el rollo cilíndrico (para comprobar el espesor del rollo cilíndrico se puede emplear un escantillón de 3,2 mm (1/8”) de diámetro, se agrieta al ser reducido aproximadamente a 3,2 mm de diámetro. 6.8.2.4. Inmediatamente se divide el rollo cilíndrico y se ponen los trozos del material en una cápsula de material no absorbente en 2 vidrios de reloj (o equivalente) y se determina su masa en la balanza de 0,01 g de aproximación, y se registra este valor en la columna tara + muestra con contenido de agua (Wm + t) del cuadro correspondiente al límite plástico, en el registro de prueba; asimismo se anota al número de la tara y su masa en sus columnas respectivas.


27 de 101

6.8.2.5. Con la otra mitad de la muestra se repiten los pasos del 6.8.2.1 al 6.8.2.4 para comprobar la determinación anterior. 6.8.2.6. Se introducen los vidrios de reloj (o equivalentes) con las determinaciones obtenidas, en el horno a 383 K (110 °C), como se indica en 6.8.1.11. 6.8.2.7. Con los datos anteriores se calcula el contenido de agua en % (porciento). Si la diferencia de las dos determinaciones no es mayor de 2% se promedian, y en caso contrario se repite la determinación. El promedio es el valor en (porciento) % del límite plástico (Lp). 6.8.3.

Determinación del límite de contracción

6.8.3.1. El límite de contracción puede determinarse gráficamente por medio de una prueba de laboratorio, o calcularse analíticamente con la fórmula siguiente:  Vi - Vf  Lc = Wc = W1 -   × 100  Ws 

Donde: Lc Wi Vi Vf Ws

es el límite de contracción en %. es el porcentaje de agua del suelo antes de contraerse. es el volumen inicial de la pastilla de suelo. es el volumen final de la pastilla de suelo. es la masa de sólidos.

Ws se le llama la relación de contracción y es igual, en valor, a la masa volumétrica seca máxima Vf que puede alcanzar un suelo al contraerse.

A la relación R =

El cambio volumétrico (Cv), ocurre cuando el contenido de agua de la muestra se reduce del contenido de agua de campo (H.C.), hasta el límite de contracción. Se obtiene mediante la fórmula: Cv = (H.C. - Lc) R La contracción lineal, cuando el contenido de agua se reduce del (H.C) al límite de contracción, se calcula con la fórmula:   100  Lc.1 = 100 1- 3  (Cv + 100)   6.8.3.2.

Procedimiento

6.8.3.2.1.

Se toman 200 g de material seco que haya pasado a través de la malla 4,75 mm (No. 4).

6.8.3.2.2. En un mortero se desmoronan los grumos, procurando no romper los granos de arena y se tamiza el material a través de la malla 0,425 mm (No. 40) hasta obtener aproximadamente 100 g de material seleccionado. 6.8.3.2.3. líquido.

En la cápsula de 160 mm se prepara una pasta de consistencia al golpe 25 definida como límite

6.8.3.2.4. Se llena el recipiente de cristal o acero inoxidable de dimensiones estándar al Petri, con la pasta preparada, golpeando el conjunto sobre un cojín protegido, con el objeto de remover las posibles burbujas de aire. 6.8.3.2.5 Una vez que se han removido todas las burbujas y que se ha llenado totalmente el Petri, se enrasa utilizando una espátula de cuchillo, y se limpia perfectamente. 6.8.3.2.6. Se determina la masa del recipiente con el material con el contenido de agua, anotando el dato en la columna a) del registro de prueba, en el mismo renglón se registra el volumen, columna f). 6.8.3.2.7.

Se deja secar el material del recipiente en el medio ambiente durante un lapso de 12 h a 24 h.

6.8.3.2.8. prueba.

Se determina su masa, anotando el valor en el siguiente renglón de la columna a) del registro de

28 de 101


6.8.3.2.9. Se llena un recipiente hasta derramar, con Hg y se enrasa. Para enrasar se coloca una placa circular perforada sobre la superficie del Hg y por medio del dispositivo especial de lucita se presiona hacia abajo forzando el excedente de Hg a salir del cilindro. El Hg que se derrama resbalada por la base y se recoge en la parte inferior de esta en una cápsula protegida con una cubierta especial de lucita que impide pérdidas de Hg. Es necesario limpiar perfectamente la base y el recipiente, para lo cual se utiliza una brocha de cerda fina. (Hay que tomar precauciones al manejar el Hg por la gran toxicidad de sus vapores). 6.8.3.2.10. la anterior.

En la parte inferior del dispositivo de lucita se coloca una nueva cápsula limpia y tarada en el lugar de

6.8.3.2.11. Se coloca el recipiente de Petri, protegido con la placa circular perforada sobre la superficie del Hg y se sumerge el conjunto lentamente con movimiento de rotación por medio del dispositivo especial de lucita. Es necesario mantener sumergido el conjunto mientras se limpia perfectamente el recipiente y la base. En esta operación el Hg desalojado representa el volumen del Petri más la muestra contraída. 6.8.3.2.12.

Se determina su masa de la cápsula con Hg anotando el dato en la columna c).

6.8.3.2.13. Es necesario quitar en lo posible el Hg que ha quedado en los espacios originados por la contracción del material. Esta operación se efectúa inclinando el Petri y golpeándolo suavemente. Hecho lo cual se determina su masa del Petri anotando el dato en la columna h). 6.8.3.2.14. Repítanse los incisos de 6.8.3.2.3 al 6.8.3.2.13 inclusive, con diversos contenidos de agua, en la muestra, dependiendo de las determinaciones que se requieran efectuar. 6.8.3.2.15. Se introduce los Petri con el material dentro del horno a 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC) de temperatura, hasta obtener una masa constante. Las diferentes etapas de contracción de una muestra, se apreciaran claramente a simple vista. Véase figura 5.

FIGURA 5.- Etapas de contracción de una muestra 6.9.

CÁLCULOS

6.9.1.

Contenidos de agua de las determinaciones del límite líquido y plástico

El método de cálculo para los contenidos de agua de las determinaciones del límite líquido y plástico, se efectúa en la siguiente forma 6.9.1.1. A los valores de la columna Wm + t se les resta el de la columna Wd + t, para obtener la masa correspondiente al agua (Wm). 6.9.1.2. A los valores de la columna Wd + t se les resta el de la columna Wt, para obtener la masa de los sólidos (Ws). 6.9.1.3. A los valores de la masa del agua (Ww) se les divide entre los valores de la masa de los sólidos (Ws), y se les multiplica por 100 para obtener el contenido de agua en porciento (%) de cada determinación. 6.9.2.

Límite de contracción

El método de cálculo para el límite de contracción se efectúa de la forma siguiente: 6.9.2.1. A los valores de la columna a) se les resta la masa, ya tabulada, el Petri en cuestión, a fin de obtener los valores correspondientes de la columna b). NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

29 de 101

6.9.2.2. A los datos de la columna c), bastará restarle el valor único de la columna d) para obtener las masas correspondientes de la columna e). 6.9.2.3. El volumen inicial de la muestra es el correspondiente al Petri calibrado, ya que la muestra al iniciar la prueba ocupa todo el volumen; en este caso el volumen inicial es de 31,15 mL y se anota en el primer renglón de la columna f). 6.9.2.4. Los volúmenes correspondientes a la muestra a medida que avanza la prueba, se obtienen de dividir las masas del Hg, anotados en la columna e), entre la masa volumétrica de este (13,6 g/mL), anotándolos en la columna f) en su renglón correspondiente. 6.9.2.5. Los valores de la columna i) son el resultado de dividir los valores de la columna b) entre los correspondientes de la columna f) multiplicados por mil para obtener kg/mL. 6.9.2.6. El último renglón de la columna b), representa la masa de la muestra seca. Así pues, ese valor restado a cada uno de los renglones anteriores de la misma columna b), nos da las distintas masas de agua que corresponden a la muestra durante las distintas fases de la prueba, y estos se anotan en la columna j). 6.9.2.7. La columna k) se obtiene, dividiendo cada uno de los valores de la columna j), entre el último renglón de la columna b). Este cociente se multiplica para obtener el porcentaje de humedad. 6.9.2.8. La columna l) se obtiene al dividir el último renglón de la columna b) entre cada uno de los valores de la columna f) multiplicando por mil. 6.9.2.9. La columna m) se obtiene restando el volumen seco, último renglón de la columna f), a cada uno de los renglones anteriores de la misma columna. 6.9.2.10. Los valores de la columna n) resultan al dividir los de la columna m) entre el último renglón de la columna f) y multiplicarse por 100. Con los porcentajes de agua, columna k) y los porcentajes de cambio de volumen, columna n), se construye una gráfica en rayado natural, colocando en el eje de las ordenadas los porcentajes de cambio de volumen y en las abscisas los porcentajes de agua. Se traza una línea uniendo los puntos donde hay variación de volumen y otra que une los puntos donde la variación de volumen es nula; es valor de la humedad en porciento que corresponda al cruce de estas dos líneas en el límite de contracción (Lc). 6.9.3.

Índices de consistencia

Los índices de consistencia se deducen de los límites líquido, plástico y de contracción, en la forma siguiente: 6.9.3.1. Índice de plasticidad (Ip), es la diferencia en porciento, que hay entre el límite líquido (Ll) y el límite plástico (Lp): Ip = Ll - Lp 6.9.3.2. Numéricamente, el índice de escurrimiento o fluidez (Fw), se obtiene de la diferencia de humedad en un ciclo completo, considerándola en su fracción racional. Ejemplo: el ciclo completo es de 5 golpes a 50 golpes, el valor de humedad expresada en fracción racional correspondiente a 5 golpes es igual a 0,834 y la correspondencia a 50 golpes es igual a 0,629, la diferencia es Fw: Fw = 0,834 - 0,629 = 0,205 6.9.3.3. Indice de tenacidad Tw se obtiene de dividir el índice de plasticidad Ip entre el índice de escurrimiento Fw, ambos expresados en fracción racional. Ip Tw = Fw Ejemplo: 0,3221 Tw = = 1,571 0,205 6.9.3.4.

La consistencia relativa, está dada por la fórmula:

Cr =

30 de 101

(Li - W ) Ip


Donde: Cr W Li Ip

es la consistencia relativa es la humedad del material considerado es el límite líquido es el índice de plasticidad

6.9.3.5.

Índice de contracción (Ic), se obtiene de restar el límite plástico el límite de contracción. Ic = Lp - Lc

6.9.3.6.

Relación agua - plasticidad, expresada en porciento es:

 (W - Lp)   ×100 B =  Ip   Posibles errores: a) b) c) d) e)

f) g) h)

El estado de conservación, o bien el ajuste, del dispositivo para determinación del límite líquido, pueden ser defectuosos. El material de la base puede no tener la restitución dinámica adecuada. Contenido de agua no homogéneo en la muestra utilizada para determinar el límite líquido, por falta de mezclado prolongado, rem oldeo escaso. Presencia de burbujas de aire. Herramientas de ranuración gastada, ocasionando que la ranura formada en el suelo tenga más de 2 mm de ancho en el fondo. Corte incorrecto de la ranura. En suelos arenosos es posible que la ranura se forme por deslizamiento del suelo sobre la superficie de la copa en vez desalojar el material de la ranura con la herramienta, sin desplazar el material a los lados. En tal caso, la ranura se cierra más rápidamente de lo que debiese. Descuido en rodar el cilindro de suelo hasta alcanzar realmente el límite plástico. Diámetro incorrecto del cilindro del límite plástico. Presencia de cavidades o burbujas en el interior de la pastilla de suelo para determinación del límite de contracción.

6.10.

Precisión

Los requerimientos para la precisión de este método de prueba no han sido determinados.

6.11.

Informe

Se debe incluir el registro de prueba del laboratorio, cada Ingeniero debe desarrollar la información, según requerimiento y criterio, ayudándose con el formato de la figura 6.


31 de 101

Operador

32 de 101

Masa de muestra humedad +

Calculó (V + V ) / V

% de volumen

V -V

Volumen húmedo - volumen seco

Masa volumétrica seca

masa seca W

% de agua en función de la

Pozo Est.

Masa agua Ww

Masa volumétrica húmeda

agua evaporada

Diferencia de masa 1ª a 2ª =

adherido después inmersión

Masa de muestra + Petri + Hg

Petri + Hg después evaporación

Procedencia Banco Muestra Petri No. Peso Petri

Volumen muestra

muetra húmeda

Masa Hg desalojado por

por Petri

Masa cápsula Hg desalojado

h + Petri + cápsula

Masa Hg desalojado por muestra

Lc

Masa muestra húmeda

Masa Petri muestra húmeda

LIMITE DE CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA Identificación Profundidad Fecha

CROQUIS

Wi - Vi - Vf Ws

Lc = Calculado

Lc = Observado

Ic =

Observaciones

Fecha


LÍMITE LÍQUIDO Tara No.

Número de golpes

Wm + T g

Wd + T g

Tara g

Ww g

Ws g

W %

LÍMITE PLÁSTICO

CONTENIDO DE AGUA (%)

CONTRACCIÓN LINEAL BARRA No. Lec. Inicial Lec. final C.L. (%)

RESULTADOS LL (%) LP (%) IP (%) SUCS

5

10

20

30

40

50

NÚMERO DE GOLPES

FIGURA 6.- Lámina referencias de calculo de límite de contracción volumétrica y lámina de referencia para calcular y graficar los límites de consistencia 7. LINEAL

MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN

7.1.

Resumen del método

Este capítulo establece el procedimiento para determinar la contracción lineal de la porción fina de los suelos. Esta determinación ha sido utilizada principalmente con objetivos de identificación y clasificación de suelos, quedando abierto su empleo.

7.2.

Referencias

Este Capítulo, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para la clasificación de materiales granulares. Capítulo 3, Preparación de las muestras y Capítulo 6, Límites de consistencia.


33 de 101

7.3.

Definiciones

7.3.1

Contracción lineal

Se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelo que pasa la malla 0,425 mm (No. 40) (véase 7.2. Referencias), cuando su contenido de agua disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la pérdida total de agua, expresada dicha reducción como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen.

7.4.


7.4.1. Cápsula de porcelana 7.4.2. Espátula de hoja de acero flexible 75 mm de longitud y 20 mm de ancho 7.4.3. Espátula de abanico de 7,62 mm (3”) 7.4.4. Molde de lámina galvanizada rígida del No. 16, con una sección cuadrada de 20 mm por 20 mm y 100 mm de longitud. 7.4.5. Horno con termostato que mantenga una temperatura constante a 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC) 7.4.6. Calibrador vernier

7.5.


7.5.1.

Grasa o aceite

7.6.

Toma de muestras

La muestra se toma del material que contenga la humedad correspondiente al límite líquido obtenido en el golpe 25 según lo indicado en 6.9.3 del Capítulo 6 de esta norma mexicana.

7.7.


Para la realización de esta prueba se recomienda, que el lugar no este expuesto a cambios bruscos de temperatura, siendo la más recomendable entre los 288 K y 308 K (15 ºC y 35 ºC), si es en otras condiciones anotarlo en el registro de prueba correspondiente.

7.8.

Procedimiento

Con el material preparado en las condiciones indicadas se procede a llenar el molde de prueba, al cual se le aplico previamente una capa delgada de grasa en su interior para evitar que el material se adhiera a sus paredes. El llenado del molde se efectúa en tres capas, utilizando la espátula y golpeándolo después de la colocación de cada capa contra una superficie dura; para esto último, se debe tomar el molde por sus extremos, procurando siempre que el impacto lo reciba en toda su base, lo cual se logra conservando su paralelismo entre dicha base y la superficie sobre la cual se golpea. En cada caso las operaciones de golpeo deben prolongarse lo suficiente para lograr la expulsión del aire contenido en el material colocado, lo que se pone de manifiesto cuando ya no aparecen burbujas en su superficie. A continuación se enrasa el material en el molde utilizando la espátula y se deja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color, después de lo cual se coloca dentro del horno para su secado por un período de 20 h ± 4 h, a una temperatura constante de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC). Una vez seco y frío, se extrae del horno el molde con el espécimen y a continuación se saca la barra del molde. Finalmente, se mide con el calibrador la longitud media de la barra del material seco y la longitud interior del molde, con aproximación de 0,1 mm.

7.9.

Cálculo

La contracción lineal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:  (Li - Lf )  CL =   × 100  Li 

34 de 101


Donde: CL Li

es la contracción lineal aproximada al décimo más cercano, en por ciento. es la magnitud inicial de la barra de suelo húmedo, que corresponde a la longitud interior del molde, en milímetros. es la longitud media de la barra de suelo seco, en milímetros.

Lf

7.10.

Precisión

No han sido desarrollados los requerimientos para la precisión de este método. 7.10.1.

Causas de error

Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes: a) b) c)

d) e) f)

Que el molde rectangular que se emplea tenga defectos o rugosidades (golpes) en su forma interior. Engrasado deficiente del interior del molde, lo que ocasiona que el espécimen se rompa al contraerse. La forma incorrecta de golpear el molde, lo que puede ocasionar deficiencias de acomodo en el material, como la que ocurre si para golpear el molde se sujeta solo por uno de sus extremos, originando concentraciones de material en alguno de éstos . No dar el número necesario de golpes a la barra para eliminar el aire contenido en el material. Exponer el espécimen al sol o introducirlo en el horno inmediatamente después de elaborado, originando con ello que se agriete o deforme, principalmente cuando se trata de materiales muy cohesivos. Medir incorrectamente la longitud final de la barra, sobre todo cuando se rompa o arquea excesivamente.

7.11.

Informe

El informe de esta prueba puede ser dato complemento en el informe de prueba que se realiza para la determinación de límites de consistencia al que se refiere el Capítulo 6 de esta norma mexicana.

8. SUELOS

MÉTODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR LA MASA ESPECÍFICA DE LOS

8.1.

Resumen del método

Este Capítulo establece el procedimiento para determinar la masa específica relativa y absorción de las partículas de suelo. Esta prueba es aplicable para materiales que son retenidos en la malla No. 4,75 mm (No. 4) descrito en 8.8.1, y materiales que pasan a través de la malla No. 4,75 mm (No. 4) descrito en 8.8.2 de este Capítulo.

8.2.

Referencias

Este capítulo se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para la clasificación de materiales granulares. Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras , Capítulo 3 Procedimiento para reparación de las muestras y Capítulo 4 Método de prueba para la determinación del contenido de agua en materiales térreos.

8.3.

Definiciones

8.3.1.

Masa específica o masa volumétrica

Se define como masa específica o masa volumétrica de un material, γm, a la relación entre la masa del mismo y su volumen. 8.3.2.

Masa específica relativa o densidad de un material

Se llama masa específica relativa o densidad de un material, γm, a la relación entre su masa específica en las condiciones de temperatura y presión barométrica del lugar y la masa específica del agua destilada, γw, en las mismas condiciones de temperatura y presión barométrica. NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

35 de 101

La masa y el volumen a que se refieren las definiciones anteriores, se determinan conforme a los diferentes procedimientos descritos en los métodos de prueba, dando origen a varios conceptos de masa específica. 8.3.3.

Símbolo γ o

En la práctica, en lugar de γo se emplea γw, por ser aproximadamente iguales. El símbolo γo, representa la masa específica del agua destilada a 277 K (4 ºC) y a una presión barométrica de 760 mm de mercurio; el valor de γo, es de 1 gramo por cm 3. 8.3.4.

Absorción de un material pétreo

Se define como absorción de un material pétreo la cantidad de agua que penetra en sus partículas cuando se le deja sumergido en agua a una temperatura de 278 K a 308 K (5 ºC a 35 ºC) durante 24 h y se expresa en porciento con relación a la masa seca del material. Si se representa esquemáticamente una muestra de suelo o una partícula de material pétreo parcialmente saturadas, formadas por sus fases sólida, líquida y gaseosa, como se indica en la figura 7, de acuerdo con lo expresado anteriormente se establecen las siguientes definiciones y relaciones volumétricas y gravimétricas. 8.3.4.1.

Volumen de vacíos permeables, Vvp

Son los de las partículas en las cuales penetra el agua cuando se le somete a un cierto lapso de inmersión en ésta, estando formado por los huecos permeables o poros propios del material pétreo; en el caso de los suelos se incluyen también en este concepto a los espacios intergranulares. Cuando el material tiene todos sus vacíos permeables llenos de agua se dice que está saturado. 8.3.4.2.

Volumen de vacíos impermeables, Vvi

Son los de las partículas de un suelo o material pétreo, en los cuales no puede penetrar el agua durante un cierto lapso de inmersión en ella. Véase figura 7. VOLÚMENES

MASAS V vi

Va

FASE GASEOSA

Wa = 0

Vw

FASE LÍQUIDA

Ww

Vs

FASE SÓLIDA

Ws

Vv V vp Vm

Wm

FIGURA 7.- Fases de un suelo Donde: Vm Vs Vv Vvi Vvp Vw Va Wm Ws Ww Wa 36 de 101

es el volumen total de la muestra es el volumen de la fase sólida es el volumen de vacíos es el volumen de los vacíos impermeables es el volumen de los vacíos permeables es el volumen de la fase líquida o volumen de agua es el volumen de la fase gaseosa o volumen de aire es la masa total de la muestra es la masa de la fase sólida es la masa de la fase líquida o masa del agua es la masa de la fase gaseosa = 0 NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

8.3.5.

Volumen de vacíos, Vv

Es la suma de los vacíos permeables y de los vacíos impermeables de un suelo o material pétreo. 8.3.6.

Masa específica del suelo o material pétreo, γ m,

Masa específica del suelo o del material pétreo, γm, en gramos por centímetro cúbico (kg/cm 3).

γm =

Wm Ws + Ww = Vm Vs + Vvi + Vvp

En este caso se considera el volumen total del suelo o material pétreo, designan doce comúnmente a la masa específica, γm, como peso volumétrico, el cual se acostumbra expresarlo en kilogramos por metro cúbico. En la práctica el volumen impermeable, Vvi, se considera incluido en el volumen de sólidos, Vs, ya que es difícil determinarlo separadamente. 8.3.7.

Masa específica del suelo o del material pétreo seco, γ d

Masa específica del suelo o del material pétreo seco, γd, en gramos por centímetro cúbico (g/cm 3).

γd =

Ws Ws = Vm Vs + Vvi + Vvp

Este es un caso particular en γm, en donde Ww, es igual a cero (0) y generalmente se le designa como masa volumétrica del material seco expresándolo en kilogramos por metro cúbico (kg/m 3). 8.3.8.

Masa específica del suelo saturado o del material pétreo saturado y superficialmente seco, γ sat

Masa específica del suelo saturado o del material pétreo saturado y superficialmente seco, centímetro cúbico (g/cm 3).

γsat,

en gramos por

Ws + Wws Ws + Wws = Vm Vs + Vvi + Vvp Este es otro caso particular de γm, en donde Wws, es el peso del agua de saturación del suelo o del material pétreo, siendo ésta la que ocupa todos los vacíos permeables. γsat =

8.3.9.

Masa específica de la fase sólida del suelo o del material pétreo, γ s

Masa específica de la fase sólida del suelo o del material pétreo, γs, en gramos por centímetro cúbico (g/cm 3). γs =

8.3.10.

Ws Vs

Masa específica aparente de la fase sólida del suelo o del material pétreo, γ ap

Masa específica aparente de la fase sólida del suelo o del material pétreo, γap, en g/cm 3. γap =

8.3.11.

Ws Vs + Vvi

Masa específica relativa del suelo o del material pétreo, Sm

Masa específica relativa del suelo o del material pétreo, Sm, que es un número adimensional.


37 de 101

Sm = γm =

Ws + Ww 1  γO  + Vvi + Vvp  γo s  

En donde Ww, es la masa del agua que contenga el suelo o material pétreo. 8.3.12.

Masa específica relativa del suelo o del material pétreo seco, Sd

Masa específica relativa del s uelo o del material pétreo seco, Sd, que es un número adimensional.

Sd = 8.3.13. Ssat

γd Ws Ws = = γo Vm × γo (Vs + Vviv + Vvp ) γo

Masa específica relativa del suelo saturado o del material pétreo saturado y parcialmente seco,

Masa específica relativa del suelo saturado o del material pétreo saturado y parcialmente seco, número adimensional.

Ssat =

Ssat,

que es un

Ssat Ws + Wws Ws + Wws = = γo Vm × γo (Vs + Vvi + Vvp) γo

En donde Wws, es la masa del agua de saturación del suelo o del material pétreo. 8.3.14.

Masa específica relativa de la fase sólida del suelo o el material pétreo, Ss

Masa específica relativa de la fase sólida del suelo o el material pétreo, Ss, que es un número adimensional. A este valor se le conoce comúnmente como densidad.

Ss = 8.3.15.

γs Ws = γo Vs × γo

Masa específica relativa aparente del suelo o del material pétreo, Sap

Masa específica relativa aparente del suelo o del material pétreo, se le conoce comúnmente como densidad aparente.

Sap =

8.4.

Sap, que es un número adimensional. A este valor

Sap Ws = γo (Vs + Vvi ) γo

Equipos, aparatos e instrumentos

Según el método a emplear los aparatos, equipos y materiales son los siguientes: 8.4.1.

Para materiales que son retenidos en la malla 4,75 mm (No. 4)

8.4.1.1.

Malla 4,75 mm (No. 4)

8.4.1.2.

Balanza con capacidad mayor de 5 kg con aproximación de 0,5 g

8.4.1.3. Canastilla de malla metálica, con abertura de 3,35 mm (No. 6) o 2,36 mm (No. 8), de aproximadamente 20 cm de diámetro y 20 cm de altura o material metálico similar. 8.4.1.4.

Recipiente adecuado para sumergir la canastilla en agua y el material.

8.4.1.5. Dispositivo adecuado para suspender la canastilla del centro del platillo de la balanza. El alambre utilizado en este dispositivo debe de ser del diámetro más pequeño posible para reducir al mínimo los efectos de la longitud sumergida del mismo, como se muestra en la figura 8.

38 de 101


FIGURA 8.- Equipo para determinar la masa específica 8.4.1.6. ± 5 °C).

Horno provisto de control de temperatura, que permite mantenerla constante a 383 K ± 5 K (110 ºC

8.4.1.7.

Desecador de cristal.

8.4.1.8.

Cloruro de calcio.

8.4.1.9.

Lienzo absorbente.

8.4.1.10.

Picnómetro como se muestra en la figura 9 que cumpla con las tolerancias comerciales

FIGURA 9.- Picnómetro 8.4.1.11.

Probeta de 1 000 mL.

8.4.2.

Para materiales que pasan a través de la malla 4,75 mm (No. 4)

8.4.2.1.

Matraz aforado de vidrio refractario, de cuello largo y fondo plano, de 500 mL de capacidad.

8.4.2.2.

Malla 4,75 mm (No. 4)

8.4.2.3. 8.4.2.4.

Balanza con sensibilidad de 0,01 g. Termómetro graduado de 273 K a 323 K (0 ºC a 50 ºC), con subdivisiones a cada 1 K (1 ºC).

8.4.2.5.

Parrilla eléctrica o fuente de calor de función similar.

8.4.2.6.

Desecador de cristal.


39 de 101

8.4.2.7. Trampa de vacío o dispositivo neumático de succión capaz de producir un vacío máximo correspondiente a 100 mm Hg (0,136 kg/cm²). 8.4.2.8.

Batidora.

8.4.2.9.

Cuentagotas o pipeta de vidrio o metal.

8.4.2.10. Molde de latón o acero inoxidable en forma de cono truncado de 40 mm de diámetro en la base superior, 90 mm de diámetro en la inferior, con 75 mm de altura. El espesor de la lámina será de 0,8 mm como mínimo, para todas las medidas se permite una tolerancia de ± 3 mm. 8.4.2.11. ± 3 mm.

Pisón metálico con masa de 340 g ± 15 g, con los extremos planos y de un diámetro de 25 mm

8.4.2.12.

Espátulas.

8.4.2.13.

Cápsula de porcelana.

8.4.2.14.

Embudo.

8.5.


8.5.1.

Para materiales que son retenidos en la malla 4,75 mm (No. 4)

8.5.1.8.

Cloruro de calcio.

8.5.1.9.

Lienzo absorbente.

8.5.2.

Para materiales que pasan a través de la malla 4,75 mm (No. 4)

8.5.2.1.

Agua destilada.

8.5.2.2.

Cloruro de calcio anhidro.

8.5.2.3.

Alcohol

8.5.2.4.

Éter sulfúrico.

8.5.2.5. Mezcla crómica para lavado, que se obtiene disolviendo en caliente 60 g de bicromato de potasio, en 300 mL de agua destilada, a la cual se le adicionan en frío 450 mL de ácido sulfúrico comercial. 8.5.2.6.

Papel absorbente.

8.6.


8.6.1.

Preparación de la muestra para materiales que son retenidos en la malla 4,75 mm (No. 4)

8.6.1.1. De una muestra preparada como se indica en el capítulo 3 de esta norma mexicana, se toman 5 kg y se le elimina mediante tamizado la fracción que pasa a través de la malla 4,75 mm (No. 4); a continuación se obtiene por cuarteo, el retenido de dicha malla, una porción representativa de 1 000 g aproximadamente.

40 de 101


8.6.2 Preparación de la muestra para suelos arcillosos o cohesivos que pasan a través de la malla 4,75 mm (No. 4) 8.6.2.1. Del material previamente secado, disgregado y cuarteado de acuerdo con el procedimiento indicado en el capítulo 3 de esta norma mexicana, se obtiene por cribado a través de la malla 4,75 mm (No. 4), una porción de 100 g, aproximadamente, de la fracción que pase dicha malla. 8.6.2.2. Se deposita este material en una cápsula, se adiciona agua destilada y se mezcla con ayuda de la espátula hasta obtener una pasta suave. 8.6.2.3 Se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se agrega agua destilada hasta completar aproximadamente 250 mL y se hace funcionar dicho aparato durante un lapso de 15 min, aproximadamente, para formar una suspensión uniforme. 8.6.3. (No. 4)

Preparación de la muestra para suelos arenosos y no cohesivos que pasan por la malla 4,75 mm

8.6.3.1 Del material previamente secado, disgregado y cuarteado de acuerdo con los procedimientos indicados en el capítulo 3 de esta norma mexicana (véase 8.2. referencias), se obtiene por tamizado en la malla 4,75 mm (No. 4), una porción de 1 000 g, aproximadamente, de la fracción que pase por dicha malla. 8.6.3.2 Se seca el material hasta masa constante, a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC) y se deja enfriar a la temperatura ambiente hasta que se pueda manipular. 8.6.3.3 Se sumerge el material en un vaso con agua limpia a una temperatura de 278 K a 308 K (5 ºC a 35 ºC) y se mantiene en es tas condiciones durante 24 h. 8.6.3.4 Se decanta el agua, se extiende el material sobre una superficie plana no absorbente y se aplica una corriente de aire a la vez que se remueve en forma continua para asegurar un secado uniforme. 8.6.3.5. Se coloca el molde cónico sobre una superficie plana apoyándolo en su base de mayor diámetro y se llena con material parcialmente seco, al cual se le aplican 25 golpes suaves con el pisón, durante la aplicación de los golpes de ser necesario se adiciona material de tal forma que al terminar los golpes el cono se encuentre parcialmente lleno, después de lo cual se levanta verticalmente el molde. Si el material contiene humedad superficial mantendrá la forma cónica; en este caso, se continúa la operación de secado, repitiendo frecuentemente el procedimiento del cono antes descrito, hasta que al levantar éste, el material no mantenga la forma cónica, lo que indica que ya no contiene humedad superficial. Si al efectuar la prueba por primera vez, el material no mantiene la forma cónica se le agregan unos centímetros cúbicos de agua, se mezcla perfectamente y se deja en reposo en un recipiente cubierto, durante un tiempo mínimo de 30 min y se repite la operación de secado que se indica en este párrafo, hasta obtener el secado superficial. 8.6.4. Del material obtenido como se indica en los incisos 8.6.2. ó 8.6.3, se pesa una cantidad de 100 g a 500 g y se registra esta masa como Wsat.

8.7.


Esta prueba debe realizarse en un lugar que no este expuesto a cambios bruscos de temperatura.

8.8.

Procedimiento

8.8.1.

Método de prueba para materiales que son retenidos en la malla 4,75 mm (No. 4)

8.8.1.1. Se lava el material retenido en la malla 4,75 mm (No. 4), con el fin de eliminar cualquier película de polvo o material extraño que contenga. 8.8.1.2. Se seca la fracción lavada hasta una masa constante y una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 °C). Se deja enfriar a la temperatura ambiente durante una a tres horas. 8.8.1.3. La muestra lavada se sumerge en agua limpia a una temperatura de 278 K a 308 K (5 ºC a 35 °C), y se mantiene en estas condiciones durante 24 h. 8.8.1.4. Transcurrido el tiempo, se extrae la muestra del agua y se rola sobre el lienzo absorbente ligeramente humedecido para secarla superficialmente. Las partículas más grandes se secan en forma individual.


41 de 101

8.8.1.5.

Se pesa la canastilla vacía y sumergida en agua y se registra esta masa como Wc, en gramos.

8.8.1.6.

Se pesa el material saturado y superficialmente seco y se registra esta masa como W1, en gramos.

8.8.1.7. Inmediatamente después se coloca el material dentro de la canastilla de alambre, se sumergen ambos en agua limpia a temperatura ambiente y se suspende en el centro del platillo de la balanza por medio del dispositivo previsto para tal fin. La canastilla se debe sumergir a una profundidad adecuada para que esta y el material queden completamente cubiertos por el agua durante la operación de pesado. Cuando se aprecia que no salen burbujas de la canastilla y material sumergidos, se determina en estas condiciones la masa del material con la canastilla, anotándola como W2, en gramos. 8.8.1.8. Se extrae del agua la canastilla con la muestra y se coloca esta última dentro del horno a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 °C), para su secado hasta masa constante. 8.8.1.9. Después de secada la muestra se deja enfriar dentro del desecador hasta que alcance la temperatura ambiente y a continuación, se determina su masa y se anota ésta como Ws, en gramos. 8.8.1.10. Se determina la masa del material sumergido en el agua restando la masa W2, la masa Wc, de la canastilla sumergida y se anota como W3, en gramos. 8.8.1.11. Las masas específicas relativas y la absorción del material pétreo se calcula como se indica en 8.9, tomando en cuenta los conceptos establecidos en 8.3 de esta norma mexicana, los cuales se ilustran en la figura 10. Donde: Vs es el volumen de la fase sólida Vvp es el volumen de los vacíos permeables Vvi es el volumen de vacíos impermeables Vm = Vs + Vvi + Vvp Donde: Ws es el peso de la fase sólida del material pétreo Wi es el peso de la fase sólida más el peso del agua en vacíos permeables = Ws + Wws Wws = VvpYo; (Yo es igual a un gramo por centímetro cúbico) W3 es el peso del material sumergido en el agua (Método de la canastilla) Ws – W3 = (Vs + Vvi) Yo (principio de Arquímedes) W1 – W3 = Ws +Wws – W3 = (Ws – W3)+Wws = W1 – W3 = (Vs + Vvi + Vvp) Yo = VmYo

FIGURA 10.- Esquema de una partícula de materia pétreo saturado 8.8.1.1.1. Cuando no se requiere mucha precisión en la determinación de las masas específicas relativas mencionadas en este inciso, el volumen del material, Vm, se puede determinar por desalojamiento volumétrico utilizando un picnómetro, figura 9 y procediendo como se indica a continuación: 8.8.1.1.2. Se coloca el picnómetro en una superficie horizontal estable y se llena con agua hasta el nivel de derrame, dejando abierto el grifo de salida y colocando debidamente centrada y apoyada una probeta de 1 000 mL, para recibir el agua que desaloje la muestra. 8.8.1.1.3. Estando el material saturado y superficialmente seco, se determina su masa y se registra como W1, en gramos; a continuación, se depositan cuidadosamente en el picnómetro las partículas de dicho material y simultáneamente se recoge en la probeta el agua desalojada. 8.8.1.1.4. Una vez que ha terminado de escurrir el agua a la probeta se lee en ésta el volumen desalojado con aproximación al mililitro, anotándose como, Vm. 8.8.1.1.5. Se saca la muestra del picnómetro, se coloca dentro del horno a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC), y se seca hasta que la masa sea constante, después de lo cual se retira del saca del horno y se deja enfriar dentro del desecador hasta que alcance la temperatura ambiente; a continuación, se determina su masa y se anota este como Ws, en gramos.

42 de 101


8.8.1.1.6. Las masas específicas del material pétreo y en su caso la absorción se determinan aplicando las fórmulas del capítulo 8.9. de esta norma, excepto para la masa específica relativa aparente o densidad aparente, Sap, se calcularán empleando la siguiente expresión:

Sap = 8.8.2

Ws Ws = Vm − (w1 − Ws) (Vs + Vvi) dv

Método de prueba para materiales que pasan a través de la malla 4,75 mm (No. 4).

Antes de proceder a efectuar la prueba se debe limpiar el matraz y en caso de que no se encuentre calibrado, se procede a hacerlo en la forma que a continuación se indica: 8.8.2.1.

Se lava el matraz con la mezcla crómica para eliminar la grasa que pueda tener adherida en su interior.

8.8.2.2. Se enjuaga con agua destilada y se escurre perfectamente, bañando a continuación su pared interior con alcohol para eliminar los residuos de agua. 8.8.2.3. Para finalizar el lavado se enjuaga nuevamente el matraz con éter sulfúrico y con objeto de facilitar la eliminación de éste, se coloca el matraz en un soporte con la boca libre hacía abajo, durante 10 min o el tiempo necesario para su secado. 8.8.2.4.

Se determina la masa del matraz seco y limpio y se anota esta masa como Wf, en gramos.

8.8.2.5. Se llena el matraz con agua destilada, que se encuentre a la temperatura ambiente, hasta 5 mm abajo de la marca de aforo, aproximadamente, dejándola reposar durante unos minutos. 8.8.2.6. Se verifica si la temperatura del agua dentro del matraz es uniforme, tomando lecturas con el termómetro a diferentes profundidades. Si la temperatura no es uniforme, se agita suavemente el agua con el termómetro. Si la diferencia de temperaturas es relativamente grande, se tapa con la palma de la mano el matraz y se voltea lentamente procurando evitar la formación de burbujas, se mide la temperatura del agua colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz y se anota dicha temperatura. 8.8.2.7. Se agrega agua destilada, utilizando el cuentagotas hasta que la parte inferior del menisco coincida con la marca de aforo. 8.8.2.8. el menisco.

Se seca cuidadosamente el interior del cuello del matraz, con un papel absorbente enrollado, sin tocar

8.8.2.9

Se determina la masa del matraz lleno de agua y se anota esta masa como Wfw, en gramos.

8.8.2.10. A continuación se efectúan cuantas determinaciones sean necesarias para la obtención de una buena calibración del matraz Wfw, entre las temperaturas de trabajo del laboratorio, siguiendo las indicaciones de los incisos 8.8.2.6. a 8.8.2.10. 8.8.2.11. Finalmente se dibuja la curva de calibración del matraz en un sistema de ejes coordenadas, marcando las temperaturas en la escala horizontal y las masas Wfw, en la escala vertical. Debe obtenerse una curva suave y que satisfaga las necesidades para la realización de la prueba. 8.8.2.12. Inmediatamente después de preparar la muestra conforme a lo indicado en 8.8.2 y 8.8.3, de esta norma, utilizando el embudo se coloca cuidadosamente ésta en el matraz limpio y se le vierte agua destilada, hasta la mitad de su volumen, aproximadamente. 8.8.2.13. Empleando el dispositivo de succión, se aplica vacío al matraz durante 15 min, con objeto de extraer el aire contenido en la muestra; para facilitar este proceso se agita cuidadosamente la suspensión con un movimiento giratorio del matraz alrededor de su eje, la succión máxima que se aplique no debe exceder de 100 mmHg (0,136 kg/cm²). 8.8.2.14. En caso de no contar con el dispositivo de succión, para el mismo fin debe calentarse el matraz hasta lograr una ebullición moderada durante 20 min como mínimo, haciéndolo girar alrededor de su eje para acelerar la eliminación de aire atrapado en el material, posteriormente debe dejar enfriar la suspensión hasta una temperatura cercana a la del ambiente y dentro del intervalo de calibración del matraz. 8.8.2.15. Se agrega cuidadosamente agua destilada hasta la marca de aforo y se vuelve a aplicar el vacío, para asegurar que no haya quedado aire atrapado en la muestra, lo cual ocurrirá cuando ya no se observe ninguna variación en el nivel del menisco. NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

43 de 101

8.8.2.16.

En el caso de haberse aplicado ebullición únicamente se agrega agua hasta la marca de aforo.

8.8.2.17. Una vez que se ha logrado eliminar el aire de la suspensión, debe hacerse coincidir el nivel inferior del menisco con la marca de aforo; para esto si es necesario, se quita o agrega agua destilada, utilizando el cuentagotas. 8.8.2.18. Se secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz y el interior del cuello del mismo; para esta última operación se puede emplear un papel absorbente enrollado, evitando tocar y perturbar el menisco. 8.8.2.19.

Se determina la masa del matraz con el suelo y el agua, anotando esta masa como, Wfsw, en gramos.

8.8.2.20. Se tapa el matraz y se invierte varias veces en forma cuidadosa, con el fin de uniformizar la temperatura de la suspensión y a continuación se coloca el bulbo del termómetro en el centro del matraz, y la temperatura que registre es considerada como la de la prueba. 8.8.2.21. Una vez concluidas las etapas anteriores, se vierte toda la suspensión a una cápsula de porcelana, empleando el agua necesaria para arrastrar todas las partículas del suelo y se deja reposar durante 24 h. Se elimina el agua sobrante mediante una cuidadosa decantación y se lleva la muestra al horno para su secado total a masa constante, a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5ºC); se determina y se anota la masa seca de la muestra, Ws, en gramos; en los casos en los que la masa de suelo empleada ya es conocida, se puede verificar de ser necesario. 8.8.2.22. En el caso de arenas, el período de reposo puede reducirse hasta que se observe limpio el tirante de agua, continuando la prueba en la forma descrita en el inciso 8.8.2.21 de esta norma. 8.8.3.

Procedimiento para materiales que pasan a través de la malla 4,75 mm (No. 4).

8.8.3.1. Un matraz limpio de 500 cm 3 previamente calibrado, se determina su masa con 100 cm 3 de agua destilada y se registra su masa como Wm (masa de matraz más agua antes de agregar los sólidos). 8.8.3.2. El material seco (aproximadamente 60 g) se vierte en el matraz con agua, esta operación se facilita mediante el empleo de un embudo de material no absorbente, posteriormente se determina la masa y se registra como Wms (masa del matraz más agua más sólidos). 8.8.3.3. Posteriormente se desprende el material que haya quedado adherido al interior del cuello del matraz empleando la piseta con agua destilada, se mueve el material para homogenizarlo y se le adiciona más agua destilada para bajar el material que haya quedado en el globo del matraz. 8.8.3.4.

A continuación se repite lo des crito en los incisos del 8.8.2.13 al 8.8.2.20 inclusive.

8.9.

Cálculo

8.9.1.

Masa específica relativa Sd, del material seco, número adimensional. Sd =

8.9.2.

Ws Ws Ws = = W1 − W3 Vm γo (Vs + Vvi + Vp)γo

Masa específica relativa del material saturado y superficialmente seco, Ssat, número dimensional. Ssat =

W1 Ws + Wws Ws + Wws = = W1−W 3 Vm • γo (Vs + Vvi + Vp)γo

8.9.3. Masa específica relativa aparente o densidad aparente de la clase sólida, adimensional. Sap = 8.9.4.

44 de 101

Sap, del material, número

W1 Ws = Ws − W 3 (Vs + Vvi )γo

Absorción del material, Wab, en porciento.


Wab =

W 1 − Ws x100 Ws

En las fórmulas anteriores: W1

Es la masa del material saturado y superficialmente seco, en gramos.

W2

Es la masa del material saturado incluyendo la canastilla, sumergida en agua a temperatura ambiente.

W3

Es la masa del material saturado y sumergido en el agua, en gramos.

Ws

Es la masa del material seco al horno, en gramos.

8.9.5.

La masa específica relativa del material seco, Sd, aplicable al caso de suelos no cohesivos. Sd =

Ws Wfw + Wsat + Wfsw

8.9.6. La masa específica relativa del material saturado y superficialmente seco, suelos no cohesivos. Ssat =

Wsat Wfw + Ws − Wfsw

8.9.7. La masa específica relativa aparente de la fase sólida, no cohesivos. Sap =

8.9.8.

Ssat, aplicable al caso de

Sap, aplicable tanto a suelos cohesivos como

Ws Wfw + Ws − Wfsw

Absorción, Wab, en por ciento, aplicable a suelos no cohesivos. Wab =

Wsat − Ws x100 Ws

En las fórmulas anteriores: Ws

Es la masa del suelo seco en gramos.

Wfw

Es la masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba, determinado de la curva de calibración del matraz, en gramos.

Wsat

Es la masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, en gramos.

Wfsw

Es la masa del matraz conteniendo al suelo y agua hasta la marca de aforo a la temperatura de prueba, en gramos.

8.9.9. El método de desalojamiento volumétrico utilizando el picnómetro para obtener el volumen del material Vm, inciso 8.8.1.1.1, no es recomendable emplearlo para fines de la determinación de las masas específicas relativas mencionadas en 8.8.1, sin embargo es una alternativa que se puede presentar en las pruebas de mecánica de suelos donde no exista otro método que emplear. 8.9.10. Con los procedimientos antes descritos en los incisos 8.8.2 se obtienen las masas especificadas de los suelos con una exactitud de 0,01 para uso general; cuando se requiera mayor precisión debe repetirse la prueba de que se trate, hasta lograr que dos de los resultados tengan una discrepancia menor de ± 0,02 respecto al promedio de los valores obtenidos en las pruebas efectuadas.

8.10.

Precisión

No ha sido desarrollada precisión alguna para este método.


45 de 101

8.11.

Informe

8.11.1.

Se debe informar el método utilizado en la prueba.

8.12.

Bibliografía

Mecánica de Suelos, Instructivo para ensayes de suelos, Secretaría de Recursos Hidráulicos, México, 1970. Manual de Diseño de Obras Civiles, Comisión Federal de Electricidad, México, (1979) B.2.2 Propiedades Físicas y Mecánicas de los Suelos. Mecánica de Suelos, (1980) Eulalio Juárez B. y Alfonso Pico R., México, Tomo I. ASTM Norma D – 854 – 93 Standard Test Method for SPECIFIC GRAVITY OF SOILS

8.13.

Apéndice informativo

8.13.1.

Posibles errores

Algunos posibles errores pueden ocurrir durante el desarrollo de la prueba, los más comunes se describen a continuación 8.13.1.1.

Remoción incompleta del aire atrapado en el suelo

8.13.1.2. Secado defectuoso del interior del cuello y del exterior del matraz. Este error puede ocurrir especialmente cuando se esta calibrando el matraz con agua a temperatura inferior a la temperatura ambiente ya que el agua se condensa en el exterior del matraz cuando se determina su masa a la temperatura ambiente. 8.13.1.3. Precisión insuficiente al determinar su masa en varias ocasiones. Debe emplearse la misma balanza para la calibración del matraz y para las pruebas subsecuentes de determinación de densidad de sólidos. NOTA 3 :

Indicar en la calibración del matraz que balanza se empleo para la misma.

8.13.1.4. Falta de cuidado en llenar el matraz aforado exactamente hasta la marca de calibración (Una gota de agua tiene un volumen aproximado de 0,04 cm 3). Este error puede reducirse tom ando el promedio de varias lecturas a la misma temperatura. 8.13.1.5. Temperatura no uniforme dentro del matraz (Verifique la variación de temperatura en diversos puntos durante la medición). 8.13.1.6.

Pérdida de material durante la prueba.

8.13.1.7. Secado incompleto al fin de la prueba o bien absorción higroscópica de agua de la muestra secada al horno si el desecador contiene material con poder de absorción de humedad agotado.

9. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN VOLUMÉTRICA SECA MÁXIMA Y EL CONTENIDO DE AGUA ÓPTIMO 9.1.

DE

LA

MASA

Objetivo

Este Capítulo establece el método de prueba para la determinación de la masa volumétrica seca máxima y contenido de agua óptimo en suelos cohesivos y granulares.

9.2.

Campo de aplicación

Esta prueba es aplicable para referenciar la compactación de suelos y materiales pétreos utilizados en la construcción de estructuras térreas. Este Capítulo incluye 9 tipos de prueba (Proctor, y de ASHTTO estándar y de ASHTTO modificada y de Porter estándar) y la aplicación de cada una depende de las características de los equipos de compactación, de las características físicas de los materiales y debe quedar definido en el proyecto de las obras. Para materiales puramente granulares no se recomienda el método de prueba Proctor.

46 de 101


Para los tipos de prueba A y B se requiere que todo el material pase a través de la malla 4,75 mm (No. 4). Los tipos de prueba C y D se realizan con aquellos materiales en que se tiene retenido en la malla 4,75 mm (No. 4) y se realiza la prueba utilizando la fracción que pasa la malla de 19 mm (3/4”). La selección entre moldes pequeños o grandes depende de los problemas de cada obra en particular y para asegurar reproducibilidad.

9.3.

Referencias

Esta norma mexicana, se complementa con las siguientes normas mexicanas: NMX-B-231 Cribas para la clasificación de materiales granulares. NMX-C-416-2003-ONNCCE Capítulo 2.- Procedimiento de muestreo e identificación de muestras , capítulo 3.Procedimiento para la preparación de muestras y capítulo 4.- Método de prueba para la determinación del contenido de agua

9.4.

Definiciones

9.4.1.

Masa volumétrica seca máxima

Es la mayor relación de masa entre volumen que puede obtenerse en un material al reducir al mínimo los vacíos entre sus partículas sólidas al aplicar mecánicamente una energía específica. 9.4.2.

Contenido de agua óptima

Es aquella cantidad de agua que propicie una acción lubricante en el material para obtener el mínimo de vacíos entre sus partículas sólidas al aplicar mecánicamente una energía específica.

9.5.

Equipo

9.5.1.

Equipo de compactación

Deber estar compuesto de un cilindro metálico de masa conocida, una placa de base metálica, de 9,5 mm de espesor como mínimo, la cual se asegura convenientemente al cilindro; una extensión o collarín removible de 60,3 mm de altura exterior, con diámetro interior igual al del cilindro, según lo indicado en la tabla 3 (Véase figura 11) 9.5.2.

Pisón

El pisón debe ser metálico, con dimensiones y masa según la tabla 3 con superficie circular de apisonado de 50,8 mm de diámetro, acoplado a una aguja metálica tubular, para que tenga una caída libre según la tabla 3. (Véase figura 11)


47 de 101

Los elementos de la figura solo son ilustrativos

FIGURA 11. Aditamentos para la prueba porter 9.5.3.

Regla metálica

Debe ser de arista cortante y de 250 mm de largo, aproximadamente. 9.5.4.

Balanza

Con capacidad mínim a de 10 kg y aproximación de 0,1 g y balanza con sensibilidad de 0,01 g 9.5.5.

Horno

Con temperatura controlable y constante de 383 K 5 K (110 ºC ± 5 °C) o estufa de gas que cumpla con las mismas condiciones 9.5.6.

Base de concreto o de otro material similar

Esta debe ser de forma cúbica o cilíndrica con dimensiones mínimas de 400 mm por lado (o diámetro) y con un peso de 91 kg como mínimo 9.5.7. Probetas con capacidades de 500 mL y de 1 000 mL, ambas con y graduaciones de 10 mL y otra de 100 mL con graduaciones a cada mililitro. 9.5.8. Cribas como se describen a continuación No. 25,0 mm (1”) No. 19,0 mm (3/4”) No. 9,5 mm (3/8”) y No. 4,75 mm (No. 4). 9.5.9.

Charolas metálicas resistentes, con dimensiones suficientes para poder extender la muestra.

9.5.10.

Prensa Porter con capacidad suficiente para la aplicación de la carga requerida para la prueba.

9.5.11.

Varilla metálica con punta semiesférica de 19,9 mm (5/8”) y de 600 mm de longitud.

9.5.12.

Calibrador Vernier.

48 de 101


9.6.


9.6.1.

Cápsulas metálicas correspondientes al tamaño de la muestra (para determinar contenido de agua).

9.7.

Muestras

9.7.1. De una mues tra obtenida según el Capítulo 2 de esta norma mexicana, con la que se pretenda construir una estructura térrea o bien del material que ya forma parte de la misma, se obtiene una muestra reducida de aproximadamente 3 kg a 6 kg dependiendo de la prueba que se pretenda realizar preparándola según el Capítulo 3 de esta norma mexicana, de tal manera que las características de esta porción obtenida deben ser representativas del conjunto.

9.8.


9.8.1. Hasta el momento de la elaboración de la presente norma mexicana no se tiene investigación suficiente, sólo se indica en forma preliminar la conveniencia de que la prueba se realice en un local cerrado, sin cambios bruscos de temperatura, y a temperatura ambiente.

9.9.

Procedimiento

9.9.1.

Método de prueba dinámica (Proctor)

9.9.1.1. Se le agrega a la muestra de prueba, la cantidad de agua necesaria para que al ser repartida uniformemente, se tenga una humedad inferior en 4% a 6% a la óptima estimada. La impregnación se recomienda hacerse a punto de neblina. 9.9.1.2. En el caso de los suelos cohesivos que pasan la malla 4,75 mm (No. 4) se considera que cumplen lo anterior cuando presentan una consistencia tal que, al comprimir una porción de la muestra en la palma de la mano, no deje partículas adheridas en ésta, ni la humedezca y que a la vez, el material comprimido pueda tomarse con dos dedos sin que se desmorone. 9.9.1.3. Se tamiza la muestra de prueba a través de la malla 4,75 mm (No. 4), disgregando los grumos que se hayan formado durante la incorporación del agua. Se mezcla cuidadosamente la muestra para homogeneizarla, se disgregan los grumos y se llena el cilindro en tres capas de aproximadamente la misma altura, se coloca una porción en el cilindro de prueba, se apoya sobre la base y se compacta con el número de golpes del pisón indicado en la tabla 3, manteniendo la altura de caída estipulada, y repartiendo uniformemente los golpes en la superficie de la capa, y se repiten estas operaciones en las siguientes 2 capas. Se debe evitar el rebote del pisón en la parte superior de la guía. 9.9.1.4. No se debe inclinar la guía mas de 5º de la vertical y aplicar los golpes uniformemente sin exceder de una velocidad de 1,4 s por golpe. La tabla 3 especifica las medidas que deben cumplir los moldes para las pruebas que requieren determinar la masa volumétrica seca máxima así como el molde para la realización de la prueba Porter estándar de California.


49 de 101

TABLA 3.- Medidas que deben cumplir los moldes para las pruebas Método de referencia Tipo de prueba

PROCTOR

AASTHO

ASSTHO

A= P M B=P A 1=AE 1=BE C=PB 2=AM 2=BM D=PCyPD Diámetro A = 101,6 ± 0,1 Interior del B = 101,6 ±0,46 1 =101,6 ±0,46 1=152,4±0,660 Molde C = 152,4 ±0,660 2 =101,6 ±0,46 2=152,4±0,660 (En mm) D = 152,4 ±0,660 Altura del A = 116,4±0.1 Molde B = 116,4 ±0,1 1 = 116,4 ±0,1 1= 116,4 ±0,1 (En mm) C = 116,4 ±0,1 2 = 116,4 ±0,1 2= 116,4 ±0,1 D = 116,4 ±0,1 Extensión del A = 60,3 collarín B = 60,3 1 = 60,3 1 = 60,3 (En mm) C = 60,3 2 = 60,3 2 = 60,3 D = 60,3 Volumen del A = 944 ±11 molde B = 944 ±11 1 = 944 ±11 1 = 2 124 ±25 (En mL) C = 2 124 ±25 2 = 944± 11 2 = 2 124 ±25 D = 2 124 ±25 Masa del A = 2 490 ±10 pisón B = 2 490 ±10 1 = 2 490 ±10 1 = 2 490 ±10 (En g) C = 2 490 ±10 2 = 2 490 ±10 2 = 4 540 ±10 D = 2 490 ±10 Diámetro del A = 50,8 pisón B = 50,8 1 = 50,8 1 = 50,8 (En mm) C = 50,8 2 = 50,8 2 = 50,8 D = 50,8 Altura de A = 30,5 caída del B = 30,5 10 305 1 = 305 pisón D = 30,5 2 = 457 2 = 457 (En mm) D = 30,5 A= 3 No. de capas B=3 1=3 -------------C=3 2=3 D=3 No. de golpes A = 25 por capa B = 25 1 = 25 1 = 56 C = 56 2 = 25 2 = 56 D = 56 Energía de A = 6,0 compactación B = 6,0 1 = 6,0 1 = 6,0 En kg/cm/cm 3 C= 6,0 2 = 16,5 2 = 16,0 D= 6,0

ASSTHO

ASSTHO

PORTER

A= C E B=C M

A= D E B=DM

Estática

A = 101,6±0,46 B = 101,6±0,46

A = 152,4 ±0.660 B = 152,4 ±0,660

157,5 ± 0,70

A = 116,4 ±0.1 B = 116,4 ±0,1

A = 116,4 ±0.1 B = 116,4 ±0,1

127,.5 ±0,1

A = 60,3 B = 60,3

A = 60,3 B = 60,3

75,50

A = 944 ± 11 B = 944 ± 11

A = 944 ± 11 B = 944 ± 11

2484 ±27

A = 2 490 ± 10 B = 4 540 ± 10

A = 2 490 ±10 B = 2 490 ±10

Carga Estática

A = 50,8 B = 50,8

A = 50,8 B = 50,8

--------------

A = 305 B = 457

A = 305 B = 457

--------------

--------------

--------------

--------------

A = 25 B = 25

A = 56 B = 56

--------------

A = 6,0 B = 16,5

A = 6,0 B = 16,5

140,6 kg/cm 2

En P A se descarta el material grueso mayor a la malla 4,75 mm (No. 4 ) hasta un 7 % y si el retenido es mayor se debe realizar la prueba de acuerdo al AASTHO C M sin hacer corrección por sobre tamaño. En P C Se debe descartar el material mayor a la malla 19,0 mm (3/4") cuando se tenga hasta un 10% retenido y en caso de mayor porcentaje retenido se usara el molde de mayor diámetro el pisón con la masa de 4 540 g ± 10 g 9.9.1.5. Terminada la compactación, se retira la extensión del molde y se verifica que el material no sobresalga del cilindro en un espesor de 6 mm a 10 mm, pues de lo contrario la prueba debe repetirse utilizando de preferencia una nueva muestra con masa ligeramente menor que el inicial; retirando los granos de suelo que sobresalgan y sustituyendo con material más pequeño las oquedades resultantes, se enrasa cuidadosamente el espécimen con la regla metálica y se deposita en una charola el material excedente. A continuación se determina la masa del cilindro con su contenido y se anota en la hoja de registro su valor Wi en gramos.

50 de 101


9.9.1.6. Se saca el espécimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de su parte central se obtiene una porción representativa de 100 g a 500 g a la que se le determina el contenido de agua, según lo indicado en el Capítulo 4 de esta norma mexicana. 9.9.1.7. Se incorporan las fracciones del espécimen al material que sobre al enras arlo, se disgregan los grumos, se agrega de uno a dos por ciento de agua aproximadamente, con respecto a la masa inicial de la muestra y se repiten los pasos descritos en los incisos del 9.9.1.3 al 9.9.1.6 de este párrafo. En materiales degradables no se recomienda el rehúso del material ya compactado, siendo necesario emplear muestras individuales para cada determinación. 9.9.1.8. Con la misma muestra de prueba se repite lo indicado en 9.9.1.7 incrementando sucesivamente su contenido de agua, hasta que la muestra esté muy húmeda y el último espécimen elaborado presente una disminución apreciable en su masa con respecto al anterior. 9.9.1.9. Para definir convenientemente la variación de la masa volumétrica de los especímenes elaborados, se requiere que las determinaciones sean cinco como mínimo, así también, que en la segunda determinación la masa del cilindro con el espécimen húmedo, sea mayor que en la primera, la tercera mayor que la segunda y así sucesivamente y que en la penúltima determinación sea mayor que en la última. 9.9.2.

Método de prueba estática (Porter)

9.9.2.1. Después de haber obtenido y preparado la muestra de acuerdo a lo descrito en los Capítulos 2 y 3 de esta norma mexicana; y pasado a través de la malla No. 25,0 mm (1”), hasta obtener una muestra de 25 kg a 30 kg, si la muestra contiene más del 15 % de material retenido en dicha malla, se sustituye este retenido en peso con material que pase a través de la malla de 25,0 mm (1”) y sea retenida en la malla de 4.75 mm (No. 4), se incorpora el peso requerido a la muestra, para tener una muestra total representativa, la cual se cuartea hasta obtener 5 o 6 porciones de 5 kg cada una representativas de la muestra total. A una de las porciones se le adiciona la cantidad de agua necesaria para que al tomar una fracción del material con la mano y aprisionándola, esta no se desmorone fácilmente y se humedezca ligeramente la palma de la mano, se cubre el material homogeneizado para la primera porción evitando que el material pierda humedad. 9.9.2.2. A continuación se coloca el material en el molde Porter según lo especificado en la tabla 3, del cual se deben conocer sus características, se coloca el material dentro del molde en 3 capas acomodando cada capa con 25 penetraciones proporcionadas con la varilla metálica de 15,9 mm (5/8”); una vez hecho esto, se coloca el molde que contenga el material, en la Prensa Porter y se le aplica la carga estática con una presión de 140,6 kg/cm 2, aplicando la carga total lentamente en un período de tiempo de 5 min una vez aplicada la carga esta se mantiene por espacio de 1 min, en este lapso de tiempo se observa para ver si en la parte inferior del molde aparecen 2 gotas de agua, esto indica que la muestra tiene la humedad óptima, si esto no ocurriera se repite la prueba con otra porción de material de la muestra total, preparada con mayor o menor cantidad de agua, según sea el caso siguiendo los casos descritos en 9.9.2.2 al 9.9.2.3, hasta que se obtenga la condición en el material de humedad óptima. 9.9.2.3. Cuando se haya logrado la condición del material compactado con la humedad óptima, se obtiene con ayuda del calibrador vernier la altura real del espécimen dentro del molde, se determina la masa del molde con el material ya compactado y se registran los datos obtenidos en el registro correspondiente, del material sobrante se determina el contenido de agua de acuerdo a lo descrito en el Capítulo 4 de esta norma mexicana, estas son las condiciones para conocer los datos de peso volumétrico seco máximo y humedad óptima.

9.10.

Calculo

9.10.1.

Método de Prueba Dinámica (Proctor)

9.10.1.1. Se calcula el contenido de agua de cada espécimen expresándolo en por ciento, según lo indicado en el Capítulo 4 de esta norma mexicana por medio de la siguiente fórmula y se anota su valor en la hoja de registro.

γm = Wi − Wt V

x100

Donde: γm

es la masa volumétrica del material húmedo, en kg/m 3.


51 de 101

Wi Wt V

es la masa del material húmedo compactado más la masa del cilindro, en g es la masa del cilindro en g es el volumen del cilindro, en mL

9.10.1.2. Se calcula la masa volumétrica de cada espécimen en estado seco, mediante la siguiente fórmula y se anota su valor en la hoja de registro. γm x100 100 + Wo

γd = Donde: γd γm Wo

es la masa volumétrica de cada espécimen en estado seco, en kg/m 3. es la masa volumétrica del espécimen húmedo, en kg/m 3. es el contenido de agua, en por ciento.

9.10.1.4 Se determina la masa volumétrica seca máxima del material partiendo de una curva trazada con los datos obtenidos de las pruebas realizadas con los diferentes contenidos de agua, en donde las ordenadas representan las masas volumétricas secas y las abscisas los contenidos de agua, de cada uno de los especímenes . El punto más alto de dicha curva es el que representa la masa volumétrica seca máxima γd máx., y el contenido de agua correspondiente Wópt, es la óptima del material, se reportan en kg/m 3 y en por ciento respectivamente. 9.10.2.

Método de prueba estática (Porter)

9.10.2.1. Se calcula el contenido de agua de cada espécimen expresándolo en por ciento, según lo indicado en el Capítulo 4 de esta norma mexicana. 9.10.2.2. Se calcula la masa volumétrica del material húmedo por medio de la siguiente fórmula y se anota su valor en la hoja de registro.

γm

=

Wi − Wt x100 V

Donde: γm Wi Wt V

es la masa volumétrica del material húmedo, en kg/m 3. es la masa del material húmedo compactado más la masa del cilindro, en g es la masa del cilindro en g es el volumen del material compactado, en cm 3.

8.10.2.3 Se calcula la masa volumétrica de cada espécimen en estado seco, mediante la siguiente fórmula y se anota su valor en la hoja de registro.

γd =

γm x100 100 + Wo

Donde: γd γm Wo

es la masa volumétrica seca máxima, en kg/m 3. es la masa volumétrica del material húmedo, en kg/m 3. es el contenido de agua, en por ciento.

9.10.2.4

Se expresara el resultado como masa volumétrica seca m áxima y humedad óptima.

9.11.

Precisión

Los requerimientos para la precisión y exactitud de este método no han sido desarrollados.

9.12.

Informe

Los resultados de la masa volumétrica seca máxima se reportan con 3 cifras significativas y la humedad óptima se reporta con 1 cifra significativa; indicando el tipo de prueba empleado según la tabla 3 colocando una letra mayúscula antes del resultado. 52 de 101


Por ejemplo: BE 1 340 kg/m 3, 11,8 %

9.13.

Bibliografía

ASTM-D-698-93 Standard Test Methods for MOISTURE - DENSITY RELATIONS OF SOILS AND SOIL – AGGREGATE MIXTURES USING 5.5 – lb (2.49 – kg) RAMMER AND 12 – in. (305 mm) DROP. SCT 6-002-K-03-170. (1997) MATERIALES PARA TERRACERÍAS.

9.14.

Apéndice

9.14.1. La energía teórica de compactación que se indica en la tabla 3 esta referida al volumen del molde y está calculada con la expresión siguiente: Nn Wh E= V Donde: E N

es la energía específica es el número de golpes del pisón compactador por cada una de las capas que se acomoda el suelo en el molde de compactación. es el número de capas que se disponen hasta llegar al molde es el peso del pisón compactador. es la altura de caída del pisón, al aplicar los impactos al suelo. es el volumen total del molde de compactación igual al volumen total del suelo compactado.

n W h V 9.14.2.

La tabla 3 contiene los rangos con los que debe cumplir el equipo.

9.14.3. En el caso que algún equipo no cumpla con las dimensiones este método de prueba que se expone en este capítulo se podrá adaptar desarrollando la fórmula descrita en 9.15.1 para la Energía Teórica. 9.14.4. a) b) c) d) e) f) g)

Posibles errores:

El armado del equipo entre la base, el molde y la extensión del molde. Mezclado defectuoso del suelo y el agua. Descuido a la hora de romper cuidadosamente los grumos de suelo Distribución no uniforme del esfuerzo de compactación sobre la superficie de cada capa. Muestras de contenido de agua no representativas de la totalidad del suelo compactado. Determinación de puntos insuficientes en la curva de compactación para definir en forma aceptable el contenido de agua óptimo y la masa volumétrica seca correspondientes. Uso repetido del suelo para determinaciones sucesivas.

Nota 4. Si la prueba de compactación se ha hecho con material procedente de una “cala” de campo, para fines de control de la colocación del material en campo, se deben comparar tanto la masa volumétrica seca como el contenido de agua en el terraplén, con los resultados de la prueba de compactación realizada en el laboratorio.

10. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL VALOR RELATIVO DE SOPORTE 10.1.

Objetivo

En el presente capítulo, se describen las pruebas que se efectúan a los suelos para determinar las características de resistencia. Este método de prueba sirve para determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos con partículas gruesas que se emplean en la construcción de terracerías; también se puede efectuar en arenas y materiales finos.

10.2.



53 de 101

Las características de resistencia determinadas conforme lo establece el presente capítulo, intervienen principalmente en el diseño de pavimentos. Dichas pruebas son las siguientes: -

Valor relativo de soporte en prueba de Porter estándar. Valor relativo de soporte en prueba de Porter modificada. Valor relativo de soporte en el lugar. Valor relativo de soporte del Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de los Estados Unidos de Norteamérica. Pruebas de placa.

10.3.

Resumen del método

10.3.1

Método para la determinación del valor relativo de soporte (V.R.S)

Consiste en preparar especímenes de suelo compactado para someterlos a la penetración de un cilindro o pistón de dimensiones estandarizadas, para medir su resistencia. La carga requerida para efectuar una penetración, de 2,54 mm referida a una carga estándar de 1 360 kg se denomina valor relativo de soporte (VRS) y se expresa en porciento. 10.3.2. En el caso de los métodos basados en la prueba Porter, los especímenes se elaboran compactando el suelo mediante cargas estáticas y se saturan o bien se les incrementa la humedad óptima para tomar en cuenta las condiciones de precipitación y drenaje que prevalece en el lugar de obra. 10.3.3. El método que esta basado en el del cuerpo de ingenieros y consiste en elaborar especímenes de prueba con diferentes humedades y energías de compactación dinámica. Una vez compactados los especímenes , se les somete a pruebas de penetración de tal manera que se pueda obtener una relación entre la humedad de compactación, el peso específico y la resistencia de la penetración. 10.3.4. El valor relativo de soporte determinado con la prueba Porter estándar se utiliza como índice de la calidad de los suelos y los que se obtienen a través de las pruebas Porter modificada, método basado en el cuerpo de ingenieros y prueba de VRS en el lugar, se emplean para el proyecto de espesores de pavimento. 10.3.5. Las pruebas de placa se efectúan en el lugar con el fin de determinar el módulo de la reacción o el valor de soporte de una capa y suelo que forma parte de una estructura.

10.4.

Referencias

Este capítulo de la norma mexicana, se complementa con los siguientes capítulos normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para clasificación de Materiales granulares. Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras ; Capítulo 3 Preparación de muestras ; Capítulo 4 Determinación del contenido de agua; Capítulo 5 Análisis granulométrico y Capítulo 9 Determinación de Masas volumétricas suelta seca y máxima.

10.5.

Equipo para determinar el vrs mediante la prueba porter estándar

10.5.1.

Máquina de compresión estática

Con capacidad mínima de 3 t y aproximación de 10 kg, provista de un pistón de penetración, de acero, con diámetro de 49,6 mm y sección de 1 932 mm 2. 10.5.1.2.

Prensa Porter

Equipada con gato de 50 t con el que se pueda aplicar carga, que tenga los dispositivos adecuados para registrar las cargas con aproximación de 50 kg. 10.5.1.3.

Tanque de saturación

Con altura mínima de 250 mm. 10.5.1.4.

Placa metálica circular

Cuya dimensión debe ser 154 mm de diámetro, con perforaciones y un vástago al centro para apoyar el extensómetro (Véase figura 11). 54 de 101


10.5.1.5.

Placas circulares de carga (Dos)

Con diámetro de 154 mm, teniendo un orificio central de 54 mm de diámetro y una masa de 3 kg cada una (Véase figura 11). 10.5.1.6.

Extensómetro

Con carrera de 25,4 mm y aproximación de 0,01 mm, provisto de una abrazadera para acoplarlo al pistón de penetración. 10.5.1.7.

Calibrador

Con vernier tipo Mauser con aproximación de 0,1 mm. 10.5.1.8.

Cronómetro o reloj.

10.5.1.9.

Trípode metálico para sostener el extensómetro.

10.5.1.10.

Malla de 4,75 mm (No. 4)

10.5.1.11.

Papel filtro

O cualquier tipo de papel que permita el paso del agua con diámetro de 154 mm. 10.5.1.12.

Moldes Porter

Como los que se indican en la figura 12.

FIGURA 12.- Moldes para prueba porter 10.5.1.13.

Horno

Provisto de control de temperatura, que permita mantenerla constante a 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 °C). 10.5.2. Para la determinación de V.R.S. mediante la prueba Porter Modificada, se requiere el mismo equipo que el señalado en 10.5.1, con excepción del tanque de saturación, la placa metálica circular perforada, el trípode metálico y las hojas de papel filtro. 10.5.3. Para la prueba directa de la determinación del V.R.S. en el lugar, en las terracerías compactadas, principalmente las que forman la capa sub - rasante, estando constituida por materiales finos que han alcanzado un grado de saturación no menor del 80%, se requiere del siguiente equipo.


55 de 101

10.5.3.1.

Equipo portátil de carga

Compuesto de un gato mecánico o hidráulico de 4,5 t de capacidad; aparato de medición constituido por 2 anillos calibrados con aproximación de 4,54 kg y capacidad de 900 kg y 3 000 kg, respectivamente; base ajustada al gato provista de extensiones para sujetar el cilindro o pistón de penetración, con sección circular de 1 932 mm 2, que se adapte a las extensiones antes mencionadas. 10.5.3.2. Placa circular de acero con diámetro de 254 mm que tenga un orificio central de 54 mm de diámetro y masa de 4,54 kg. 10.5.3.3. Placas circulares de acero para sobrecarga, con diámetro de 154 mm, que tengan un orificio central de 54 mm de diámetro y masa de 3 kg cada una. 10.5.3.4. Extensómetro con carrera de 25,4 mm y aproximación de 0,01 mm, provisto de una abrazadera para acoplarlo al pistón de penetración. 10.5.3.5. Bloque o elemento rígido de forma geométrica regular y de dimensiones apropiadas para apoyar el vástago del extensómetro. 10.5.3.6. Vehículo lastrado o dispositivo con peso total suficiente para producir una reacción mínima de 3 000 kg, a fin de ser utilizado como apoyo del equipo de carga. 10.5.3.7.

Cronómetro o reloj.

10.5.3.8.

Palas de forma rectangular, picos, barretas.

10.5.4. Para la determinación del V.R.S. en especímenes compactados dinámicamente por el método del Cuerpo de Ingenieros , se requiere del siguiente equipo. 10.5.4.1. Moldes cilíndricos de metal de 152,4 mm de diámetro interior y 177,8 mm de altura, provistos de un collarín o extensión de 50,8 mm de altura, una placa de base con perforaciones de 1,6 mm de diámetro y por cada grupo de moldes una placa base sin perforaciones. Tanto las placas de base como el collarín deben fabricarse de tal manera que puedan fijarse en cualquier extremo del molde (Véase figura 11). 10.5.4.2.

Disco espaciador metálico de 150,8 mm de diámetro por 61,4 mm de espesor.

10.5.4.3. Pisón de compactación de tipo de martillo deslizante, consistente en un pie o base cilíndrica, de acero, de 50,8 mm de diámetro; guía de acero de 15,9 mm de diámetro, martillo deslizante con masa de 4 536 g y empuñadura del pisón. La forma del pie del pisón y del martillo deslizante deben ser tales que permitan la aplicación de golpes en la superficie contigua a la pared interior del molde la varilla debe unirse al pie del pisón mediante un sistema amortiguador de resorte; el peso máximo del pisón compactador debe ser de 7,93 kg. y la altura libre de caída para el martillo deslizante debe ser de 457,2 mm. 10.5.4.4.

Malla de 25,4 mm (1”) y malla de 19,0 mm (3/4”)

10.5.4.5.

Malla de 4,75 mm (No. 4)

10.5.4.6. Dispositivo de medición de expansión que consiste en una placa perforada con vástago ajustable, trípode y un extensómetro con aproximación de 0,01 mm. 10.5.4.7. Una placa anular y dos circulares con una masa de 2,27 kg cada una, diámetro exterior de 149,2 mm y diámetro interior de 54 mm. Estas placas se utilizan como sobrecargas en la superficie del espécimen durante los periodos de saturación y penetración. 10.5.4.8.

Pistón de penetración con diámetro de 49,5 mm y longitud de 200 mm.

10.5.4.9. Dispositivo de aplicación de cargas, consiste en una máquina de pruebas de capacidad mínima de 4,5 t, con marco adaptado para sujetar el pistón de penetración y hacerlo penetrar en el espécimen a una velocidad uniforme de 1,3 mm/min. 10.5.4.10.

Regla de acero biselada de 300 mm de longitud.

10.5.4.11.

Balanza con capacidad no menor de 15 kg y aproximación de 5 g.

56 de 101


10.5.4.12.

Tanque de saturación.

10.5.4.13.

Horno con control termostático para mantener una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC).

10.5.4.14.

Base cúbica de concreto con dimensiones mínimas de 400 mm por lado o un cuerpo de rigidez similar.

10.5.4.15.

Cronómetro con aproximación de 0,1 s .

10.5.4.16.

Papel filtro grueso.

10.5.4.17.

Hojas de plástico delgado resistente.

10.5.5.

Para la determinación del V.R.S. por medio de la prueba de placa.

10.5.5.1. Gato hidráulico con capacidad no menor de 20 t, con el que se pueda aplicar y retirar carga por incrementos, que tenga los dispositivos adecuados para registrar cargas con una aproximación de 50 kg. 10.5.5.2. Elemento de reacción, que permita la aplicación de cargas del orden de 10 ,t para pruebas en carreteras o bien de 20 t para el caso de pistas para aeronaves. 10.5.5.3. Placas circulare s de acero, con espesor mínimo de 25,4 mm y diámetros de 152 mm, 203 mm, 305 mm, 457 mm, 559 mm, 600 mm y 762 mm para el caso de pruebas en pistas para aeronaves, y para el caso de carreteras solamente se usan las cuatro placas mencionadas en primer término. 10.5.5.4. Dos o más extensómetros que tengan una aproximación de 0,01 mm con aditamentos de sujeción y una viga o barra para montarlos de 5,5 m de longitud, que puede ser un tubo de 63,5 mm de diámetro o bien un ángulo de 76 mm X 76 mm X 6,35 mm. 10.5.5.5. Cronómetro. 10.5.5.6.

Nivel de burbuja.

10.5.5.7.

Yeso para modelar.

10.5.5.8.

Arena fina.

10.6.

Muestra

Después de haber obtenido y preparado la muestra de acuerdo a lo descrito en los capítulos 2 y 3 de esta norma mexicana; y pasado a través de la malla de 25,0 mm (1”), hasta obtener una muestra de 25 a 30 kg, si la muestra contiene más del 15 % de material retenido en dicha malla, se sustituye este retenido en peso con material que pase a través de la malla de 25,0 mm (1”) y sea retenida en la malla 4,75 mm (No. 4), se incorpora el peso requerido a la muestra, para tener una muestra total representativa. De la cual se cuartean hasta obtener 5 o 6 porciones de aproximadamente 5 kg cada una representativas de la muestra total.

10.7.


10.7.1.

En el laboratorio puede realizarse la prueba a temperatura ambiente.

10.7.2.

La determinación en campo no debe realizarse bajo lluvia.

10.8.

Procedimiento

10.8.1.

Determinación del valor relativo de soporte mediante la prueba Porter estándar

Se lleva a cabo sobre la fracción del suelo que pasa la malla de 25,0 mm (1”) elaborando un espécimen con la humedad óptima de material por estudiar, de acuerdo con el procedimiento de compactación por capa estática, descrito en el capítulo 9 (véase 9.9.) dicho espécimen se somete a un periodo de saturación antes de efectuar la determinación del valor relativo de soporte, y se obtiene como dato adicional la expansión del espécimen originada por su saturación. 10.8.1.1.

La preparación de la muestra se efectúa en la forma siguiente


57 de 101

10.8.1.1.1. De una muestra obtenida y preparada como se indica en los Capítulos 2 y 3 teniendo cuidado de secar el material únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, se toma por cuarteo una porción suficiente para obtener aproximadamente 16 kg de material que pase la malla de 25,0 mm (1”), se determina la masa de dicha porción con aproximación de 1 g y se calcula el porciento de este respecto al total de la porción. 10.8.1.1.2. Si dicho por ciento excede de 15, se incorpora a la porción que pasa la malla mencionada, una cantidad con peso igual a la del citado retenido, utilizando material de la fracción que pasa la malla de 25,0 mm (1”) y se retiene en la de 4,75 mm (No. 4) tomando este último de otra muestra. 10.8.1.1.3. Se elimina el retenido en la malla de 25,0 mm (1”) y se forman las muestras de prueba, dividiendo la porción obtenida en partes de 4 kg aproximadamente, mediante cuarteo. 10.8.1.2.

La prueba se debe efectuar de la siguiente forma:

10.8.1.2.1. Utilizando las muestras de prueba preparadas como se indico en 10.8.1.1.1, se elabora un espécimen con la humedad óptima del material, la compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de las tres capas, una presión de 138 N/cm 2 (140,6 kgf/cm 2), la cual se mantiene por un min, después se le determina su altura “he”, en mm, con aproximación de 0,1 mm. 10.8.1.2.2. Se colocan en la parte superior del espécimen, en el orden en que se indica, una o dos hojas de papel filtro, la placa perforada y las dos placas de carga: enseguida se introduce al tanque de saturación el molde conteniendo el espécimen, procurando que este último quede totalmente cubierto por el agua, con un tirante aproximado de 2 cm sobre el borde superior del molde. 10.8.1.2.3. Inmediatamente después, con el objeto de determinar la expansión del espécimen por saturación, se monta el trípode sobre los bordes del molde y se le instala el extens ómetro apoyándolo sobre el vástago de la placa perforada. Se toma la lectura inicial del extensómetro, anotándola como “li”, en mm, con aproximación de 0,01 mm, se verifica cada 24 h la lectura del extensómetro y cuando en 2 lecturas sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final del extensómetro “lf”, en mm con aproximación de 0,01 mm y se retiran del tanque de saturación el trípode con el extensómetro y el molde con el espécimen. El periodo de saturación generalmente varía de 3 días a 5 días . 10.8.1.2.4. Cuando no se requiera mucha aproximación en la determinación de la expansión, se pueden hacer las mediciones del incremento de altura que experimente el espécimen, utilizando un calibrador de vernier, con aproximación de 0,1 mm debiendo hacerse lecturas en diferentes puntos para promediar el valor obtenido. 10.8.1.2.5. A continuación se coloca el molde que contiene el espécimen y las placas en posición horizontal y se deja así durante 3 min, a la sombra, para que escurra el agua. Inmediatamente después se retiran las placas y el papel filtro, y se vuelve a colocar únicamente las 2 placas de carga. 10.8.1.2.6. Se instala en la prensa el extensómetro y el molde con el espécimen y las placas de carga, introduciendo el cilindro de penetración, montado en el vástago de la prensa, a través de los orificios de la placa, hasta tocar la superficie de la muestra; se aplica una carga inicial no mayor de 10 kg e inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro para registrar el desplazamiento vertical del cilindro de penetración. 10.8.1.2.7. Se aplica carga para que el pistón penetre en el espécimen con una velocidad uniforme aproximadamente de 1,27 mm/min, anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las penetraciones indicadas en la tabla 4, con aproximación de 10 kg.

TABLA 4.- Carga necesaria para la penetración

58 de 101

Lecturas

Tiempo (en minutos)

Penetración (en mm)

Primera Segunda Tercera Cuarta Quinta Sexta Séptima

1 2 3 4 6 8 10

1,27 2,54 3,81 5,08 7,62 10,16 12,70


10.8.1.2.8. Inmediatamente después de efectuada la penetración, se obtiene una porción de la muestra de la parte superior del espécimen, hasta 25,0 cm de profundidad y se determina el contenido de agua de acuerdo con lo indicado en el capítulo 4. 10.8.1.2.9.

Se presentan gráficamente los valores determinados, como sigue

En un sistema de ejes coordenados se marcan los puntos correspondientes a las penetraciones y cargas antes mencionadas, las primeras en el eje de las de las abs cisas y las segundas en el eje de las ordenadas, y uniendo dichos puntos se dibuja la curva correspondiente, la cual no debe presentar cambios bruscos de pendiente y en general ser de la forma de las que se muestran con líneas punteadas en la figura 13, si la curva es defectuosa como la dibujada con la línea interrumpida en la figura antes mencionada, la prueba no estuvo bien efectuada y debe repetirse con una porción nueva de material.

FIGURA 13.- Gráfica para obtener el V.R.S. En los casos en que la curva dibujada presente en su iniciación con cavidad hacia arriba, se debe efectuar la corrección correspondiente trazando una tangente en el punto de máxima pendiente, punto A de la figura 13, hasta cortar el eje de las abscisas en el punto que se designa como B, en el cual se toma como nuevo origen y a partir de ahí se marca el punto C, correspondiente a la penetración de 2,54 mm; la ordenada CC´, representa la carga corregida para dicha penetración, en kg. Se registra la carga correspondiente a la penetración de 2,54 mm, C 2,54, con aproximación de 10 kg, que es en este caso la carga corregida. 10.8.1.3.

Las causas más frecuentes de error en esta prueba, son:

Que no se sustituya adecuadamente en la muestra el material retenido en la malla 25,0 mm (1”) Que se exceda el tiempo de escurrimiento del agua en el espécimen saturado.


59 de 101

Que la aplicación de la carga de penetración no se efectúe a la velocidad especificada. 10.8.2.

Determinación del valor relativo de soporte mediante la prueba de Porter modificada

Tiene por objeto determinar el valor relativo de soporte de los suelos empleados o que se pretende utilizar en las terracerías, principalmente en la capa sub - rasante, y se lleva a cabo en especímenes con diferentes grados de compactación y en condiciones de humedad estimadas como las más desfavorables que se considere puedan alcanzar dichos suelos durante la operación de la obra; generalmente se utiliza este valor relativo de soporte en el proyecto o revisión de espesores de pavimento, teniendo 3 variantes según las cuales los especímenes correspondientes se elaboran ya sea de material que contenga la humedad óptima, con humedad igual o superior a la óptima, o bien con la humedad natural. 10.8.2.1.

La variante 1 se lleva a cabo tomando en cuenta lo siguiente

10.8.2.1.1. La prueba consiste en determinar el valor relativo de soporte en especímenes elaborados en diferentes grados de compactación, utilizando suelos que contiene su humedad óptima, obteniendo en cada uno de los especímenes el valor relativo de soporte; esta variante se aplica al estudio de terracerías con drenaje adecuado, construidas en lugares de precipitación baja o media. 10.8.2.1.2. El equipo necesario es el que se requiere para la prueba de Porter estándar como se muestra en 10.5. exceptuando el tanque de saturación, la placa metálica circular perforada, el trípode metálico y las hojas de papel filtro. 10.8.2.1.3. La preparación de la muestra se efectúa como se describe en 10.8.1 para la prueba Porter estándar, con la salvedad de que las muestras de prueba deben de tener una masa de 5 kg a 6 kg y debe ser en número de 4 a 6 según la cantidad de especímenes que se requiera elaborar. 10.8.2.1.4.

La prueba se efectúa en la forma siguiente

10.8.2.1.4.1. A una muestra del material por estudiar, se le determina su peso específico máximo y su humedad óptima de acuerdo con el tipo de material y el procedimiento de prueba que se utilice. 10.8.2.1.4.2. A otra muestra del mismo material, obtenida y preparada se le determina su contenido de agua siguiendo el procedimiento descrito en el capítulo 4 de esta norma mexicana. 10.8.2.1.4.3. A continuación se determina la masa de la porción restante de la muestra a que se le determina su humedad, se anota su masa Wm, en g, con aproximación de 1 g y se agrega la cantidad de agua necesaria para que alcance su humedad óptima de compactación, la cual se debe calcular mediante la siguiente fórmula: A = Wm

W2 - W1 100 + W1

Donde: “A” es el volumen de agua por agregar, en mL. “Wm” es la masa de la muestra con su humedad inicial, en gramos. “W2” es la humedad óptima, en porciento. “W1” es la humedad inicial del material, en por ciento. 10.8.2.1.4.4. Inmediatamente después se mezcla conveniente el material y se le determina su masa a la muestra de prueba que se requiere para llenar el molde sin extensión, determinando dicha cantidad para una compactación del 100 % con la siguiente fórmula:  c  Pw =   ⋅ d ⋅ (100 + W2 ) ⋅ V  10 

Donde: “Pw” “c” “d” “W2” “V”

60 de 101

es la masa de la muestra de prueba en estado húmedo, en kg. es el grado de compactación con que se va elaborar el espécimen, en por ciento. es la masa específica seca máxima del material, en kg/m 3. es la humedad óptima, en porciento. es el volumen del cilindro de prueba sin collarín, en mL.


10.8.2.1.4.5. Se coloca la muestra de prueba en 3 capas, dentro del molde con el collarín instalado, acomodando cada capa con 25 golpes con la varilla metálica, procurando que no haya pérdida de material ni humedad. 10.8.2.1.4.6. Se instala el molde en la máquina de compres ión y se compacta la muestra en forma lenta y uniforme, debiéndose retirar la carga momentáneamente, a cada 5 t, para dar tiempo a que se acomode, en esta forma se continua la aplicación de la carga hasta que el espécimen tenga la altura del cilindro sin el collarín y en el momento en que esto ocurre se sostiene la última posición durante 1 min, Si se presenta expulsión de agua antes de tener el espécimen la altura del molde, se mantiene la carga que se este aplicando en ese momento, hasta que disminuya notablemente la salida del agua, y cuando esto ocurre, se da un pequeño incremento a la carga, repitiendo esta operación no más de 3 veces para que el espécimen tenga la altura fijada; de lo contrario, la muestra debe desecharse. 10.8.2.1.4.7. Se retira lentamente la carga del espécimen, se mide en este el incremento de altura que experimenta y se le aplica nuevamente carga hasta que la cara superior del espécimen baje el doble del incremento citado. Se repite esta operación no más de 3 veces, hasta que el espécimen tenga la altura fijada, en el caso de que este quede con altura menor, debe desecharse la muestra, repitiendo la prueba con otra porción de material. Se repite la prueba con otra porción representativa de la muestra, revisando previamente los cálculos correspondientes. 10.8.2.1.4.8. A continuación se colocan las 2 placas de carga, se efectúa la penetración del espécimen, se dibuja la gráfica carga - penetración, correspondientes y se determina la carga C 2,54. 10.8.2.1.4.9. Se repite en nuevas mues tras lo descrito en este inciso variando el grado de compactación de los especímenes , a valores de 95%, 90% y a los demás porcentajes a que se requiera estudiar el material. 10.8.2.1.4.10. El valor relativo de soporte para cada espécimen se calcula, de acuerdo con la siguiente fórmula:  C 2,54  VRS =   × 100  1 360 

Donde: “VRS” “C 2,54”

es el valor relativo de soporte en la prueba Porter modificada, en por ciento. es la carga aplicada al espécimen o la carga corregida, para una penetración de 2,54 mm, en kg.

10.8.2.1.4.11. Una de las causas más frecuentes de error en esta prueba son: Que la humedad y el peso del material que se utilicen en la prueba no sean los correctos. 10.8.2.2.

La variante 2 se efectúa tomando en cuenta lo siguiente

10.8.2.2.1. La prueba consiste en determinar el valor relativo de soporte en especímenes elaborados a diferentes grados de compactación, utilizando suelos que contienen su humedad óptima y también humedades mayores que esta; se aplica al estudio de terracerías mal drenadas que se localizan en zonas de precipitación media, o bien, a las de regiones de alta precipitación pluvial. 10.8.2.2.2. El equipo necesario para efectuar esta prueba es el que se requiere para la variante 1 de la prueba Porter modificada. 10.8.2.2.3. La preparación de la muestra se lleva acabo de acuerdo con lo que se indica en 10.8.2.1.3. 10.8.2.2.4.

La prueba se efectúa de la forma siguiente:

Se lleva a cabo los pasos descritos e 10.8.2.1.4, variando el grado de compactación y la humedad como se indica en la tabla 5

TABLA 5.- Grado de compactación y humedad Por ciento de compactación

Humedad de prueba

100 95 90 a 5

humedad óptima humedad óptima más 1,5% humedad óptima más 3,0%

10.8.2.2.5 En esta prueba se calcula y reporta el valor relativo de soporte VRS para cada espécimen, de acuerdo con lo indicado en 10.8.2.1.5


61 de 101

10.8.2.2.6 Las causas más frecuentes de error en esta prueba, son las que se indican en 10.8.2.1.4.11 y además que el contenido de agua y la masa del material que se utilicen en la prueba no sean los correctos. 10.8.2.3

La variante 3 se efectúa como se indica a continuación

10.8.2.3.1. La prueba se ejecuta en muestras tomadas en el terreno o en la obra, sin variar su humedad, con las cuales se elaboran especímenes compactados a diferentes masas específicas incluyendo el del lugar para determinar en cada uno el valor relativo de soporte correspondiente; se efectúa a suelos que no van a presentar cambios apreciables en su contenido de agua y siempre que este se encuentre dentro de límites que permitan la elaboración de los especímenes . 10.8.2.3.2.

El equipo necesario es el que se requiera para la variante 1 de la prueba Porter modificada.

10.8.2.3.3. El muestreo correspondiente se lleva a cabo tomando 25 kg de suelo, debiendo transportarse en recipientes de lámina con tapa de cierre hermético, o bien, en bolsas de lona impermeabilizadas, en tal forma que no pierda humedad. 10.8.2.3.4.

La prueba se efectúa en la forma siguiente

10.8.2.3.4.1. Los pasos a seguir son los indicados para la variante número 1 cuidando que la muestra no pierda humedad y compactando para producir la masa volumétrica del lugar y otros que se requieran para estudiar el material. 10.8.2.3.5. En esta prueba se calcula y reporta el valor relativo de soporte para cada espécimen, es decir, para cada grado de compactación de acuerdo con lo indicado para la variante 1. 10.8.2.3.6. En esta variante deben tomarse precauciones para que la muestra preparada no pierda humedad antes de efectuar la prueba, por lo que es necesario verificar el contenido de agua y descartar las muestras que registren una clara disminución en el contenido de agua en cuyo caso se debe hacer un nuevo muestreo. Deben tomarse en cuenta también las causas de error mencionadas para la variante 1. 10.8.3.

Determinación del valor relativo de soporte por medio de la prueba directa

En este inciso se describe la prueba directa para la determinación del valor relativo de soporte en el lugar, de las terracerías compactadas, principalmente las que form an la capa sub-rasante, cuando están constituidas por materiales finos que han alcanzado un grado de saturación no menor del 80%. La prueba consiste en hacer penetrar un cilindro o pistón de acero, por medio de un equipo portátil de carga, utilizando como elementos de reacción un vehículo; la relación entre la carga estándar de 1 360 kg es el valor relativo de soporte correspondiente y se expresa en por ciento. El resultado de esta determinación se utiliza en el proyecto y revisión de espesores de pavimentos y su mayor aplicación se tiene en la reconstrucción de carreteras a fin de analizar diferentes alternativas. 10.8.4.

La ejecución de la prueba se realiza de la siguiente manera:

10.8.4.1. Se deja al descubierto la capa que se vaya a estudiar, para lo cual se elimina la parte superior de la misma que se encuentre alterada, en una superficie de forma rectangular cuya dimensión menor tenga 50 cm aproximadamente; esta superficie se hace sensiblemente horizontal, se empareja de tal manera que no presente salientes mayores de 2 cm, se eliminan las partículas sueltas que tengan y a continuación se cubre con una manta húmeda para evitar que el material pierda agua por evaporación. 10.8.4.2. Inmediatamente después se coloca en forma conveniente sobre el sitio de prueba, el vehículo que se utiliza como dispositivo de reacción y se hace descansar su chasis sobre piezas de madera apoyadas en el terreno, a fin de eliminar el efecto de los muelles. 10.8.4.3. A continuación se retira la manta húmeda, se coloca en el sitio de prueba la placa circular de 4,54 kg y encima de esta se colocan las placas de sobrecarga para producir una presión equivalente a la que induce el peso propio de las capas de material que se estime vayan a constituirse sobre la superficie de la prueba. 10.8.4.4. Se instala el equipo portátil de carga y el extensómetro, en posición vertical, haciendo, pasar la aguja de penetración a través de los orificios de las citadas placas . 10.8.4.5. Se ajusta el extensómetro y se continúa la prueba, siguiendo los pasos indicados para la determinación del VRS por el método Porter estándar.

62 de 101


10.8.4.6. Ampliando la parte descubierta de la capa en estudio se repite en lugares que disten no menos de 150 mm, el procedimiento descrito en los incisos 10.8.4.1 al 10.8.4.5 hasta contar con tres determinaciones de la carga C 2,54 aplicada o corregida, las cuales deben cumplir con el siguiente criterio de aceptabilidad. 10.8.4.7. En el caso de que en 2 de las 3 determinaciones se obtengan cargas menores de 150 kg, la diferencia entre la mínima y la máxima no debe ser mayor de 30 kg. 10.8.4.8. En el caso de que en 2 de las 3 determinaciones se obtengan cargas comprendidas entre 150 kg y 450 kg la diferencia entre las cargas mínima y máxima no debe ser mayor de 70 kg. 10.8.4.9. En el caso de que en 2 de las 3 se obtengan cargas comprendidas entre 450 kg y 800 kg la diferencia entre la mínima y la máxima no debe ser mayor de 140 kg. 10.8.4.10. Para cargas superiores a 800 kg se considera que no tienen importancia las variaciones en las lecturas individuales. 10.8.4.11. En el caso de que las 3 primeras determinaciones de la carga C 2,54, aplicada o corregida, no cumpla con el criterio de aceptabilidad indicado en los incisos del 10.8.4.7 al 10.8.4.10, se efectúan otras 3 en la misma área descubierta, a menos de 15 cm de las zonas afectadas por las pruebas anteriores, tomándose en cuenta los resultados de las 6 determinaciones, para el cálculo del VRS. 10.8.4.12. Con objeto de tener mayor información sobre las condiciones del suelo bajo las cuales se llevo a cabo la determinación del valor relativo de soporte en el lugar, se determina el grado de compactación en el sitio preparado para efectuar las pruebas citadas, siguiendo el procedimiento indicado en el capítulo 15 de esta norma mexicana. 10.8.4.13.

En esta prueba se calcula y se reporta lo siguiente:

10.8.4.14.

El promedio de las 3 o 6 determinaciones de la carga C 2,54, en kg.

10.8.4.15.

El valor relativo de soporte en el lugar, calculado con la siguiente fórmula:  C2,54  VRS(%) =   X100  1 360 

Donde: VRS C2,54 10.8.4.16.

es el valor relativo de soporte de la capa estudiada, en el lugar de prueba, expresándolo como un porcentaje de la carga estándar de penetración de 1 360 kg. es la carga promedio correspondiente promedio correspondiente a la penetración de 2,54 mm en kg. Las causas más frecuentes de error al efectuar esta prueba, son las siguientes

10.8.4.17. Que se lleve a cabo en una capa en la cual no se reúne las condiciones establecidas para la aplicación de la prueba o las que prevalecen en la obra, principalmente en lo que se refiere a humedad y compactación de los suelos que la forman. 10.8.4.18.

Que la superficie de prueba no haya sido debidamente acondicionada.

10.8.4.19. Que una vez preparado el sitio de prueba, el material pierda humedad antes de iniciarse la penetración. 10.8.4.20. Que al instalar el extensómetro, el bloque en que se apoya el vástago no este correctamente asentado en el terreno y que no se tomen en cuenta las variaciones que los anillos calibrados sufren con los cambios de temperatura. 10.8.5. En este inciso se describe la prueba de valor relativo de soporte en especímenes compactados dinámicamente, basadas en el método del cuerpo de ingenieros. 10.8.5.1. La prueba se efectúa a los suelos que se emplean en la construcción de terracerías y consisten en elaborar especímenes utilizando la fracción del suelo que pasa la malla de 19,0 mm compactándolos mediante impactos, con diferentes contenidos de agua y variando la energía de compactación con objeto de cubrir los valores de masas específicas y contenido de agua que pueden presentarse en la obra, dichos especímenes se someten normalmente a un periodo de saturación antes de efectuarles la determinación del valor relativo de soporte obteniéndose como dato adicional la expansión producida durante la saturación, el resultado de estas NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

63 de 101

determinaciones se utiliza tanto como en el proyecto de espesores de pavimentos como en la determinación de las condiciones de compactación más favorables, o bien, para el estudio de materiales que por sus características y condiciones de uso especial requieran ser analizados con mayor detalle. 10.8.5.2.

La preparación de la muestra debe efectuarse como se indica a continuación

10.8.5.2.1. De una muestra obtenida y preparada como se indica en los Capítulos 2 y 3 de esta norma mexicana, se toma por cuarteo una porción de 100 kg aproximadamente. 10.8.5.2.2. De la porción obtenida se separa mediante el cribado el retenido en la malla de 19,0 mm y se determina su masa; se desecha dicho retenido y se reemplaza con una fracción igual en masa, de material restante de la muestra original. 10.8.5.2.3. Se divide por cuarteo en 12 o 15 partes iguales la porción de 10 kg, en la cual se han sustituido las partículas retenidas en la malla de 19,0 mm: cada una de estas partes constituyen una muestra de prueba y con ellas se forman 3 grupos de 4 o 5 muestras cada uno. 10.8.5.3.

La prueba se efectúa en la forma siguiente:

10.8.5.3.1.

Se toma un primer grupo de muestras y se procede con este como se indica a continuación:

10.8.5.3.2. Se ajusta el contenido de agua en las diferentes muestras de prueba en tal forma que sus contenidos de agua se incremente de una a otra muestra en 2% aproximadamente, con respecto a la masa del material húmedo; para obtener esta relación de incrementos se adiciona agua, o disminuye esta m ediante secado, pero no se hacen estas 2 operaciones en una misma muestra y en ningún caso se deben secar totalmente. Los contenidos de agua en las muestras de este grupo deben elegirse en tal forma que cuando menos 2 tengan humedad inferior a la óptima y 2 superior a esta. La humedad óptima aproximada es usualmente la humedad mínima para que el material presente una consistencia tal que al ser comprimido en la palma de la mano, no la humedezca y que a la vez, pueda formar grumos. Una vez adicionada la cantidad de agua requerida se mezcla completamente la muestra de prueba, y se cubre con una lona humedecida para evitar pérdidas por evaporación. En el caso de suelos arcillosos es necesario dejar en reposo el material húmedo durante cierto tiempo, cubierto con lona humedecida para que el agua penetre adecuadamente en el material. 10.8.5.3.3. Se coloca el disco espaciador sobre la placa de la base y se arma el molde, poniendo una hoja de papel filtro en la parte superior del disco, quedando este con la perforación hacia abajo. 10.8.5.3.4. Se toma una de las muestras de prueba y se les determina su contenido de agua “w” de acuerdo a los indicado en el capítulo 4 de esta norma mexicana, anotando su valor en la hoja de registro; a continuación se divide la muestra en 5 partes aproximadamente iguales, se coloca una de ellas en el cilindro de prueba sobre la base de concreto y se compacta con el pisón dándole 56 golpes, manteniendo constante la altura de caída y repitiendo uniformemente los golpes en la superficie de la capa. Se repite la operación con cada una de las 4 porciones restantes de la muestra, para formar el espécimen de prueba. 10.8.5.3.4. Terminada la operación se remueve el collarín y se verifica que el material no sobresalga del molde más de 1,5 cm; de no ser así, la prueba debe repetirse tomando una nueva muestra de material, corrigiendo la masa de la misma. Se enrasa el espécimen con la regla metálica depositando en una charola el material excedente y se rellena con material fino las oquedades resultantes. 10.8.5.3.5. Se coloca el papel filtro en la placa de base, se invierte el cilindro con el espécimen de tal manera que su fondo sea ahora la parte superior y se fija de nuevo en la placa de base; a continuación se coloca sobre el espécimen un papel filtro, la placa perforada y las placas de carga necesarias para producir sobre el espécimen una sobrecarga igual a la del pavimento más menos 4,50 kg; en seguida se introduce al tanque de saturación durante 96 h el molde que contiene el espécimen; colocándolo sobre bloques pequeños para permitir el libre acceso de agua por la parte inferior y de manera que quede cubierto con el agua, con un tirante aproximado de 2 cm sobre el borde superior del molde. 10.8.5.3.6. Se repite en las muestras en las muestras de prueba restante del grupo seleccionado, el procedimiento indicado en los incisos 10.8.5.3.2 al 10.8.5.3.5. 10.8.5.7.3. A continuación se deja saturar los especímenes y se les determina su expansión de acuerdo con lo indicado en el inciso 10.8.5.2.3.

64 de 101


10.8.5.3.8. Transcurrido el periodo de saturación y determinación la expansión de cada espécimen se efectúa la penetración siguiendo el procedimiento descrito en los incisos 10.8.5.2.5 al 10.8.5.2.7 excepto que el periodo de escurrimiento debe de ser de 15 min. 10.8.5.3.9. Terminada la penetración de cada espécimen, se retira el molde del dispositivo de carga, se remueven las placas de carga, se desmonta la base, se saca el espécimen del molde y se le determina su contenido de agua en los 2,5 cm de la parte superior, de acuerdo con lo indicado en el capítulo 4 de esta norma mexicana, anotando su valor en la hoja de registro. 10.8.5.3.10. Se efectúa a los 2 grupos de muestra restantes el procedimiento descrito en el inciso 10.8.5.3.1 al 10.8.5.3.9 excepto que los especímenes del segundo grupo se compactan con 26 golpes por cada capa y los del tercero con 12 golpes por capa. 10.8.5.3.11. En el caso de suelos francamente arenos os, solamente se utiliza un grupo de muestras de prueba y se elaboran los especímenes mediante compactación con 56 golpes, con contenidos de agua que faciliten el molde, semejante a las que se espera se presenten en la obra. 10.8.5.4.

En esta prueba se calcula y se reporta lo siguiente:

10.8.5.4.1. Se calcula la masa específica del material seco de cada espécimen antes de su saturación y se construye la gráfica masa específica seco - húmedo, siguiendo los pasos indicados en el capítulo 4 de esta norma mexicana, en lo referente a la prueba de compactación dinámica AASHTO, y se dibuja una curva para cada energía de compactación. 10.8.5.4.2. Se calcula el valor relativo de soporte de cada espécimen, así como su expansión, siguiendo los pasos indicados en el inciso 10.8.1.3 y se construye la gráfica valor relativo de soporte - contenido de agua dibujando en un sistema de ejes coordenados los puntos correspondientes a cada espécimen, tomando como ordenada el valor relativo de soporte y como abscisa el contenido de agua de compactación respectiva. Se unen a continuación dichos puntos con una curva para cada energía de compactación. 10.8.5.4.3. A partir de las curvas masa volumétrica seca - contenido de agua y del valor relativo de soporte contenido de agua, se trazan las curvas de valor relativo de soporte - masa, para diferentes humedades de compactación, se dibujan los puntos correspondientes a una humedad determinada, ubicándolos con el valor relativo de soporte en el eje de las ordenadas y la masa específica seca respectiva en el eje de as abscisas; se unen dichos puntos y se dibuja la curva correspondiente a la humedad mencionada. En forma similar se dibujan otras curvas que cubran el intervalo de humedades que se tengan en la obra, o bien el que se requiera para fines de estudio. 10.8.5.4.4. Se reporta la masa específica seca, el por ciento de humedad después de la saturación y el por ciento de expansión de cada espécimen, acompañando el reporte con las gráficas Masa específica seca - humedad Valor relativo de soporte - humedad Valor relativo de soporte - masa específica seca. 10.8.5.4.5. Estas gráficas y valores tienen diferentes aplicaciones, como pueden ser la elección del valor relativo de soporte de diseño para un material dado y la determinación del intervalo de masas específicas y de humedades correspondientes para la compactación del material en la obra. Para lo anterior se procede como se indica a continuación: La elección del valor relativo de soporte de diseño debe basarse en la masa específica y la humedad de compactación que anticipadamente puedan fijarse en la obra. Supóngase por ejemplo que se tiene un suelo arcilloso para el cual se han obtenido los resultados y que el contenido de agua que puede obtenerse en la obra varía entre 13 % y 16 % y que tienen masas específicas del material en estado seco que varían entre 1 805 kg/m 3 y 1 900 kg/m 3 correspondiendo el primero de 95% de compactación y el segundo al 100 %. En este caso, pueden indicar que en la obra después de que las condiciones de humedad se hayan regularizado se tiene una variación del valor relativo de soporte entre un 11% para una masa específica de 1 805 kg/m 3 y 13 % de contenido de agua y 26 % para una masa específica de 1 900 kg/m 3 y 15 % de contenido de agua. Para estas condiciones el valor relativo de soporte de diseño puede seleccionarse cercano al valor de 12 %. Así mismo, se debe llevar un control estricto del contenido de agua entre los límites establecidos de 13 % a 16% debido a que los valores relativos de soporte se abaten notablemente si el contenido de agua durante la compactación se incrementa arriba del límite máximo del intervalo establecido. En el ejemplo citado, si el contenido de agua aumenta 2 %, es decir pasa de 15 % a 17 %, correspondiendo esta última a 95% de compactación, la gráfica indica que el valor relativo de soporte decrece de 26 % a 8%. Otro incremento de 1% para el mismo grado de compactación podría dar como resultado un valor relativo de soporte igual a 3%. Así como se hizo esta gráfica se puede construir otra que relacione la expansión, el contenido de agua y la energía de NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

65 de 101

compactación, estructurándolo en forma similar a la de la figura No. 14 dependiendo de la aplicación que se le quiera dar. 10.8.5.5.

Al efectuarse esta prueba deben tenerse en cuenta las siguientes precauciones:

10.8.5.5.1.

No emplear material que haya sido sometido a algún procedimiento de compactación de laboratorio.

10.8.5.5.2. Las capas que se compactan para elaborar el espécimen deben ser prácticamente iguales, para asegurar la uniformidad en la compactación. 10.8.5.5.3. Que durante la compactación los golpes del pisón se repartan uniformemente en toda la superficie del espécimen, manteniendo la guía en posición vertical, asegurándose que la caída del martillo sea libre y que la superficie del pisón se mantenga limpia. 10.8.6. placa.

En este inciso se describe los procedimientos para determinar el valor relativo de soporte por medio de

10.8.6.1.

Para la ejecución de esta prueba debe tomarse en cuenta lo siguiente:

10.8.6.1.2. Se debe efectuar en la obra, sobre la capa en estudio y tiene por objeto evaluar la resistencia, medida por el valor de soporte, lo cual permite diseñar el pavimento o bien verificar la capacidad de carga de su estructura. 10.8.6.1.3. El valor de soporte corresponde a la carga necesaria para producir una flexión relativamente permanente, de 5,1 mm en el caso de carreteras y de 12,5 mm cuando se trata de pistas para aeronaves, consistiendo el procedimiento de prueba en aplicar, a través de un conjunto de placas metálicas y utilizando un gato hidráulico debidamente apoyado y lastrado, 3 cargas correspondientes a 3 deflexiones previamente establecidas, fatigando el suelo hasta con 10 aplicaciones de carga para cada deflexión; con estos datos se determina la curva carga - deformación, de la cual se obtiene el valor de soporte respectivo. 10.8.6.1.4. Para que los datos de valor de soporte sean representativos de la capa estudiada se requiere que el suelo de la misma presente condiciones de contenido de agua y acomode similares a las del equilibrio que se establezca durante el funcionamiento de la obra. Dichas condiciones de equilibrio dependen principalmente del medio ambiente, del drenaje que se tenga y de los efectos del transito. 10.8.6.2.

La prueba s e efectúa en la forma siguiente:

10.8.6.2.1. Se prepara el sitio de prueba, emparejando convenientemente la superficie de la capa en estudio en el lugar seleccionado. En el caso de que sobre dicha capa haya pavimento, revestido o algún otro material, se precede previamente a descubrir la superficie de prueba, haciendo una excavación con el diámetro mínimo indispensable para acomodar la primera placa que se vaya a colocar, si se quiere tomar en cuenta la sobrecarga del referido pavimento o revestimiento; en caso contrario, el diámetro de la excavación debe ser mayor de 1,5 veces del diámetro de la primera placa que se vaya a colocar directamente sobre la capa en estudio. 10.8.6.2.2. Se afina la superficie de prueba con una mezcla de arena fina y yeso en proporción aproximada de 60% - 40% en masa; o bien, utilizando solamente uno de dichos materiales en la cantidad mínima necesaria, para dar apoyo uniforme a las placas. 10.8.6.2.3. A continuación se colocan las placas necesarias, de mayor a menor diámetro, una sobre otra y en forma piramidal, debidamente centrada y nivelada a partir de la de 30,5 cm en el caso de carreteras y de 76,2 cm cuando se trate de pistas para aeronaves. 10.8.6.2.4. Se colocan 2 o 3 extensómetros sobre la placa de mayor diámetro, a 2,50 cm de su orilla, diametralmente opuestos cuando sean de 2, y a 120 grados uno de otro cuando sean 3, apoyando firmemente los extremos, sobre lugares relativamente retirados de la zona de prueba. Se pueden colocar otros 3 extensómetros sobre la superficie de la capa de estudio, una distancia horizontal de la orilla de la placa inferior de 0,5, 1,0 y 1,5, veces el diámetro de dicha placa; el empleo de estos 3 últimos extensómetros es opcional y sirve para registrar deformaciones fuera de la zona normal de influencia. 10.8.6.2.5.

Se instala el gato y el elemento de reacción lastrado para aplicar carga sobre las placas.

10.8.6.2.6. A continuación se aplica 2 cargas previas, la primera para producir un asentamiento comprendido entre 0,25 mm y 0,51 mm de asentamiento que se mide con uno de los extensómetros colocados sobre la placa, debiéndose registrar la carga necesaria para producirlo, como carga inicial de reacomodo; a continuación se

66 de 101


descarga el gato y se da la segunda aplicación que corresponde a la mitad de la carga inicial de reacomodo y nuevamente se libera la presión del gato. 10.8.6.2.7. Se ponen en cero los extensómetros y haciendo funcionar el cronómetro, se aplica la carga necesaria para producir un asentamiento aproximado de la placa de 1,0 mm se registra dicha carga y se sostiene hasta que la velocidad de la deformación se mantenga durante 3 min consecutivos, en valores no mayores de 0,03 mm / min; para lo anterior, durante el tiempo de aplicación de la carga, se registran, cada minuto las lecturas de los extensómetros colocados sobre la placa; una vez alcanzada la velocidad de referencia, se baja a cero la presión del gato. Si se tienen instalados extensómetros fuera de placa se registran sus lecturas inmediatamente antes de aplicar la carga y después de liberar esta. 10.8.6.2.8. Se deja que ocurra la recuperación del terreno hasta que la velocidad de esta sea menor de 0,03 mm / min; ocurrido esto, se aplica nuevamente la última carga registrada, sosteniéndola hasta que la velocidad de la deformación tenga el valor de 0,03 mm / min durante 3 min, procediéndose entonces a remover la carga y registrar las lecturas de los extensómetros de acuerdo con lo que se indicó en el inciso 10.8.6.2.7. Este último procedimiento de carga y descarga, se aplica varias veces más hasta completar en total de 6 repeticiones, en estudios especiales este número de repeticiones la carga de referencia es de 10. 10.8.6.2.9. Una vez efectuado lo anterior, se repite el proceso señalado en los incisos 10.8.6.2.7 y 10.8.6.2.8 de este párrafo, primero para un asentamiento de la placa de 5,1 mm y luego para 10,2 mm. 10.8.6.2.10. Como datos complementarios se registran las condiciones climáticas que se tengan en la región, de la temperatura ambiente cada media hora, así como cualquier irregularidad que se presente durante la ejecución de la prueba y algún otro dato de interés para todo esto se anota en una forma registro. 10.8.6.3.

Para el cálculo y reporte de los resultados de esta prueba, se procede de acuerdo con lo siguiente:

10.8.6.3.1. Se elabora a escala aritmética la gráfica tiempo deformación de cada aplicación de carga y se determina para cada una de esas aplicaciones, el punto que corresponde a una velocidad de asentamiento de 0,03 mm / min al cual se denomina punto final de deformación. Para el objeto se dibuja en la gráfica mencionada la tangente que tenga una inclinación correspondiente a dicha velocidad, y que es paralela a la línea de relación. La deformación buscada esta representada por la ordenada corres pondiente del punto de contacto, según gráfica. 10.8.6.3.2. Se corrigen los valores de las cargas registradas sumándoles la carga muerta, la que en general corresponde a la masa de las placas y el gato, anotándose la carga corregida en la hoja de registro. 10.8.6.3.3. Se elabora la gráfica cargas corregidas contra deformaciones, utilizando los datos del punto inicial con deformación 0 y de las repeticiones número 5 cada una de las 3 diferentes cargas aplicadas. La ordenada del punto con deformación 0 es la suma de carga muerta más la mitad de la carga inicial de reacomodo. La curva así dibujada, normalmente cruza el eje de las deformaciones atrás del origen, debido al efecto de las cargas iniciales de reacomodo, por lo que en dichos casos, se corrigen cada uno de los valores de la deformación correspondiente al punto final, sumándoles el valor absoluto de la deformación negativa “C” obteniendo de la gráfica para cada carga 0. Lo anterior se ejemplifica con los datos que aparecen en la tabla No. 6.

TABLA 6.- Valores para graficar carga contra deformación Carga en kg Aplica

Muerta

Corregida

4 218 10 115 14 334

215 215 215

4 433 10 330 14 549 4 433 10 330 14 549

1

Deformaciones registradas para cada una de las aplicaciones de las cargas, mm 2 3 4 5

6

1,12 1,30 1,36 1,43 1,47 1,50 4,02 4,51 4,82 5,01 5,18 5,33 8,09 9,36 10,36 11,10 11,59 12,04 Deformaciones corregidas Valor de la corrección + 0,15 mm. 1,27 1,45 1,51 1,58 1,62 1,65 4,17 4,66 4,97 5,16 5,33 5,48 8,24 9,51 10,51 11,25 11,74 12,19

10.8.6.3.4. Se traza en el papel semi - logarítmico para cada una de las 3 cargas, de gráfica deformación corregida - número de repeticiones de carga, dibujando en la escala logarítmica en número de repeticiones de carga; las gráficas obtenidas corresponden a las líneas rectas.


67 de 101

10.8.6.3.5. Con las deformaciones corregidas correspondientes a 10 repeticiones, determinadas por extrapolación para cada una de las 3 cargas en las gráficas elaboradas de acuerdo con lo indicado en el inciso 10.8.6.3.4 se dibuja la gráfica con carga corregida - deformación corregida. 10.8.6.3.6. Se registra y reporta el valor soporte determinado con la prueba de placa, que corresponde a la carga para una deformación de 5,1 m en el caso de carreteras y de 12,5 mm en el caso de pistas de aeronaves; dichas cargas se obtienen de la gráfica elaborada de acuerdo con lo indicado en el inciso 10.8.6.3.5 y se expresa en kg. 9.9.5.3.7. Al efectuarse esta prueba debe tenerse la precaución de utilizar la menor cantidad de material para afinar la nivelación de la superficie de prueba pero suficiente para garantizar el correcto apoyo y nivelación de las placas y el gato.

10.9

Cálculo

10.9.1. En todas las descripciones de las determinaciones, se determina y calcula el contenido de agua de acuerdo a lo descrito en el capítulo 4 de esta norma mexicana 10.9.2. Se calcula el peso volumétrico de cada espécimen considerando el peso del material compactado entre el volumen del mismo material. 10.9.3.

Se calcula el valor relativo de soporte de la determinación, con la siguiente fórmula: VRS =

C 2,54 x 100 1 360

Donde: VRS C 2,54 10.9.4.

es el valor relativo de soporte, referido a la carga estándar de penetración de 1 360 kg en porciento. es la carga corres pondiente a la penetración de 2,54 mm en kg. La expansión de la muestra, se calcula por medio de la siguiente fórmula: E (%) =

lf - li x 100 he

Donde: E lf li he

es la expansión de la muestra, en porciento. es la lectura del extensómetro o vernier al finalizar la etapa de saturación, en mm. es la lectura del extensómetro o vernier al iniciar la etapa de saturación, en mm. es la altura inicial del espécimen compactado, en mm.

10.9.5.

La humedad real de la prueba, determinada como se indica en 10.9.1.2.8

10.10.

Precisión

Al momento de la elaboración de la presente no existen parámetros.

10.11.

Informe

El registro de prueba debe contar con todos los datos descritos para cada determinación.

10.12.

Bibliografía

S.C.T. NORMAS PARA MUESTREO Y PRUEBAS DE MATERIALES, EQUIPOS Y SISTEMAS . (1986) LIBRO 6 PARTE 6.01 TÍTULO 6.01.01

68 de 101


11. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN PRUEBA DE VALOR RELATIVO DE SOPORTE 11.1.

Objetivo y campo de aplicación

Este capítulo establece el procedimiento para determinar la expansión de los suelos al cambiar de estado parcialmente saturado a totalmente saturado, además de servir de complemento cuando así se requiera para la prueba de Valor Relativos de Soporte.

11.2.

Referencias

Esta norma se complementa con las siguientes normas m exicanas vigentes: NMX-C-416-ONNCCE

Capítulo 2 Preparación de muestras , Capítulo 8 Determinación de Masas volumétricas suelta seca y máxima y Capítulo 9 Determinación del valor relativo de soporte.

11.3.

Definiciones

11.3.1

Expansión

Es el cambio de volumen de un material, este incremento de volumen normalmente se debe al cambiar de estado parcialmente saturado a totalmente saturado.

11.4.

Equipo

11.4.1.

Tripié metálico para sostener el extensómetro durante la saturación

11.4.2.

Extensómetro de carátula, graduado en centésimas de milímetro, con carrera de 25 mm

11.4.3.

Placa perforada

11.5.

Muestra

Las muestras se preparan según se describe en los Capítulos 3 y 10 de esta norma mexicana.

11.6.

Procedimiento

Sobre los bordes del molde con el espécimen correspondiente para determinar su valor relativo de soporte, según capítulo 10, se coloca el tripie con el extensómetro, de tal manera que su pie toque la placa superior colocada sobre el espécimen. Inmediatamente se anota la lectura inicial con aproximación de 0,01 mm. Se mantiene el espécimen dentro del agua y se hacen lecturas diarias del extensómetro, cuando se observen tres lecturas consecutivas iguales o una variación entre ellas de una centésima, se suspende la prueba, anotando la lectura final del extensómetro y se retira el molde.

11.7.

Cálculo

La diferencia de lecturas final e inicial del extensómetro expresada en milímetros, se divide entre la altura inicial del espécimen expresada en mm, antes de sujetarlo a la saturación y este cociente multiplicado por cien expresará el valor de expansión.

11.8.

Precisión

No ha sido desarrollada la precisión para este método.

11.9.

Informe

El informe de resultados debe incluir la identificación de la muestra, el tiempo que se requirió para alcanzar su expansión.


69 de 101

12. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE DE ARENA EN SUELOS Y AGREGADOS FINOS 12.1.

Objetivo

Este capítulo establece el método de prueba para determinar, la proporción relativa de material fino arcilloso o polvos finos plásticos en agregados finos que pasen a través de la malla 4,75 mm (No. 4).

12.2.


Este método de prueba es aplicable comúnmente para aceptación de materiales para conformar estructuras térreas.

12.3.

Referencias

Esta norma se com plementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-030-ONNCCE NMX-C-170-ONNCCE NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para clasificación de materiales granulares. Industria de la construcción - Agregados - Muestreo Industria de la construcción - Agregados - Reducción de las muestras de agregados, Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras y Capítulo 3 Preparación de muestras obtenidas en el campo al tamaño requerido para las pruebas.

12.4.

Definiciones

12.4.1

Equivalente de arena

Es la relación volumétrica de las partículas de tamaño mayor que el de las arcillas o polvos finos y el agregado fino que pasa por la malla 4,75 mm (No. 4) Expresa el concepto de que los agregados finos también contienen material perjudicial, como arcilla o finos plásticos y polvo.

12.5.

Equipo

12.5.1.

Probeta

Debe ser de lucita o acrílico transparente, con diámetro interior de 31,7 mm (1 1/4”) y una altura de 432 mm (17”), graduada en milímetros (puede ser también en décimas de pulgada), a partir de su fondo y has ta 381 mm (15”) (Véase figura 14). 12.5.2.

Tubo irrigador

Debe ser de cobre o acero inoxidable de 6,3 mm (1/4”) de diámetro y 500 mm de longitud, con uno de sus extremos herméticamente cerrado y aplanado en forma de cuña y sin orillas cortantes; cerca de la punta del lado plano de forma de cuña, debe tener dos perforaciones de 1,5 mm de diámetro cada una, diametralmente opuestas para que el flujo de la solución salga uniformemente y perpendicular al eje del tubo (Véase figura 14). 12.5.3. Sifón. Consiste en un tapón con dos orificios, un tubo doblado de cobre, latón o acero inoxidable, una manguera de látex de 4,8 mm (3/16”) de diámetro, con una pinza de Haffman. Esta manguera se emplea para conectar el tubo irrigador con el tapón (Véase figura 14). 12.5.4.

Pisón

Formado por una varilla metálica de 6,3 mm (1/4”) de diámetro y 445 mm (17,5”) de longitud, montado sobre una base cónica de bronce en su extremo inferior de 25,4 mm (1”) de diámetro llamada pie de pisón y el extremo superior de la varilla, debe llevar adaptado un lastre para obtener una masa total del dispositivo de 1 000 g ± 5 g. Para facilitar la medición del nivel de arena existen dos sistemas:

70 de 101


12.5.4.1.

Indicadores

12.5.4.1.1.

Tipo A

Es un indicador de plástico que va colocado a 254 mm (10”) arriba del pie del pisón. 12.5.4.1.2.

Tipo B

Con tres marcas distribuidas en la periferia del pie del pisón, a una altura de 2,5 mm (1/10”) de la base del pisón (no se ilustra en ninguna figura) 12.5.5.

Cápsulas

Deben ser metálicas de 57,1 mm ( 2 1/4”) de diámetro, con una capacidad de 85 mL ± 5 mL.

(Todas la medidas son en mm)

FIGURA 14.- Aparato para la prueba del equivalente de arena 12.5.7.

Botellas

Dos botellas de vidrio o plástico con capacidad mínima de 3 780 mL (1 galón), para almacenar las soluciones de trabajo y de reserva, respectivamente. 12.5.6.

Malla

Debe ser de 4,75 mm (No. 4) que cumpla con lo indicado en la NMX-B-231 (véase 11.3). 12.5.8

Cronómetro

Para dar lecturas en minutos y segundos.


71 de 101

12.5.9

Embudo

De boca ancha y cuello, para introducir el material en la probeta. 12.5.10

Horno

De tamaño adecuado con termostato para mantener una temperatura a 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC), deben contar con termómetro y ventilación adecuada.

12.6.


12.6.1. 12.6.2.

Guantes de hule, cepillos y charolas. Cloruro de calcio anhidro, 454 g.

12.6.3.

Glicerina U.S.P. (Normalizada), 2 050 g (1640 mL).

12.6.4.

Formaldehído (solución volumétrica al 40 %), 47 g (45 mL).

12.6.5.

Papel filtro

Debe ser de velocidad de filtrado rápido, de preferencia plegado. 12.6.6.

Soluciones preparadas de la siguiente manera

12.6.6.1.

Solución de reserva

Disolver los 454 g de cloruro de calcio en 1 890 mL (1/2 galón) de agua destilada, y filtrar la solución. A la solución filtrada agregar la glicerina, el formaldehído y agua destilada hasta completar 3 780 mL (1 galón) y mezclar perfectamente. 12.6.6.2.

Solución de trabajo

Colocar en una de las botellas de 3 780 mL (1 galón) de capacidad, 85 mL ± 5 mL de la solución de reserva, llenar con agua destilada hasta completar 3 780 mL (1 galón) y agitar para obtener una solución homogénea. Puede utilizarse agua potable si en tres pruebas comparativas de equivalente de arena no se han encontrado diferencias de resultados con ambos tipos de agua. Los seis especímenes de prueba de esta comparación deben ser tomados de la misma muestra de material y deben ensayarse como se describe en el inciso 12.7.

12.7.

Muestra

12.7.1. Tomar el material para esta prueba de acuerdo con el capítulo 2 de esta norma mexicana y complementarlo con lo indicado en la NMX-C-030-ONNCCE y reducirla por cuarteo de acuerdo con lo expresado en el capítulo 3 de esta norma mexicana y la NMX-C-170-ONNCCE (véase 12.3. Referencias ). Dejar secar el material al sol, o bien, en horno hasta masa constante a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC), cuando se requiera mayor precisión en los resultados. La cantidad inicial de material que debe tomarse es tal, que una vez tamizado por la malla 4,75 mm (No. 4), se obtenga una masa mínima de 1 500 g. 12.7.2. Para el material así obtenido, a través de la malla 4,75 mm (No. 4) de acuerdo con lo indicado en el capítulo 5 de esta norma mexicana, tomando las precauciones necesarias para evitar la pérdida de finos, puede preferirse para esto, humedecerlo ligeramente. Si la fracción retenida en la malla 4,75 mm (No. 4) contiene partículas con material fino adherido, frotar vigorosamente entre las manos cubiertas con guantes y el polvo resultante agregarlo al material que paso por la malla 4,75 mm (No. 4). 12.7.3. Mezclar perfectamente la muestra con las manos protegidas con guantes de látex o similares, llenar una cápsula, golpear esta por su base contra la mesa de trabajo, con el fin de acomodar las partículas y finalmente, enrasar. De esta manera se prepara el número de especímenes necesarios. Hacer por muestra dos determinaciones como mínimo.

12.8.

Procedimiento

12.8.1. Colocar la botella con la solución de trabajo en una repisa, la cual debe estar a una altura de 914 mm ± 25 mm (36” ± 1”), sobre la mesa de trabajo. 72 de 101


12.8.2. Instalar el sifón, verter en la botella, el cual se llena soplando por el tubo corto y manteniendo abierta la pinza Haffman de que esta provisto el tubo largo. 12.8.3. Utilizando el sifón, verter en cada una las probetas la solución de trabajo hasta una altura de 102 mm ± 2 mm (4” ± 1/10”). 12.8.4. Colocar en cada probeta uno de los especímenes previamente preparados, usando el embudo para evitar la pérdida de material y golpear firmemente varias veces la base de la probeta contra la palma de la mano, para expulsar el aire atrapado y facilitar la saturación del material. 12.8.5. Dejar reposar el espécimen durante 10 min ± 1 min, procurando no mover la probeta durante ese lapso. A continuación colocar el tapón de hule en la probeta y aflojar el material del fondo de ésta inclinándolo y agitándolo simultáneamente. 12.8.6.

Agitar la probeta de cualquiera de las tres formas que se indican a continuación:

12.8.6.1. Utilizando el agitador mecánico accionado con motor eléctrico, el cual se calibra previamente para obtener un índice de oscilaciones de 175 ciclos por minuto ± 5 ciclos por minuto, con una carrera aproximada de 203 mm (8”) en un tiempo de agitado de 45 s ± 1 s. Entendiéndose por ciclo un movimiento de oscilación completo. 12.8.6.2. Utilizando el agitador mecánico accionado manualmente (Véase figura 15), instalar primeramente la probeta en las mordazas del dispositivo y enseguida impulsar con la mano la parte superior del agitador, de manera que el índice de oscilaciones se desplace lo necesario para dar una amplitud de 127 mm ± 5 mm (5” ± 0.2”) estando el operador enfrente del aparato. Soltar las barras flexibles y seguir impulsando el aparato, aplicándole una fuerza horizontal con la mano, en el mismo sentido del primer impulso, con objeto de mantener a la probeta en un movimiento oscilatorio uniforme con el desplazamiento medio citado; continuar la acción del agitador hasta completar 100 ciclos en 45 s ± 5 s.

(Todas las medidas son en mm)

FIGURA 15.- Esquema de agitador mecánico 12.8.6.3. Mediante agitado manual. Sostener la probeta por sus extremos y agitarla vigorosamente con un movimiento lineal horizontal, hasta completar 90 ciclos en 30 s, con una carrera aproximada de 229 mm ± 25 mm (9” ± 1”). Para agitar satisfactoriamente la probeta, el operador debe mover solamente los antebrazos relajando el tronco y en especial los hombros. 12.8.7. Una vez efectuada la operación de agitado, destapar la probeta, colocarla sobre la mesa de trabajo, introducir en ella el tubo irrigador y accionarlo, abriendo la pinza Haffman, de manera que a medida que se baja, se vayan lavando las paredes de la probeta. Llevar el tubo hasta el fondo de la misma, y simultáneamente realizar un ligero picado al material, acompañado de movimientos rotatorios alternativos del tubo irrigador alrededor de su eje y trasladándolo por el contorno interior de la probeta. Esta situación tiene por objeto separar el material fino de las partículas de arena, con el fin de dejarlo en sus pensión. NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

73 de 101

12.8.8. Cuando el nivel del líquido este a punto de llegar a 381 mm (15”), subir lentamente el tubo irrigador y regular el flujo sin cortarlo, de manera que el líquido se mantenga aproximadamente en el nivel mencionado, mientras se esta sacando dicho tubo. 12.8.9. Dejar la probeta en reposo durante 20 min ± 15 s, contados a partir del momento en que se haya extraído el tubo irrigador. Evitar cualquier vibración o movimiento de la probeta durante ese tiempo, ya que esto alteraría el asentamiento normal de los sólidos en suspensión, provocando resultados erróneos. 12.8.10. Transcurrido el período de reposo, leer en la escala de la probeta el nivel superior de los finos en suspensión, al cual se denomina como “Lectura de arcilla” o altura h (Véase figura 16). Si el nivel mencionado no se define claramente al cabo del tiempo especificado, dejar la muestra en reposo, si el tiempo total de sedimentación transcurrido; excede de 30 min siempre y cuando se corrobore con las pruebas descritas en los Capítulos 6 y 7 de esta norma, repetir la prueba empleando tres especímenes del mismo material, cuyo caso debe registrarse como “Lectura de arcilla” definitiva, la correspondiente al espécimen en que se obtuvo el menor tiempo de sedimentación.

FIGURA 16.- Lectura de arcilla de la prueba 12.8.11. Introducir lentamente el pisón en la probeta hasta que por peso propio el pisón descanse en la fracción gruesa, teniendo cuidado de no perturbar los finos en suspensión. Mientras desciende el pisón, conservar uno de los vértices de su pie en contacto con la pared de la probeta, en las proximidades de la escala de graduación. Cuando el pisón se detenga al apoyarse en la fracción gruesa, hacer la lectura del nivel en la probeta al cual se denomina como “Lectura de arena” o altura h2 (Véase figura 17), según la alternativa correspondiente (véase 6.3.1).


FIGURA 17.- Lectura de arena de la prueba

74 de 101


Cuando se trate del pisón A, hacer la lectura del nivel con el indicador de plástico, restar 254 mm (10”) y registrar la diferencia como “Lectura de arena”. Si emplea el pisón tipo B, girar este sin empujarlo, hasta que uno de los indicadores coincidan con la escala de medición, hacer la medición, restar 2,5 mm (1/10”) y registrar la diferencia como “Lectura de arena”. 12.8.12 Si el nivel de la fracción fina o de la fracción gruesa queda entre dos divisiones de la escala de graduación, por ejemplo 2,5 mm (1/10”), debe registrarse la lectura correspondiente a la división superior.

12.9.

Calculo

Para calcular el equivalente de arena se debe emplear la siguiente expresión, aproximando el valor al entero superior Ea =

h2 x 100 % h1

Donde: Ea h1 h2

es el equivalente de arena es la lectura de arcilla es la lectura de arena

Por lo general se hacen dos determinaciones de la misma muestra y los resultados se promedian, siempre y cuando la diferencia entre ambos no exceda de 4%. En el caso de que la diferencia sea mayor, debe repetirse la prueba.

12.10.

Precisión

No se ha determinado para este método.

12.11.

Informe

El informe de resultados debe incluir lo siguiente: 12.11.1.

Identificación del material ensayado.

12.11.2.

Número de muestra

12.12

Bibliografía

ASTM-D-2419-87 TEST METHOD FOR SAND EQUIVALENT VALUE OF SOILS AND FINE AGGREGATE. SCT-6.01.03.009-1 DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE DE ARENA (1986)

12.13.

Apéndice

12.13.1.

Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes

12.13.1.1.

Efectuar la operación de agitado en forma diferente de la especificada.

12.13.1.2. Lavar las partículas gruesas con irrigador en forma deficiente, por obstrucción en el tubo irrigador o en alguna otra parte del sifón, o bien, por haberse formado grumos en la solución de trabajo. 12.13.1.3. Mover la probeta con la muestra del agregado durante el periodo de sedimentación o colocarla en un lugar sujeto a vibraciones. 12.13.1.4.

Introducir el pisón en la probeta a una velocidad excesiva.

12.13.1.5.

Mover el pisón de su posición de reposo antes de haber efectuado la lectura correspondiente.

12.13.1.6.

Poner la solución de trabajo a un nivel diferente al especificado.

12.13.2.

Al ejecutar esta prueba deben tenerse las siguientes precauciones

12.13.2.1.

No exponer al sol dispositivos de plástico, especialmente las probetas.


75 de 101

12.13.2.2. No modificar las dimensiones de los orificios del tubo irrigador. Cuando por alguna causa, estos se hayan obstruido y no sea posible destaparlos empleando métodos no destructivos, debe usarse un alfiler o cualquier otro objeto puntiagudo, pero sin agrandar los orificios. 12.13.2.3. No usar soluciones de trabajo que estén contaminadas por colonias de hongos o bacterias, las cuales son fácilmente identificables por el aspecto viscoso que presentan algunas zonas de la solución limpiadora. Para removerlas del sistema de irrigación. Se debe preparar una solución limpiadora diluyendo hipoclorito de sodio (cloruro de uso casero) en una cantidad igual de agua; llenar el recipiente de la solución de trabajo con la solución limpiadora, dejar de fluir aproximadamente 1 L de solución limpiadora y dejar reposar el conjunto por lo menos 8 h. Después de este periodo, vaciar todo el contenido del tubo irrigador accionando el sifón, quitar este dispositivo de la boca del recipiente y enjuagar todo el sistema con agua limpia. Después de esta operación el equipo debe estar nuevamente en condiciones de trabajo. 12.13.2.4. Para realizar esta prueba debe adiestrarse previamente al operador. Debe considerarse que un operador es capaz, cuando en tres pruebas consecutivas de cada una de ellas presentan una diferencia no mayor de 4%, con respecto del promedio de las pruebas. 12.13.2.5. Los resultados de la prueba de equivalente de arena obtenidos en especímenes que no han sido secados, generalmente son inferiores a los obtenidos en especímenes secados.

13. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DEL VALOR CEMENTANTE EN SUELOS 13.1.

Objetivo

Este capítulo establece el método de prueba para determinar el valor cementante de un suelo que pasa a través de la malla 4,75 mm (No. 4).

13.2.


Este método de prueba es aplicable en las estructuras térreas para proyectos, el resultado obtenido, es tomado como valor numérico

13.3.

Referencias

Esta norma mexicana, se complementa con las siguientes normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Industria de la construcción - Cribas para la clasificación de materiales granulares Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras y Capítulo 3 Preparación de muestras.

13.4.

Definiciones

13.4.1

Valor cementante

Es la propiedad mecánica de un suelo que influye en la compactación y que le permite conservar su estabilidad en estado seco, expresado en kg/cm 2 (kpa).

13.5.

Equipo

13.5.1. Tres moldes de lámina galvanizada del No. 12, de 101, mm de altura y de sección cuadrada, con dimensiones interiores de 76,2 mm por lado. Cada molde debe tener bisagras en dos aristas opuestas, una de las cuales debe estar provista de un pasador removible que permita abrir el molde. 13.5.2. Placa de compactación de acero de forma cuadrada de 75 mm por lado y 7,9 mm de espesor, con vástago central de forma cilíndrica de 19 mm de diámetro y 50,8 mm de altura (Véase figura 18). 13.5.3. Pisón metálico con masa de 908 g y superficie circular de apisonado con diámetro de 19 mm acoplado a una guía metálica tubular para dar una altura de caída libre de 450 mm (Véase figura 18).

76 de 101



FIGURA 18.- Esquema de accesorios para la realización de la prueba 13.5.4.

Balanza de 5 kg de capacidad y 5 g de aproximación.

13.5.5.

Malla 4,75 mm (No. 4).

13.5.6.

Probeta de 1 L de capacidad con graduaciones a cada 10 mL.

13.5.7.

Probeta con capacidad de 100 mL de capacidad y con graduaciones cada mL.

13.5.8.

Charola metálica rectangular de 400 mm x 600 mm x 100 mm y cucharón metálico.

13.5.9. o menor.

Máquina de compresión con capacidad mínima de 2 500 kg que permita efectuar lecturas a cada 10 kg

13.5.10.

Horno de termostato que mantenga una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC).

13.6.

Muestra

13.6.1. Tomar una muestra de material de acuerdo a lo indicado en el capítulo 2 de esta norma mexicana y reducirla por cuarteos de acuerdo a lo establecido en el capítulo 3 de esta norma mexicana, hasta obtener un mínimo de 3 kg de material que pasa a través de la malla 4,75 mm (No. 4) 13.6.2. Agregar agua en cantidad suficiente para que el material obtenga su contenido de agua óptima de compactación y mezclar perfectamente hasta lograr una distribución uniforme del agua. 13.6.3. Pesar tres porciones iguales de material en la cantidad suficiente para fabricar 3 especímenes de forma cúbica.

13.7.

Procedimiento

13.7.1. Colocar sobre un apoyo firme de superficie horizontal uno de los moldes con tiras de papel engrasadas en las paredes interiores con el fin de evitar la adherencia entre el molde y el material. Depositar en el molde una de las tres porciones de material en tres capas; utilizando la placa se compacta cada capa con 15 golpes de pisón con una altura de caída libre de 450 mm, se repite el procedimiento para las 2 porciones de material faltantes para NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

77 de 101

obtener 3 especímenes de prueba. Es conveniente hacer un rayado a la capa compactada para ligar ésta con la siguiente y no haya desplazamiento de ésta en el momento de ensayar a la compresión el cubo seco. 13.7.2. Después de compactados los especímenes , colocarlos dentro del horno a una temperatura de 313 K (40 ºC), manteniendo hasta que se reduzca su contenido de agua lo suficiente para que permita remover los moldes sin dañar los especímenes . En algunos casos el material compactado permite remover el molde sin dañar el espécimen después de elaborarlo. 13.7.3. Ya separados los especímenes de los moldes, se mantiene en el horno a una temperatura de 383 K ± 5 K (110 ºC ± 5 ºC) hasta masa constante. El tiempo de secado puede variar de 16 h a 24 h. 13.7.4.

Extraer los especímenes del horno y dejarlos enfriar a temperatura ambiente.

13.7.5. Cabecear los especímenes con azufre en ambas caras para dejarlas horizontales conservando su posición original en la que fueron compactados, dejar enfriar a temperatura ambiente. 13.7.6. Colocar uno de los especímenes en la máquina de compresión y aplicar carga en forma lenta y uniforme hasta que el espécimen ya no registre carga y anotar en kg la carga máxima. Repetir el procedimiento para los especímenes restantes.

13.8.

Cálculo

La resistencia a la compresión de cada uno de los especímenes se calcula dividiendo la carga máxima entre el área promedio de la sección aplicando la siguiente fórmula: Vc =

Cm As

Donde: Vc Cm As

es el valor cementante expresado en kg/cm 2 es la carga máxima aplicada al espécimen es el área de sección del espécimen

El valor cementante se reporta como el promedio de las resistencias a la compresión obtenidas en los tres especímenes expresándolo en kg/cm 2 con aproximación de 0,1 g. Si uno de los valores obtenidos varia notablemente de los otros dos éste se desecha para el cálculo. Si los tres valores obtenidos varían notablemente se desecha y se repite la prueba.

13.9.

Precisión

No se ha determinado la precis ión para este método.

13.10.

Informe

Este valor se reporta en un formato libre donde se concentran todos los parámetros obtenidos de la muestra en cuestión.

13.11.

Bibliografía

S.C.T. 6.01.03. 009-K.01 (1986) Prueba de valor cementante.

13.12.

Apéndice

13.12.1 Al efectuar ésta prueba se deben tener las siguientes precauciones: a) Al sacar los especímenes de los moldes, se debe tener cuidado con su menejo para evitar su deterioro. b) Antes de efectuar la prueba de compresión verificar que los especímenes estén completamente secos. c) Evitar que la temperatura de secado sea mayor que la especificada.

14. MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE VARIACIÓN VOLUMÉTRICA 14.1. 78 de 101

Objetivo NMX-C-416-ONNCCE-2003 Declaratoria de vigencia publicada en el D.O.F. el día 10 de octubre de 2003

Este capítulo es útil para conocer las variaciones de volumen de un material, debido a cambios de estructura y acomodo de sus partículas.

14.2.


Tomando en cuenta que las condiciones del material que se comparan dan origen a una gran variedad de casos, se tratan en este capítulo, únicamente los coeficientes de variación volumétrica de estado natural a estado suelto, de estado natural a estado compactado en el lugar, de estado suelto a estado compactado en el lugar y de estado suelto a estado compactado en el laboratorio.

14.3.

Referencias

Este capítulo se complementa con los siguientes capítulos y normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-416-ONNCCE

Cribas para la clasificación de materiales granulares. Capítulo 2 Muestreo e Identificación de Muestras, capítulo 3 Preparación de Muestras, capítulo 4 Determinación del Contenido de Agua, capítulo 9 Determinación de Masas Volumétricas Suelta Seca Y Máxima (Proctor) y capítulo 15 Determinación de Pruebas de Compactación en el Lugar.

14.4.

Definiciones

14.4.1.

Coeficiente de variación volumétrica

Es el cambio y acomodo de partículas de una masa con respecto a su volumen, por la cantidad de vacíos que está presente.

14.5.

Equipo

14.5.1. Báscula con capacidad de 120 kg y una precisión de 0,5 g. 14.5.2. Balanza con capacidad de 2 620 g y una precisión de 0,05 g. 14.5.3. Pala 14.5.4. Pico 14.5.5. Barreta 14.5.6. Probeta graduada y con capacidad de 1 000 cm 3, con graduación de 10 cm 3. 14.5.7. Recipiente para masa volumétrica suelta. Se debe emplear un recipiente metálico y cilindro rígido para conservar su forma y volumen calibrado, la capacidad es de acuerdo al tamaño de grava como se muestra en la tabla 7.

TABLA 7.- Capacidad del recipiente de acuerdo al tamaño de la grava Capacidad 5 10 14 28

Tamaño máximo nominal del agregado 13 25 40 100

14.5.8. 14.5.9.

Molde Proctor completo Malla de 75 mm (3”).

14.6.


14.6.1.

Arena graduada

Espesor mínimo Fondo (mm) 5,0 5,0 5,0 5,0

Metal Pared (mm) 2,5 2,5 3,0 3,0

Sin aristas, no degradable comprendida entre las mallas 20-30 14.6.2. Costales Sin agujeros para que no se escape parte de la muestra.


79 de 101

14.6.3.

Brocha

14.7.

Muestras

Se traen aproximadamente 30 kg de material representativo para masa unitaria suelta de acuerdo a lo establecido en el capítulo 2.

14.8.

Procedimiento

14.8.1.

Coeficiente de variación volumétrica de estado natural a estado suelto.

Es la relación de volumen del material en estado suelto respecto al que presentaba dicho material en su estado natural y su valor se obtiene mediante la relación entre la masa volumétrica seca del material en su estado natural y la masa volumétrica seca del mismo material en estado suelto, aplicando la siguiente fórmula:

Cns =

γdn γds

Donde: Cns γdn γds 14.8.2.

es el coeficiente de variación volumétrica del material, de estado natural a estado suelto, número adimensional. es la masa volumétrica seca del material en su estado natural, en kg/m 3. es la masa volumétrica seca del material en su estado suelto, en kg/m 3. Coeficiente de variación volumétrica de estado natural a estado compactado en el lugar.

Es la relación del volumen del material compactado en el lugar, respecto al que presentaba dicho material en su estado natural y su valor se obtiene mediante la relación entre la masa volumétrica seca del material en estado natural y la masa volumétrica seca del mismo material compactado en el lugar; esta última condición es la que presenta el material cuando ha sido sometido a algún procedimiento de acomodo en la obra. El coeficiente mencionado se obtiene mediante la siguiente fórmula:

Cns =

γdn γdc

Donde: Cnc γdn γdc 14.8.3.

es el coeficiente de variación volumétrica, de estado natural a estado compactado en el lugar, número adimensional. es la masa volumétrica seca del material en su estado natural, en kg/m 3. es la masa volumétrica seca del material compactado en el lugar, en kg/m 3 Coeficiente de Variación Volumétrica de Estado Suelto a Estado Compactado en el Lugar

Es la relación del volumen del material en estado compactado en el lugar, respecto al que presentaba en estado suelto, y su valor se obtiene mediante la relación entre la masa volumétrica del material en estado suelto y la masa volumétrica del mismo material compactado en el lugar; el estado suelto se considera en almacenamientos, en los vehículos de transporte, acamellonado o bajo cualquier condición en la que el material, después de haber sido removido de su estado natural o ya compactado o de habérsele aplicado un tratamiento, no haya sido sometido a un proceso de compactación. El coeficiente de variación volumétrica se obtiene mediante la siguiente fórmula:

Cns =

80 de 101

γds γdc


Donde: Csc γds γdc 14.8.4.

es el coeficiente de variación volumétrica del material, de estado suelto a estado compactado en el lugar, número adimensional. es la masa volumétrica seca del material en estado suelto, en kg/m 3. es la masa volumétrica seca del material compactado en el lugar, en kg/m 3. Coeficiente de Variación Volumétrica de Estado Suelto a Estado Compactado en el Laboratorio

Es la relación del volumen del material en estado compactado en el laboratorio respecto al que presentaba en estado suelto y su valor se obtiene mediante la relación entre la masa volumétrica seca del material en estado suelto y la masa volumétrica seca del mismo material compactado en el laboratorio, tomando en cuenta en esta última determinación la totalidad de las partículas del material. El coeficiente de variación volumétrica se obtiene mediante el siguiente procedimiento: a) Se determina la masa volumétrica seca máxima del material en el estado suelto γds, de acuerdo con el procedimiento que corresponde según Capítulo 15. b) Previamente en la muestra original se determina el por ciento de material con tamaño mayor que el que se utiliza en la prueba de compactación considerada. c) Se determina la masa volumétrica seca máxima del material compactado en el laboratorio γ d máx, según capítulo 15. d) Se corrige la masa volumétrica seca máxima del material compactado en el laboratorio, γ d máx, para tomar en cuenta la totalidad de tamaños que incluye la muestra original mediante la siguiente fórmula: γ' d máx =

100 X Y + γ d máx R Sap γ o

Donde: γ' d máx X Y γ d máx Sap γo R

es la masa volumétrica seca máxima corregida, en kg/m 3. es el peso del material que pasa la malla 19,0 mm (3/4”), según el caso, en por ciento, respecto a la muestra original. es el peso del material retenido en la malla 19,0 mm, según el caso, en por ciento, respecto a la muestra original. es la masa volumétrica seca máxima de la fracción que pasa la malla 19,0 mm, según el caso, en kg/m 3 es la masa volumétrica relativa de la fracción retenida en la malla 19,0 mm. es la masa volumétrica del agua, que se considera de 1 000 kg/m 3. es un coeficiente cuyo valor está dado en función de Y en la tabla 8

TABLA 8.- Coeficientes de R en función de Y Y 20 o menos 21 - 25 26 - 30 31 - 35 36 - 40 41 - 45 46 - 50

R 1,0 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94

d) Se calcula el coeficiente de variación volumétrica del material, de estado suelto a estado compactado en el laboratorio, aplicando la siguiente fórmula:

Csl =

γ ds γ' d máx


81 de 101

Donde: Csl γ ds γ 'd máx

14.9.

es el coeficiente de variación volumétrica, de estado suelto a estado compactado en el laboratorio. es la masa volumétrica seca del material en estado suelto, en kg/m 3 es la masa volumétrica seca máxima corregido, en kg/m 3

Cálculo

Véase procedimiento incisos 14.8.1, 14.8.2, 14.8.3 y 14.8.4.

14.10.

Precisión

No se ha desarrollado la precisión para este método.

14.11.

Informe

El informe debe contener los siguientes datos: 14.11.1.

Obra

14.11.2.

Ubicación

14.11.3.

Fecha de muestreo

14.11.4.

Número de muestra

14.11.5.

Fecha de ensaye

14.11.6.

Informe

14.11.7.

Laboratorista

14.11.8.

Banco

14.11.9.

Procedencia

14.12.

Bibliografía

S.C.T. Materiales para Terracerías 1986 Libro 6.01.01 ASTM Standards on Soil Compaction 1993.

14.13.

Apéndice

Para efectuar estas pruebas se deben tener las siguientes precauciones 14.13.1. Al efectuar las calas, se debe tener cuidado de no palanquear ni enrasar la arena en el sondeo. 14.13.2. Se debe tener cuidado al efectuar las masas volumétricas secas máximas en el laboratorio, de no dar golpes de más o de menos, para no aumentar o disminuir su masa unitaria.

15. LUGAR

MÉTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIÓN DE COMPACTACIÓN EN EL

15.1.

Objetivo

Este capítulo, establece el método de prueba para la determinación de las pruebas de compactación de los suelos, a través de las masas volumétricas de los suelos del lugar.

15.2.


Determinar el grado de acomodo de las partículas de un suelo en su estado natural o bien, de un material que forme parte de una estructura, ya sea que ésta se encuentre en construcción o terminada; fundamentalmente consiste en relacionar la masa volumétrica seca del lugar, con la respectiva masa volumétrica seca máxima, ambas

82 de 101


determinaciones se efectúan con porciones del suelo o material, correspondiente a un mismo tamaño, el cual queda limitado de acuerdo con la fracción de suelo que se utilice en la prueba de compactación del laboratorio considerada.

15.3.

Referencias

Este capítulo se complementa con los siguientes capítulos y normas mexicanas vigentes: NMX-B-231 NMX-C-030-ONNCCE NMX-C-073 NMX-C-170-ONNCCE NMX-C-416-ONNCCE

15.4.

Cribas para clasificación de materiales granulares. Industria de la Construcción – Agregados – Muestreo Industria de la Construcción – Agregados - Masa Volumétrica – Método de Prueba Industria de la Construcción – Agregados – Reducción de la muestra de agregados obtenidos en el campo al tamaño requerido para las pruebas. Capítulo 2 Muestreo e identificación de muestras; Capítulo 3 Preparación de muestras; Capítulo 4 Determinación del contenido de agua; Capítulo 8 Masa específica de los suelos; Capítulo 9 Masa volumétrica seca máxima y el contenido de agua óptim o; Capítulo 10 Determinación del Valor Relativo de Soporte; Capítulo 14 Coeficiente de Variación Volumétrica.

Definiciones

15.4.1 De acuerdo con la capacidad del suelo o grado de acomodo que presentan sus partículas sólidas, las masas volumétricas (pesos volumétricos) pueden ser: 15.4.1.1.

Masa volumétrica del suelo en estado natural

Cuando el acomodo que tienen sus partículas es consecuencia de un proceso de la naturaleza. Esta masa volumétrica es la que corresponde a la condición que tienen los materiales en los bancos en su estado original y en general, es el que se refiere al terreno natural sin haber sido removido. 15.4.1.2.

Masa volumétrica del suelo en estado suelto

Es cuando su estructura natural ha sido alterada por algún proceso mecánico como la extracción, disgregación, cribado, trituración, etc. y que se ha depositado o almacenado sin someterlo a ningún tratamiento especial de compactación. Esta masa volumétrica es variable para un mismo material de acuerdo con el acomodo que adopten sus partículas sólidas, dependiendo de diversos factores, tales como el sistema de carga, el medio de transporte, tipo y altura de almacenamiento, etc. Para que la masa volumétrica de un material suelto sea representativa, deberá determinarse en las condiciones reales de trabajo o de almacenamiento. 15.4.1.3.

Masa volumétrica del suelo en estado compacto

Se refiere a que las partículas sólidas que lo constituyen han adquirido un cierto acomodo por algún procedimiento de compactación. En este caso se pres entan dos posibilidades, siendo una de ellas la que toma en cuenta la totalidad de las partículas del material y la otra, que considera la fracción del material que pasa por determinada malla. La primera se aplica generalmente para el cálculo de coeficiente de variación volumétrica y la segunda para obtención del porciento de compactación. 15.4.2.

Para efectos de esta norma mexicana, los procedimientos descritos son

15.4.2.1.

Masa volumétrica seca suelta

La masa volumétrica de un suelo en estado suelto sirve principalmente para determinar los coeficientes de variación volumétrica y puede determinarse en campo o en laboratorio. Para la determinación de la masa volumétrica del suelo e n estado suelto en el campo, se debe tratar de reproducir las condiciones reales de trabajo, por lo que el procedimiento se aplica para medir la masa y el volumen del material en estudio y depende del tipo de recipiente y de la forma de llenarlo con el suelo, así por ejemplo, para efectos de acarreos, es necesario medir el peso del material depositándolo en la caja del camión, con el equipo de carta que se vaya a utilizar en la obra, determinando su masa total en una báscula para vehículos o bien, si no dispone de esta báscula, pesando el material en forma parcial, calculando el volumen de la caja por medición directa.


83 de 101

15.4.2.2.

Masa volumétrica compactada

La masa volumétrica compactada en el lugar “in situ”, se determina de acuerdo con los métodos siguientes 15.4.2.2.1.

Método con densímetro nuclear

Este método, determina la cantidad de agua y la densidad o masa volumétrica (peso volumétrico), utilizando las técnicas de retrodispersión y transmisión directa. La humedad se determina por el método de retrodispersión (contenido de agua) y la densidad (masa volumétrica) por cualquiera de las dos técnicas. La técnica de retrodispersión (contenido de agua) consiste en colocar el aparato o fuente al ras de la superficie a ensayar y obtener lecturas hasta de 50 mm de profundidad. La técnica de transmisión directa consiste en taladrar un pequeño agujero en el material por ensayar y descender una varilla de fuente radiactiva a la profundidad requerida que puede ser hasta de 300 mm. Este método no destructivo es de fácil utilización y sus ensayos están limitados por la composición química, heterogeneidad de la muestra y la textura superficial del material por ensayar. 15.4.2.2.2.

Método del cono y arena.

Este método se aplica principalmente a suelos que pasan la malla 38,1 mm tanto en su estado natural como en su estado compactado, sirve par obtener los grados de compactación de los materiales que forman las terracerías y los coeficientes de variación volumétrica. Es un procedimiento semejante al de la trompa y arena, excepto que la medición del volumen del sondeo con arena graduada de masa volumétrica previamente determinada, se hace utilizando un dispositivo constituido esencialmente por conos metálicos que se ajustan a un frasco de material transparente. 15.4.2.2.3.

Método balón de goma.

Este método se efectúa en los materiales tanto en estado natural firmes como en estado compacto, en materiales que pasan la malla 38,1 mm, se utiliza un aparato de balón de goma, que se coloca sobre un agujero previamente excavado en el suelo y donde se bombea agua dentro del globo de goma situado dentro del aparato, el cual se fuerza al interior del agujero. La cantidad de agua desplazada dentro del globo se observa en la graduación de una probeta de vidrio. 15.4.2.2.4.

Método de trompa y arena.

Este método se efectúa en los materiales tanto en estado natural como en estado compactado y sirve para obtener los grados de compactación y los coeficiente de variación volumétrica. La determinación de la masa volumétrica en el lugar por este método, consiste esencialmente en hacer una excavación en el sitio de prueba elegido, pesando el material extraído y relacionar esta masa con el volumen del sondeo, medido con arena. Este método se aplica hasta un máximo de la partícula que pase la malla 75,0 mm. 15.4.2.2.5.

Método de agua.

Este método se emplea para la determinación de las masas volumétricas de los suelos con fragmentos de roca, ya sea en estado natural o bien en estado compactado, cuando están formando capas o estratos de más de 40 cm de espesor. La prueba consiste en efectuar en dichos suelos, a partir de una superficie horizontal, un sondeo de forma rectangular, pesar el material extraído y relacionar su masa con el volumen de la excavación; este volumen se determina cubriendo la superficie del sondeo con una tela delgada de plástico y midiendo el volumen de agua que se necesita para llenarlo. Este método también se utiliza en la determinación de los coeficientes de variación volumétrica. 15.4.2.2.6.

Método de muestras inalteradas.

En este método se obtienen la masa volumétrica (peso volumétrico) de muestras inalteradas, extraídas en suelos finos utilizados en terracerías, que puedan labrarse sin que se disgreguen y cuyas partículas tengan un tamaño máxim o inferior a la malla 4,75 mm. 15.4.2.2.7.

Método del volumen directo conocido en el lugar (método de probeta)

Este método no se recomienda emplear para fines de grado de compactación, sin embargo es una alternativa que se puede presentar en pruebas de mecánica de suelos donde no exista otro método que emplear. Se puede obtener la masa volumétrica de los diversos suelos, aún contando con fragmentos pequeños de roca, en estado natural, cuando el material presenta ciertas dificultades para labrar una muestra inalterada que permita realizar lo descrito en el párrafo 15.4.2.2.6, así como en materiales previamente compactados, la determinación de la masa volumétrica del volumen conocido en el lugar, consiste en hacer una excavación en el sitio de prueba elegido, determinar y registrar 84 de 101


la masa del material extraído en estado húmedo y relacionarlo con el volumen de la excavación determinado con arena y otro material con ayuda de una probeta graduada.

15.5.

Equipo

Según el método a emplear los aparatos, equipo y materiales son los siguientes: 15.5.1. 15.5.2. 15.5.3. 15.5.4. 15.5.5.

Balanza con capacidad mínima de 120 kg con aproximación de 10 g. Balanza con capacidad mínima de 20 kg con aproximación de 5 g. Balanza con capacidad mínim a de 2 kg con aproximación de 0,1 g. Balanza con capacidad mínima de 300 g con aproximación de 0,01 g. Dispositivo “Trompa de Elefante” para colocar la arena en el sondeo

Consistente en un recipiente de forma cilíndrica con fondo cónico y una extensión de tubo metálico flexible (Véase figura 19). 15.5.6.

Recipiente calibrador metálico

De forma cilíndrica con diámetro interior y altura de 15 cm (Véase figura 19). Para el método trompa y arena.

(Todas las medidas son en cm)

FIGURA 19.- Dispositivo para colocar la arena en el sondeo y recipiente calibrador 15.5.7.

Recipiente calibrador de forma cilíndrica

Cuyo diámetro interior debe ser de 18 cm y altura de 10 cm para el método del cono y arena. 15.5.8.

Dispositivo o aparato de cono para colocar arena en el sondeo

Este dispositivo consta de: un frasco con capacidad de 4 L para medir volúmenes con arena, una sección desmontable con dos conos metálicos unidos entre si para una válvula que tiene un orificio de 13 mm de diámetro, base cuadrada con perforaciones en el centro, según se muestra en la figura 20 15.5.9. Aparato de balón de densidad, con tubo de vidrio calibrado con divisiones de 10 cm 3. El tubo de vidrio va alojado dentro de una pieza fundida de aleación de aluminio o material similar. Una válvula de parada y una válvula del tipo aspirador de goma reversible como se muestra en la figura 20


85 de 101


FIGURA 20.- Aparato para medir el volumen con arena 15.5.10.

Aparato de medida nuclear

Construido robusto y rígido con blindaje para mayor seguridad contra fugas de fuentes radioactivas incluidas en el aparato. Visualizador de cristal líquido y teclado como el ilustrado en la figura 21.

FIGURA 21.- Aparato de medida nuclear (densímetro nuclear) 15.5.11. Recipiente metálico para masa volumétrica suelta de forma cilíndrica de capacidad de 10 L con medidas de 252,4 cm de diámetro y 200 mm de altura. 15.5.12.

Charolas metálicas rectangulares de 400 mm x 600 mm x 100 mm y cucharón metálico.

15.5.13.

Barreta de acero con un extremo terminado en punta y en bisel.

15.5.14.

Herramienta auxiliar de campo

Palas, marro, cincel, picos, nivel de burbuja, espátulas, cuchara de albañil, reglas metálicas de 300 mm y escantillones.

86 de 101


15.5.15.

Herramientas de laboratorio

Cuchillo, segueta, calibrador tipo vernier de 0,01 cm de aproximación, arco de joyero con alambre, marro, vasos de aluminio de 500 cm 3, vaso de precipitado de 400 cm 3, termómetro con capacidad aproximada de 273 K a 373 K (de 0 ºC a 100 ºC), parrilla eléctrica o estufa de gas. 15.5.16.

Torno para labrar probetas

15.5.17. capacidad

Probetas de 1 000 m L graduados cada 10 mL y recipientes de aproximadamente 5 L, 10 L y 20 L de

15.6.


15.6.1

Parafina blanca o mezcla de parafina blanca y petrolato en partes iguales.

15.6.2

Hilo delgado de nylon.

15.6.3

Bolsas, recipiente impermeable, frasco y botes con tapa

15.6.4 Arena limpia y seca con partículas densas y redondeadas cuyos tamaños están comprendidos en las mallas 0,850 y 0,600 mm 15.6.5 Tela delgada de plástico resistente cuadrada con sección de 350 mm x 350 mm y lona ahulada de forma cuadrada de aproximadamente 200 mm x 200 mm de lado mínimo.

15.7.

Muestras

15.7.1.

Masa volumétrica de un suelo seco y suelto en el laboratorio

15.7.1.1 Para la prueba la muestra debe ser preparada de acuerdo con lo establecido en los Capítulos 2 y 3 de esta norma mexicana, se toma por cuarteo la porción necesaria para llenar el recipiente y se mezcla para homogeneizarla. 15.7.2.

Método nuclear

15.7.2.1.

Calibración del aparato de medida nuclear

15.7.2.1.1. El aparato nuclear debe calibrarse determinando el rango de conteo nuclear del visualizador con las masas volumétricas de los diferentes materiales por emplear conocidos previamente en el laboratorio. 15.7.2.1.2. La calibración en el laboratorio consiste en hacer 5 determinaciones en bloques preparados que representen el volumen suficiente para asentar el aparato. La densidad o masa volumétrica debe determinarse con una precisión de ± 0,2 % para valores conocidos de masa volumétrica de 1 600 kg/m 3 a 2 725 kg/m 3. 15.7.2.1.3. Para conocer la variación del aparato de medida nuclear en cam po, debe hacerse por cada 10 determinaciones, una con el método de cono y arena, método del balón de goma o del método de la trompa y arena, las variaciones encontradas deben estar dentro de la variación de ± 1,0 %. 15.7.2.1.4. La calibración del aparato debe hacerse cada año como mínimo, o bien cuando los valores exceden el 3 % de las comparaciones de los métodos mencionados en el inciso 15.7.2.1.3 y después de ser reparado. Posteriormente el aparato debe calibrarse con 10 ensayes consecutivos de campo comparados con los ya conocidos en el párrafo 15.7.2.3. 15.7.3

Método del cono y arena.

15.7.3.1.

Calibración del recipiente

15.7.3.1.1. Determinar la masa de la arena necesaria para llenar el cono de mayor tamaño, que se denomina cono de arena, siguiendo el procedimiento que se indica a continuación: 15.7.3.1.2. Se vierte arena en el frasco del dispositivo en una cantidad suficiente para llenar el cono de arena, se montan los conos en la boca del frasco y se cierra la válvula. 15.7.3.1.3. Se determina la masa del dispositivo conteniendo la arena, anotando su masa como “Wfs” en g.


87 de 101

15.7.3.1.4.

Se coloca la base sobre una superficie limpia, a nivel y sensiblemente plana.

15.7.3.1.5.

Se Invierte el dispositivo y se coloca sobre la base.

15.7.3.1.6. Se abre la válvula y se mantiene en estas condiciones hasta que se detenga el flujo de arena, es decir hasta que se halla llenado el cono de mayor tamaño. 15.7.3.1.7. Cerrar perfectamente la válvula, se pesa el dispositivo con arena remanente y se anota esta masa como “Wsr” en g. 15.7.3.1.8.

Se determina la masa del cono de arena mediante la fórmula siguiente: Wsc = Wfs - Wsr

Donde: Wsc Wfs Wsr

es la masa del cono de arena, en g. es la masa inicial del dispositivo conteniendo arena en g. es la masa del dispositivo con la arena remanente en g.

15.7.3.1.9.

La masa volumétrica de la arena se determina como se describe a continuación:

15.7.3.9.1.1. Llenar el frasco del dispositivo con la arena limpia y seca, se instalan los conos en la boca del frasco y se cierra la válvula. 15.7.3.9.1.2. Se determina la masa del dispositivo conteniendo la arena y se anota dicha masa como “Wfs”, en g 15.7.3.9.1.3. Colocar el recipiente de calibración sobre una superficie sensiblemente horizontal y firme en posición para ser llenado el volumen de dicho recipiente deberá determinarse previamente como se indica en 15.6.3.1.2 15.7.3.9.1.4. Se instala sobre el recipiente de calibración la base metálica del aparato sujetándolo adecuadamente para evitar fugas de arena y se monta en este dispositivo conteniendo la arena. 15.7.3.9.1.5. Abrir la válvula y se mantiene en estas condiciones hasta que se detenga el flujo de arena, quedando en esta forma lleno el recipiente de calibración y el cono de arena. 15.7.3.9.1.6. Se cierra perfectamente la válvula se pesa el dispositivo con la arena remanente y se anota esta masa como “Wfsr”, en g. 15.7.3.9.1.7. Se determina la masa volumétrica de la arena “γsd”, empleando la siguiente fórmula: γs d =

Wsdx1 000 Wfs − Wfsr − Wsc = x1 000 Vr Vr

Donde: γsd Wsd Vr Wfs Wfsr Wsc 15.7.4.

es la masa específica (peso específico o volumétrico) de la arena, en kg/m 3 es la masa la arena seca empleada para llenar el recipiente de calibración en g. es el volumen del recipiente de calibración en cm 3. es la masa del dispositivo con el frasco lleno de arena, en g. es la masa del dispositivo con la arena remanente, en g. es la masa del cono de arena, en g. Método del balón de goma. Calibración del volumen indicador del aparato.

15.7.4.1. Calibrar el indicador de volumen de aparato balón de goma, usando un recipiente de volumen y dimensiones conocidas (en el recipiente de agua debe tenerse precauciones para evitar burbujas de aire atrapado, así como la impermeabilidad del recipiente; el llenado debe ser verificado con una placa de vidrio y medir la temperatura del agua. Este proceso debe efectuarse con tres determinaciones como mínimo y obteniéndose una variación en la medida ± 3 cm 3 de agua. Posteriormente se calcula el volumen del recipiente con las siguiente fórmula: V = (W2 - W 1) x Vw

88 de 101


Donde: V W2 W1 Vw

es es es es

el volumen del recipiente o molde en cm 3 la masa del recipiente o molde con agua y la placa de vidrio, en g. la masa del recipiente o molde con la placa de vidrio, en g. el volumen del agua basado en la tabla No. 9 en cm 3/g.

TABLA 9.- Volumen del agua Temperatura (ºC) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Volumen del agua (cm3/g) 1,00048 1,00073 1,00103 1,00138 1,00177 1,00221 1,00268 1,00320 1,00375 1,00437 1,00497

15.7.4.2. Colocar el aparato de balón de goma en una superficie horizontal, llenarlo con agua hasta la lectura inicial del volumen indicador. Posteriormente transferir el aparato sobre el recipiente previamente calibrado (Véase 15.7.3.1) y sobre una superficie horizontal, aplicar la presión necesaria bombeándose agua dentro del globo de goma en el interior del recipiente para que el indicador de volumen de la lectura inicial registre el volumen final desplazado. La diferencia entre la lectura inicial y la final indica el volumen del recipiente. Para una calibración satisfactoria, la diferencia entre la lectura inicial y la final indica el volumen del recipiente. Para una calibración satisfactoria, la diferencia entre el volumen del recipiente calibrado y el volumen del aparato obtenido debe ser de ± 1, % o menos. 15.7.4.3. La calibración del aparato debe hacerse anualmente o bien cuando se repare o cambie de membrana, debiendo cumplir nuevamente con lo indicado en 15.7.3.1 15.7.5

Método de trompa y arena. Calibración de la arena

15.7.5.1.

Se verifica la masa volumétrica de la arena “γsd” de la forma siguiente:

15.7.5.2. Se determina el volumen “Vr”, del recipiente de calibración, para lo cual se determinan una masa vacía con aproximación de 5 g y se coloca sobre una superficie plana y en posición horizontal, se vierte agua en el recipiente evitando la formación de burbujas de aire, colocándose sobre el borde una placa de vidrio tratada con una película de aceite delgado, se elimina el agua que haya derramado en la superficie exterior del molde y se determina su masa con la aproximación mencionada. La diferencia de masas entre el recipiente lleno de agua y vacío en g, se repite este procedimiento hasta que en tres determinaciones no exista una variación de 3 cm 3 el promedio de estos tres valores es el volumen del recipiente, en cm 3. 15.7.5.3. Se coloca el dispositivo (trompa) en posición de trabajo, se recoge la trompa con el cordel manteniéndola en esta posición y se llena con arena su depósito. 15.7.5.4. Posteriormente colocar el recipiente en una superficie sensiblemente horizontal y firme, en posición para ser llenado. 15.7.5.5. Enseguida se vacía arena dentro del recipiente, para lo cual se introduce la trompa con su extremo levantado hasta tocar el fondo de aquel; logrado lo anterior, simultáneamente y en forma gradual se levanta el dispositivo y se suelta el cordel que sujeta la trompa, hasta que ésta quede en posición vertical y deje salir la arena con una altura mínima de caída, permitiéndole que se distribuya en toda la sección del recipiente, para lo cual se desplaza el dispositivo sin que la trompa pierda su posición vertical y se sube lo conveniente a fin de conservar la altura mínima de caída. Esta operación se continúa hasta llenar el recipiente, para lo cual se desplaza el dispositivo sin que la trompa pierda su posición vertical y se sube lo conveniente a fin de conservar la altura mínima de caída, esta operación se continúa hasta llenar el recipiente, el que se enrasa con una regla de madera y con el menor número de pasadas. 15.7.5.6.

Se determina la masa de la arena contenida en el recipiente y se registra su masa en g.


89 de 101

15.7.5.7. El procedimiento descrito en los párrafos: 15.7.5.3, al 15.7.5.6, se repite por lo menos tres veces para obtener el promedio de la masa de la arena utilizada para llenar el recipiente mencionado, descartando el valor que varíe en más del 1% y repitiendo dichas determinaciones en caso de ser incongruentes. Este promedio es el peso de la arena seca Wsd, en g. Se determina la masa específica o volumétrica de la arena γsd. Se emplea la siguiente fórmula: γs d =

Wsd x1 000 Vr

Donde: γsd Wsd Vr 15.7.6

es la masa volumétrica de la arena seca, en kg/m 3 es la masa de la arena seca empleada para llenar el recipiente, en g. es el volumen del recipiente, en m 3 Método muestras inalteradas

15.7.6.1. De una muestra inalterada obtenida de acuerdo con lo indicado en el Capítulo 2 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias), se obtiene una muestra respectiva. 15.7.6.2. Para cubrir con parafina, se labra un espécimen en forma sensiblemente regular con un volumen equivalente a 100 cm 3. 15.7.6.3. Para obtener el espécimen por medio del labrado, se corta un prisma rectangular de bases sensiblemente paralelas y del tamaño adecuado para obtener el espécimen cilíndrico con dimensiones de 36 mm de diámetro y 90 mm de altura, aproximadamente. 15.7.7

Método del volumen directo conocido en el lugar (método de probeta)

15.7.7.1. Una vez determinado el lugar en que se efectuará la prueba, se prepara la superficie plana y libre de partículas sueltas. 15.7.7.2. Se realiza la excavación del sondeo en la superficie plana, evitando compactar o alterar el acomodo del material en las paredes y el fondo del sondeo, con la herramienta que se este empleando o al extraer el material, con las dimensiones necesarias para obtener una determinación lo más representativa posible, con un volumen que a criterio del operador no sea escaso. 15.7.7.3. El material al momento de extraerlo debe colocarse en un recipiente para evitar cambios del contenido natural de agua del mismo, refiriendo el recipiente con todos los datos del sitio, dejando en otro recipiente las partículas de roca (grava) mayores de 25,4 mm, que son regresadas a la excavación en el momento en que se determine su volumen. 15.7.7.4. Con ayuda de una probeta graduada se determina el volumen de la excavación registrándose como “V”. Esta determinación se debe realizar llenando la probeta con arena graduada y limpia de finos volteando la probeta y regresándola a su posición original despacio, tratando de que la arena se acomode lo más suelto posible no dejando oquedades que sean apreciables a simple vista debiéndose anotar el volumen de la arena “Vi”, esta operación debe repetirse las veces que se compacte dentro de la misma, ya teniendo la probeta con la arena se procede a dejarla caer dentro de la excavación previa con una altura de caída constante de 100 mm, interrumpiendo el llenado para colocar dentro de la excavación los fragmentos de roca (grava) mayores de 25,4 mm, cuidando de no compactar la arena ya colocada, se continua el vaciado de la arena de la probeta, hasta que se llene la excavación, enrasando cuidadosamente con ayuda de una regla o similar, la arena sobrante en la probeta con la arena sobrante volviendo a su posición original despacio tratando de que la arena se acomode lo más suelto posible no dejando oquedades que sean apreciables a simple vista, registrándose como volumen final (Vf), la diferencia entre los volúmenes inicial y final, debe registrarse como volumen “V” en el registro correspondiente. 15.7.7.5. En cuanto se pueda o en el laboratorio se determina la masa del material húmedo extraído de la excavación, registrándose como: Wh v. 15.7.7.6. Se determina el contenido natural de agua (W) del material extraído, de acuerdo con lo indicado en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias), para que se pueda conocer la masa seca del material extraído (Ws).

90 de 101


15.8.

Procedimiento

15.8.1


15.8.1.1. Empleando el cucharón se deja caer el material dentro del recipiente desde una altura de 200 mm, hasta que se llene, utilizando como referencia el escantillón y evitando que el material se reacomode por movimientos indebidos; después se procede a enrasar el material utilizando la regla de 300 mm. 15.8.1.2. Se determina la masa del recipiente conteniendo el material y se registra su masa Wrm con aproximación de 5 g. 15.8.1.3. Se determina el contenido de agua del material de acuerdo con lo indicado en el Capítulo 4 de esta norma mexicana. (Véase 15.3. referencias). 15.8.2

Masa volumétrica del lugar, método del densímetro nuclear

15.8.2.1.

Procedimiento de retrodispersión. Para determinar en capas hasta de 500 mm.

15.8.2.1.1.

Se selecciona la zona de la prueba en una superficie de 250 mm X 250 mm.

15.8.2.1.2.

Se prepara y limpia la superficie de materiales flojos o partículas superficiales sueltas.

15.8.2.1.3. Colocar el aparato de medida nuclear, de tal manera que se obtenga el contacto total entre la base del aparato y la superficie del material por ensayar. 15.8.2.1.4. El hueco o vacío máximo debajo del aparato entre éste y el material no debe exceder de 3 mm, cuando esto suceda se puede usar material fino o arena fina del mismo material para llenar el vacío existente y se debe alisar la superficie de contacto con una placa rígida. 15.8.2.1.5.

Se asienta firmemente el aparato.

15.8.2.1.6.

Se debe m antener el aparato lejos de otras fuentes radioactivas que puedan afectar las lecturas.

15.8.2.1.7.

Se asegura y registra una o más lecturas para el periodo normal de medida.

15.8.2.1.8. Se determinar la relación de la lectura de la prueba normal con la registrada de la masa volumétrica del lugar, obtenida con el aparato. 15.8.2.2.

Procedimiento de transmisión directa. Para capas hasta de 300 mm

15.8.2.2.1.

Se siguen los procedimientos de los párrafos: 15.8.2.1.1 al 15.8.2.1.6 de este Capítulo.

15.8.2.2.2.

Hacer una perforación perpendicular a la superficie preparada usando la guía del aparato.

15.8.2.2.3.

Colocar el aparato sobre la superficie preparada usando la guía del aparato.

15.8.2.2.4. Mediante la varilla de fuente móvil del aparato, se desciende la fuente radioactiva en incrementos de 25 mm ó 50 mm, dentro del agujero, hasta la profundidad requerida. 15.8.2.2.5.

Se asegura y registra una o más lecturas para el periodo normal de medida.

15.8.2.2.6. Se determina la relación de la lectura con la prueba descrita en 15.7.2 con la registrada de la masa volumétrica del lugar obtenido con el aparato. 15.8.2.3. Se determina el contenido de agua de acuerdo a lo establecido en el Capítulo 4 de esta norma mexicana. (Véase 15.3. referencias). 15.8.2.3.1.

Seguridad

Para el uso de los aparatos de medida nuclear se deben seguir los procedimientos y códigos de seguridad establecidos por la COMISIÓN NACIONAL DE SEGURIDAD Y SALVAGUARDIAS DE LA SECRETARIA DE ENERGÍA.


91 de 101

15.8.3

Masa volumétrica del lugar, método del cono y arena

15.8.3.1. siguiente:

El procedimiento para determinar la masa volumétrica de un suelo, en lugar, por este método es el

15.8.3.2. Una vez seleccionado el sitio en que se debe efectuar la prueba se prepara la superficie de tal manera que se tenga una porción plana de más o menos 500 mm X 500 mm y libre de partículas sueltas. 15.8.3.3. Se coloca la base sobre la superficie preparada, se marca en ésta el borde interior de dicha base para delimitar el sondeo y a continuación se efectúa éste a la profundidad requerida; se coloca en un recipiente el material extraído de dicho sondeo, se le determina su masa, y se toma la muestra para la prueba de humedad, todo lo cual se lleva a cabo siguiendo los lineamientos indicados en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias). 15.8.3.4. válvula.

Llenar con arena el frasco del dispositivo, se montan los conos en la boca del fras co y se cierra la

15.8.3.5.

Se determina la masa del dispositivo conteniendo la arena y se anota su masa como “Wfs” en g.

15.8.3.6. Se invierte e instala el dispositivo sobre la base metálica previamente colocada en el sondeo, se abre la válvula y una vez que el flujo de arena se haya suspendido, por haberse llenado el sondeo y el cono de mayor tamaño, se cierra completamente la válvula. 15.8.3.7. Se determina la masa del dispositivo con la arena remanente en el frasco y se registra dicha masa como “Wsf” en g. 15.8.4

Masa volumétrica del lugar, método del balón de goma

15.8.4.1. Se prepara la superficie del material por ensayar y ésta zona debe estar razonablemente y libre de material y partículas sueltas. 15.8.4.2. Se procede a hacer la excavación del sondeo de tal manera de cuidar las alteraciones en las paredes y fondo del sondeo. Dicha excavación debe tener el volumen mínimo expresado en la tabla 10.

TABLA 10.- Volumen mínimo del sondeo Tamaño máximo del material malla mm (N°) 4,75 (N° 4) 19,0 (3/4”) 38,1 (1 ½”)

Volumen mínimo del sondeo en mL 1 130 1 700 2 840

15.8.4.3. Después de efectuado el sondeo, se coloca el aparato de balón de goma lleno de agua sobre éste y se registra la lectura inicial. 15.8.4.4. Se bombea agua dentro del globo de goma situado dentro del aparato, el cual se fuerza al interior del sondeo y se registra la lectura final que es la cantidad de agua desplazada dentro del globo. 15.8.4.5.

La diferencia entre la lectura inicial y final se registra como el volumen del sondeo, Vn.

15.8.4.6. Se determina el contenido de agua de acuerdo con lo establecido en el Capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias).

92 de 101


15.8.5

Masa volumétrica del lugar, método de la trompa y arena

15.8.5.1. Una vez seleccionado el sitio en que se debe efectuar la prueba se limpia y prepara la superficie de tal manera que se tenga una porción sensiblemente plana y libre de partículas sueltas. 15.8.5.2. Se efectúa la excavación del sondeo en el sitio de prueba preparado, cuidando evitar alteraciones en sus paredes y fondos para el objeto, con las dimensiones según tamaño máximo del material del agregado y con el espesor de la capa o estrato, y debe obtenerse el volumen mínimo de acuerdo con la tabla 11.

TABLA 11.- Volumen mínimo del sondeo Tamaño máximo del material que pasa la malla No. (Pulg.) 4,75 (N° 4) 12,50 (1/2”) 25,00 (1”) 50,00 (2”) 75,00 (3”)

Volumen del sondeo de prueba no menor de 1 500 mL 1 500 mL 2 500 mL 3 500 mL 4 000 mL

Muestra mínima para humedad (g) 100 250 500 1 000 1 000

15.8.5.3. Colocar en un recipiente todo el material que se vaya extrayendo del sondeo, tomando las precauciones necesarias para evitar pérdida de material y de humedad. 15.8.5.4. “Wm” en g.

Determina la masa inmediatamente después de extraído el material del sondeo y determinar su masa

15.8.5.5. Mezclar dicho material hasta homogeneizarlo, y tomar una muestra representativa, cuya masa debe estar de acuerdo con el tamaño máximo del agregado según se indica en 15.8.5.2, y se determina su contenido de agua de acuerdo a lo establecido en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias). 15.8.5.6. Se determina la masa de la arena seleccionada y seca en una cantidad estimativamente superior en 25% a la requerida para llenar el volumen del sondeo, se anota su masa como Wsl, en g y con ella se alimenta el dispositivo, manteniendo el tubo flexible recogido con el cordel, para evitar la salida de la arena. 15.8.5.7. Se introduce la trompa del dispositivo dentro del sondeo y se vacía en este la arena siguiendo el procedimiento indicado en 15.7.7.de esta norma mexicana, repitiendo el procedimiento las veces que sea necesario para llenar el sondeo. 15.8.5.8. Se determina la masa de la arena que sobró incluyendo la del dispositivo, se anota como “Wsf”, en g y se obtiene por diferencia la masa de la arena Ws, empleada en total para llenar el sondeo, anotándolo en g. 15.8.6

Masa volumétrica del lugar, método del agua

15.8.6.1. Se limpia el sitio de la prueba, dejando una superficie sensiblemente cuadrada y de 1 m de lado como mínimo, prácticamente plana y horizontal, comprobando con un nivel de burbuja. 15.8.6.2. Se efectúa el sondeo en forma cúbica o cilíndrica, cuyo volumen aproximado sea de 1 000 mL mínimo evitando alterar el acomodo del material en las paredes y fondo del sondeo. Se coloca sobre la lona el material que se vaya obteniendo de la excavación, sin que se produzcan pérdidas del mismo y se cubre con una lona húmeda para evitar la pérdida de contenido de agua. 15.8.6.3. Inmediatamente después se determina la masa del material extraído del sondeo y se registra su masa total Wm, en g. 15.8.6.4. Se mezcla el material hasta homogeneizarlo convenientemente, se toma una muestra representativa cuya masa este de acuerdo con el tamaño máximo del material, según se indica en 15.8.4.2 pero no menor de 3 kg si el material contiene fragmentos de roca; se determina su contenido de agua siguiendo el procedimiento descrito en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias) y se anota dicho contenido como w en %. 15.8.6.5. Cuando la excavación del sondeo se dificulta, haciendo lenta la extracción del material, se efectúa el sondeo en dos o más partes y al finalizar cada una de ellas, se determina la masa correspondiente, se registra la masa parcial “Wmp”, en kg y se determina su contenido de agua, de acuerdo con lo que se indica en 15.8.6.4, anotándolo como “Wmp” en %, lo indicado también se efectúa cuando se observen variaciones importantes en las características del material o en su compactación para lo cual el sondeo se divide de acuerdo con dichos cambios.


93 de 101

15.8.6.6. Una vez terminado el sondeo, se coloca la tela de plástico cubriendo las paredes y piso de dicho sondeo, sujetando las orillas de la misma en la parte exterior para evitar fugas de agua. 15.8.6.7. Se vierte agua sobre la tela de plástico hasta llenar el sondeo, utilizando primero los recipientes aforados y después la probeta y se anota el volumen del sondeo Vm en mL con aproximación de 10 mL. 15.8.7

Masa volumétrica del lugar, método muestras inalteradas

15.8.7.1.

Procedimiento de la parafina.

15.8.7.1.1.

Colocar la parafina o mezcla de parafina y petrolato en el vaso de aluminio y se calienta hasta licuarla.

14.8.7.1.2. De la muestra inalterada obtenida se labra un espécimen de forma sensiblemente regular y que tenga un volumen de 100 cm 3, aproximadamente. 14.8.7.1.3. Se nivela y tara la báscula con el hilo, sujetando el espécimen con éste, dejándole un extremo libre y a continuación se determina la masa del espécimen y se anota su masa como Wm, en g. 15.8.7.1.4. Se toma el espécimen por el extremo libre del hilo y se sumerge brevemente en el vaso con la parafina licuada, cuantas veces sea necesario para que la parafina forme una capa delgada que lo cubra totalmente. 15.8.7.1.5. en g.

Se determina la masa del espécimen por el cubierto con parafina y se anota esta masa como “Wmp”,

15.8.7.1.6. Se coloca sobre el soporte giratorio de la balanza en vaso de precipitado conteniendo agua limpia a una temperatura comprendida entre 288 K y 308 K (15 ºC y 25 ºC). Se suspende de la balanza el espécimen sumergiéndolo en el agua y centrando el vaso en tal forma que el espécimen cuelgue libremente sin tocarlo; se determina la masa sumergiendo en el agua del espécimen cubierto con parafina y se anota esta masa como “Wmp”, en g. 15.8.7.1.7. cubre.

Se saca el espécimen del agua, se descuelga la balanza y se determina totalmente la parafina que lo

15.8.7.1.8. Se determina el contenido de agua w, del espécimen, de acuerdo con lo descrito en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias). 15.8.7.1.9.

Se repite el procedimiento anterior para tener resultados de dos especímenes como mínimo.

15.8.7.2.

Procedimiento de especímenes labrados.

15.8.7.2.1. De la muestra inalterada se corta un prisma rectangular de bases sensiblemente paralelas y del tamaño adecuado para obtener especímenes de 36 mm de diámetro y 90 mm de altura, aproximadamente. 15.8.7.2.2. Se coloca y se centra en el torno, deslizando el arco apoyado sobre dos de los soportes verticales del torno, se efectúan los cortes necesarios haciendo girar el prisma alternativamente hasta formar el espécimen cilíndrico. 14.8.7.2.3. A continuación se saca el espécimen del torno y se mide con el calibrador su altura y sus diámetros superior, central e inferior, anotando respectivamente estos valores como h, ds, dc, y di, con aproximación de 0,1 mm. 14.8.7.2.4.

Se determina la masa con aproximación de 0,1 g, y se anota este valor como “Wm”.

14.8.7.2.5. Se determina el contenido de agua w, del espécimen de acuerdo lo indicado en el capítulo 4 de esta norma mexicana (véase 15.3. referencias).

94 de 101


15.9.

Cálculo

15.9.1


15.9.1.1.

Se calcula la masa volumétrica seca y suelta, por medio de la siguiente fórmula:

γs =

100 (Wrm − Wr) 100 Wm = V (100 + w V (100 + w)

Donde: γs Wrm Wr Wm V w

es la masa volumétrica del material seco y suelto, en kg/m 3. es la masa del recipiente conteniendo el material, en kg. es la masa del recipiente en kg. es la masa del material contenido en el recipiente en kg. es el volumen del recipiente o del material contenido en el mismo, en m 3. es el contenido de agua remanente en el material, en %.

15.9.2

Peso volumétrico seco, método nuclear

15.9.2.1. fórmula.

Se calcula la masa volumétrica seca, método del densímetro nuclear, por medio de la siguiente

γm =

γm (100) ( w + 100)

Donde: γn γm w

es la masa volumétrica seca, método del densímetro nuclear, en kg/m 3. es la masa volumétrica húmeda, método del densímetro nuclear en kg/m 3. es el contenido de agua, en %.

15.9.3

Masa volumétrica seca, método del cono y arena

15.9.3.1.

Se calcula el volumen del sondeo de prueba empleando la siguiente fórmula: Vm =

Wsf − Wfsr) − Wsc x100 Psd

15.9.3.2. Se calcula la masa volumétrica del material húmedo en el lugar “γmc”, y la masa volumétrica del material seco, empleando las fórmulas siguientes: γmc =

Wm x1 000 Vm

Donde: γmc Wm Vm

es la masa volumétrica húmeda del lugar en kg/m 3. es la masa del material extraído en g. es el volumen de prueba, en cm 3.

γca =

γmc (100) (100 − w)

Donde: γca w

es la masa volumétrica seca, método cono y arena, en kg/m 3. es el contenido de agua, en %.

15.9.4

Masa volumétrica seca, método del balón de goma

15.9.4.1.

Se calcula la masa volumétrica del material húmedo en el lugar mediante la fórmula siguiente:


95 de 101

γm b =

Wm x 1 000 Vh

Donde: γmb Wm Vh 15.9.4.2.

es la masa volumétrica del lugar, en kg/m 3. es la masa del material extraído del sondeo, en g. es el volumen del sondeo, en cm 3. Se calcula la masa volumétrica seca, empleando la siguiente fórmula γbg =

γm b x 100 100 + w

Donde: γbg w

es la masa volumétrica seca, método balón de goma, en kg/m 3. es el contenido de agua, en %.

15.9.5

Masa volumétrica seca, método de la trompa y arena

15.9.5.1

Se calcula la masa del sondeo de prueba, mediante la siguiente fórmula:

Vm =

Wsi − Wsf Ws x 1 000 = x 100 γsd γsd

Donde: Vm Wsi Wsf

es el volumen del sondeo de prueba, en cm 3. es la masa inicial de la arena preparada, en g. es la masa final de la arena sobrante incluyendo la del dispositivo, en g.

15.9.5.2. Se calcula y reporta la masa volumétrica del material en estado seco, en el lugar empleando la siguiente fórmula: γta =

Donde: γta γmt w 15.9.6

γmt x 100 100 + w

es la masa volumétrica del material en estado seco en el lugar, en kg/m 3 es la masa volumétrica del material húmedo en el lugar, en kg/m 3 es el contenido de agua del material en %. Masa volumétrica seca, método del agua

15.9.6.1. Cuando el sondeo se haga en partes, se calcula el peso de todo el material húmedo extraído, sumando las masas parciales Wmp y registrando dicha masa como Wm en kg, también se calcula la humedad media w, del material extraído, aplicando la siguiente fórmula: W =

96 de 101

Wmp1 x Wmp1 + Wmp2 x Wmp2 + ....Wmpn x Wmpn Wmpn Wm


Donde: w es la humedad media del material extraído del sondeo , en % Wmpl x Wmp1 +Wmp2 x Wmp2 + ... Wmpn x Wmpn Es la suma de los productos del peso del material húmedo extraído de cada parte del sondeo, Wmp en kg por su contenido de agua correspondiente Wmp expresado en %. Wm es la masa de todo el material húmedo extraído del sondeo en kg. 15.9.6.2.

Se calcula la masa del material seco extraído empleando la siguiente fórmula Wd =

Wm x 100 100 + w

Donde: Wd Wm w

es la masa del material seco extraído del sondeo en kg. es la masa total del material húmedo extraído del sondeo en kg. es el contenido del agua del material en %

15.9.6.3.

Se calcula la masa volumétrica del material húmedo en el lugar, empleando la siguiente fórmula γm a =

Wm x 100 Vm

Donde: γma Wm Vm

es la masa volumétrica del material húmedo en el lugar, en kg/cm 3. es la masa del material húmedo en el lugar en kg. es el volumen del sondeo, en Litros ó dm 3.

15.9.6.4.

Se calcula la masa volumétrica seca del material en el lugar empleando la siguiente fórmula γa =

Wd x 100 Vm

Donde: γa Wd Vm

es la masa volumétrica del material seco en el lugar en kg/m 3. es la masa del material seco extraído del sondeo en kg. es la volumen del sondeo en litros o dm 3.

15.9.7

Masa volumétrica seca, muestras inalteradas

15.9.7.1.

Masa volumétrica seca, procedimiento de la parafina.

15.9.7.1.1. Se determina el volumen de la parafina que cubre cada uno de los especímenes, empleando la siguiente fórmula:

Vp =

Wmp − Wm Pp

Donde: Vp Wmp Wm Pp

es la masa de la parafina que cubre el espécimen, en cm 3. es la masa del espécimen cubierto con parafina en g. es la masa del espécimen sin parafina en g. es la masa específica de la parafina y petrolato, para fines prácticos puede tomarse como masa específica de la mezcla de parafina y petrolato en g/cm 3 (según determinación en cada caso).

15.9.7.1.2.

Se calcula el volumen de cada uno de los especímenes sin parafina, aplicando la siguiente fórmula:

Vm = Vmp − Vp =

Wmp W mp Vp γo


97 de 101

Donde: Vm Vmp Vp Wmp W´mp γo

es el volumen del espécimen en cm 3. es el volumen del espécimen cubierto con parafina en cm 3. es el volumen de la parafina que cubre el espécimen en cm 3. es la masa del espécimen cubierto de parafina, en g. es la masa del espécimen cubierto con parafina en g. es la masa específica del agua, considerando 1 g/ cm 3.

15.9.7.1.3. fórmula

Se calcula para espécimen húmedo su masa específica o volumétrica γmp, mediante la siguiente

γm p =

Wm x 1 000 Vm

Donde: γmp Wm Vm

es la masa volumétrica del espécimen húmedo. es la masa del espécimen sin parafina en g. es el volumen del espécimen en cm 3.

15.9.7.1.4.

Se calcula para cada espécimen su masa volumétrica en estado seco empleando la siguiente fórmula: γdp =

γm p x 100 100 + w

Donde: γdp γmp w

es la masa volumétrica del espécimen en estado seco, en kg/m 3. es la masa volumétrica del espécimen húmedo en kg/m 3. es el contenido del agua del espécimen en %.

15.9.7.1.5. Se calcula el promedio de las masas volumétricas en estado húmedo de las masas volumétricas en estado seco y de los contenidos de agua, reportando estos valores com o los correspondientes a la muestra. 15.9.7.2.

Masa volumétrica seca, procedimiento del labrado

15.9.7.2.1. Se calcula el área de la sección del espécimen correspondiente a cada uno de sus diámetros, superior, central e interior por medio de la siguiente fórmula: A = 0,7854 d 2 Donde. A d

es el área de la sección considerada en cm 2 es el diámetro de la sección considerada, en cm.

15.9.7.2.2.

Se calcula el área promedio de la sección del espécimen, aplicando la siguiente fórmula Ap =

98 de 101

As + 4Ac + Al 6


Donde: Ap As Ac Al

es el área promedio de la sección del espécimen en cm 2. es el área de la sección superior del espécimen en cm 2. es el área de la sección central del espécimen en cm 2. es el área de la sección inferior del espécimen en cm 2.

15.9.7.2.3.

Se calcula el volumen del espécimen, por medio de la siguiente fórmula Ve = Ap X h

Donde: Ve Ap h

es el volumen del espécimen en cm 3. es el área promedio de la sección del espécimen en cm 2. es la altura del espécimen en cm.

15.9.7.2.4.

Se calcula la masa volumétrica en estado húmedo mediante la siguiente fórmula γm l =

Wm x 1 000 Ve

Donde: γml Wm Ve

es la masa volumétrica del espécimen húmedo en kg/m 3. es la masa del espécimen húmedo en g. es el volumen del espécimen en cm 3.

15.9.7.2.5.

Se calcula la masa volumétrica del espécimen en estado seco, aplicando la siguiente fórmula: γdl =

γm l x 100 100 + w

Donde: γdl γml w 15.9.8

es la masa volumétrica del espécimen en estado seco en kg/m 3. es la masa volumétrica del espécimen húmedo en kg/m 3. es el contenido de agua del espécimen en %. Determinación del grado de compactación

15.9.8.1. Se obtiene la masa volumétrica seca máxima del material, de acuerdo con el procedimiento que corresponda a los indicados en los capítulos 8 y 9 de esta norma mexicana. 15.9.8.2. Se obtiene la masa volumétrica seca en el lugar, del material o fracción del mismo, siguiendo uno de los métodos descritos en los incisos: 15.8.2, 15.8.3, 15.8.4, 15.8.5, 15.8.6, 15.8.7, y calculados en 15.9.2, 15.9.3, 15.9.4, 15.9.5, 15.9.6 y 15.9.7, excepto que para medir el volumen del sondeo una vez extraído todo el material, las partículas mayores al tamaño con que se realiza la prueba de compactación en el laboratorio, son separadas mediante cribado y devueltas al sondeo después de iniciarse el vaciado de arena para no considerar el peso y el volumen de aquellas, ni tomarlas en cuenta para la determinación del contenido de agua, dichas partículas deben colocarse cuidadosamente en la excavación, interrumpiendo el vaciado de la arena, de tal manera que al depositarlas no se altere el acomodo de ésta, completar el vaciado de la arena, ésta las envuelva totalmente sin dejar huecos. En los casos en que haya partículas que por su tamaño deban ser devueltas al sondeo, es más práctico utilizar el método de la trompa y arena descritos anteriormente ya que ello no implica remover el aparato instalado como ocurre con el procedimiento de cono y arena y balón de goma. 15.9.8.2

Se calcula el grado de compactación del material aplicando la siguiente fórmula: Gc =

γd x 100 Pd máx

Donde:


99 de 101

Gc γd Pd máx

es el grado de compactación del material en % es la masa volumétrica del material en estado seco del lugar, en kg/m3. Es considerado como γn, γca, γta, γa, γdp, γap y γdl en esta norma mexicana. es el obtenido según 15.8.1.

15.9.9

Masa volumétrica seca del lugar por el método del volumen directo

15.9.9.1.

La ecuación para determinar la masa volumétrica seca del lugar es: Ws v =

Wh v w 1+ ( ) 100

Donde: Wh v Ws v w

es la masa húmeda del material extraído. es la masa seca del material extraído. es el contenido de agua en % γslv =

Ws v V

Donde: γslv Ws v V

es la masa volumétrica seca del lugar. es la masa seca del material extraído es el volumen directo obtenido

15.10.

Precisión

No ha sido desarrollado el tema en este método.

15.11.

Informe

15.11.1

El informe debe incluir los datos siguientes:

15.11.1.1.

Método empleado.

15.11.1.2.

Identificación del aparato.

15.11.1.3.

Calibración del aparato y de la arena por emplear.

15.11.1.4.

Datos del lugar de la prueba: localización, elevación, cadenamiento y espesor de la capa.

15.11.1.5.

Datos del sondeo: volumen y profundidad.

15.11.1.6.

Masa volumétrica en estado húmedo del lugar, kg/m 3.

15.11.1.7.

Masa volumétrica en estado seco del lugar, kg/m 3.

15.11.1.8.

Humedad o contenido de agua de la prueba, en %.

15.11.1.9.

Masa volumétrica seca máxima y humedad óptima determinado en el laboratorio.

15.11.1.10.

Grado de compactación de la capa o del lugar.

15.11.1.11.

Observaciones de la prueba.

15.11.1.12. 15.11.1.13.

Densidad del material, en caso de que el método lo requiera. Dimensiones y volumen de los especimenes de las muestras inalteradas.

100 de 101


15.12.

Bibliografía

ASTM D - 1556 - 96 Standard test method for density of soil in place by sand - Cone method. ASTM D - 2167 - 94 Standard test method for density of soil and unit weight of soil in place by the rubber ballon method ASTM D - 2216 - 93 Laboratory determination of water (Moisture) content of soil, rock, and soil - Aggregate mixtures. ASTM D - 2488 - 93 Descripción e identificación de suelos (Procedimiento Visual- Manual) ASTM D - 2922 - 96 Standard test methods for density of soil and soil - Aggregate in place by nuclear methods (Shallow Depth). ASTM D - 2937 - 94 Standard test method for density of soil in place by the drive - C ylinder method. ASTM D - 2940 - 92 Graded aggregate material for bases or subbases for highways or airports ASTM D - 4318 - 93 Standard test method for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils ASTM D - 0427 - 93 Standard test method for shrinkage factors of soils by the mercury method” ASTM D - 4914 - 94 Standard test method for density of soil and rock in place by the sand replacement method in a test pit. ASTM D - 5030 - 89 Standard test method for density of soil and rock in place by the water replacement method in a test pit. AASHTO

T 89 - 68 y T 90 - 70

AASHTO

T 92-96 Determining the Shrinkage Factors of Soils”

S.C.T.

Normas para Muestreo y pruebas de materiales equipos sistemas. (1986) Libro 6 Parte 6.01 Título 6.01.01

16.

CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES

No se puede establecer concordancia con normas internacionales por no existir referencia al momento de la elaboración de la presente norma mexicana.

A.

APÉNDICE INFORMATIVO

A.1.

Tolerancias del equipo

Cuando en la presente norma no se mencionen tolerancias en algunos equipos o instrumentos , se debe aceptar la especificada por los fabricantes en sus catálogos comerciales

A.2.

Vigencia

La presente norma mexicana entra en vigor a los 60 días naturales posteriores a la publicación de su declaratoria de vigencia por parte de la Secretaría de Economía en el Diario Oficial de la Federación.


101 de 101

nmx-c-416-onncce-2003

Recommend Documents