PRUEBAS PARA CARRETERAS Y CAMINOS PRUEBAS PARA LA SUB-RASANTE CBR (aproximadamente 5) Proctor estándar Límites de Atterberg Granulometría (SUCS y AASTHO)
PRUEBAS PARA LA SUB-BASE CBR (mín. 30) Límites de Atterberg Índice de plasticidad (4 ≤ IP ≤ 10) Límite líquido (LL ≤ 35) Proctor modificado Compactación 95 % (AASTHO T-180) Graduación (Ver tabla 1.1)
PRUEBAS PARA LA BASE CBR (mín. 80) Límites de Atterberg Índice de plasticidad (4 ≤ IP ≤ 9) Límite líquido (LL ≤ 35) Proctor modificado Compactación 95 % (AASTHO T-180) Graduación (Ver tabla 1.1) Abrasión de los Ángeles 50 % máx. (AASTHO T-96) Caras fracturadas 50 % mín. (ASTM D-5821)
Tabla 1.1* Granulometría para sub-base y base.
(1) Los procedimientos estadísticos no aplican. ( ) La tolerancia permisible (±) se indica entre paréntesis. * Extraída del CR-2010.
PESOS UNITARIO PARA AGREGADOS FINOS Y GRUESOS COMPACTADOS Y SUELTOS ASTM C-29 Este ensayo se lleva a cabo para determinar experimentalmente el peso unitario de un agregado cualquiera (grueso, finos o ambos mezclados). El peso suelto se determina llenando un molde cilíndrico de 1/10 pie³ desde una altura no mayor a los 5 cm por encima de la parte superior del recipiente. Luego se quita el exceso de material rotando la varilla sobre la superficie del molde hacia un lado y otro, se determina el peso neto. Se repite el procedimiento varias veces más, para comparar los resultados obtenidos, los cuales no deben de diferir en más del 1 %. El peso compactado o envarillado se determina llenando un recipiente de 1/3 pie³, en tres capas, cada una se compacta mediante 25 golpes verticales con una varilla con el extremo redondeado, y luego se vierte la siguiente capa y se procede a compactar de nuevo, de igual manera hasta la tercer capa. Se remueve el exceso de material en el borde superior del molde y se procede a pesar el molde con el agregado. Se repite el procedimiento hasta que se obtengan tres medidas que no difieran de 1%.
ENSAYO DE DESGASTE DE LOS ANGELES ASTM C-131 / AASTHO T-96 La resistencia mecánica del material es un factor importante en la construcción de carreteras, los ensayos de desgaste pretenden garantizar, que debido a las tensiones en que estará expuesto el material no habrá una degradación inaceptable. La resistencia al desgaste de los áridos se determina por medio de la máquina de Los Ángeles introduciendo 5 a 10 kg de muestra de roca, con una granulometría especificada, en un tambor giratorio junto con unas bolas de acero. Se somete la muestra a 500 o 1000 vueltas, a una velocidad de 33 r.p.m. Una vez terminado el periodo de vueltas, el material retirado del tambor se hace pasar por el tamiz 12 (1,6 mm), con el objetivo de separar los finos producidos por el desgaste y rotura del árido. El resultado del ensayo es la diferencia entre la masa original de la muestra y la correspondiente al final del ensayo, expresada en tanto por ciento de la masa original. A este valor se le llama el coeficiente de Los Ángeles. Tabla1.2. Valores del coeficiente de Los Ángeles.
Coeficiente de Los Ángeles Calidad del árido1 > 40 Mala 20 - 40 Media < 20 Buena (1) Agregados en la terminología estadounidense
Máquina de Los Ángeles
ENSAYO DE DESGASTE DE DEVAL FRANCES ASTM D-6928 Este ensayo es similar al pasado, pero difiere en que no se usan bolas de acero. Al valor que arroja este ensayo se llama coeficiente francés de desgaste y se expresa en múltiplos de 400.
PESO ESPECÍFICO PARA AGREGADO GRUESO (Gs) ASTM C-128 El peso específico de un agregado se conoce como la relación del peso de un volumen dado de dicho agregado, entre el peso de un volumen igual de agua destilada. Se determina pesando primero la muestra seca al horno, y después sumergida en agua. La diferencia de ambas muestras es el peso de un volumen igual al del agua.
PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS ASTM D-5821 Se determina pasando una muestra por el tamiz 4 (4,75 mm), se recoge el retenido y el número de partículas con caras fracturadas se compara con el número de partículas sin caras fracturadas. Una cara fracturada se define como una "superficie angular, áspera, rota o de una partícula de agregado creado por aplastamiento, por otros medios artificiales, o por la naturaleza". A fin de que una cara para ser considerado fracturado debe constituir por lo menos 25 % de la máxima área de sección transversal de la partícula de roca.
EQUIVALENTE DE ARENA ASTM D-2419 / AASHTO T-176 Se pretende que esta prueba sirva como un ensayo en sitio rápido para determinar la cantidad de suelo fino o de apariencia arcillosa que pueda tener un suelo o un material pétreo, de manera que la presencia de plasticidad sea reducida o eliminada del todo. El ensayo consiste en introducir una muestra del material en una probeta llena con una solución floculante (con glicerina pura, formaldehído y carbonato de cálcico anhidro). Se mezcla bien el material con la solución, se añade agua y se deja reposar la mezcla durante veinte minutos. Transcurrido este periodo el material pétreo se depositara en el fondo de la probeta, y en la zona intermedia podrán verse las partículas contaminantes. Se leen las alturas h 1 (altura de la arena), h 2 (altura de las partículas contaminantes). A la relación de estas dos se le llama equivalente de arena. Tabla1.3. Valores del Equivalente de arena (EA).
Equivalente de arena Contaminación del material > 50 Poco contaminado < 20 Muy contaminado
Prueba del equivalente de arena
ITEMPERISMO ACELERADO ASTM D-4799 El intemperismo se define como los cambios que sufren los minerales y rocas por factores mecánicos o químicos. El intemperismo mecánico es el proceso por el cual las rocas se fracturan en piezas de menor tamaño, bajo acción de fuerzas físicas, ocasionadas por el agua, el viento, el sol y los cambios de temperatura. El intemperismo químico es el proceso de descomposición química de la roca original. El objetivo de esta prueba es determinar la resistencia de una roca sana a la acción del intemperismo provocado en laboratorio. Para realizar la prueba, se prepara una solución de sulfato de sodio (10% a 20%), luego se sumerge la roca sana en la solución por un periodo de veinticuatro horas, al cabo de este proceso, se introduce la roca en un horno a la temperatura de 110 ºC durante otras veinticuatro horas. Es necesario repetir este proceso durante cinco ciclos, o como especifiquen las normas.
PROCTOR ESTANDAR ASTM D-698 / AASTHO T-180 Este ensayo se utiliza para determinar la densidad seca máxima de un suelo y la humedad óptima para la cual se alcanza esta densidad. Se emplea un molde de un litro que se llena con tres capas del material a ensayar, y se compacta golpeando un número determinado de veces con una maza que aplica siempre la misma energía. Para realizar el ensayo se preparan varias muestras que, después de secarlas, se humedecen con diferente contenido en humedad. Tras el ensayo se calcula la densidad seca de cada muestra; con cinco o seis determinaciones puede definirse una curva densidad secahumedad, obteniéndose el valor máximo que representa las condiciones óptimas de compactación (densidad seca máxima y humedad óptima) (ver Figura 1.1). Esta condición sería la ideal a alcanzar en obra, ya que supone la máxima concentración posible de sólidos y unas condiciones muy estables para el material compactado. La curva de vacíos cero de aire determina la saturación al 100 %. El valor óptimo viene a corresponder a un grado de saturación del orden del 85 % a 90 %
PROCTOR MODIFICADO ASTM D-1557 / AASTHO T-180 Este ensayo se emplea para bases y sub-bases, es semejante al anterior, pero se emplea una energía de compactación más alta, y solo se ensaya el material de granulometría inferior a 20 mm. El resultado es similar al Proctor normal, aunque se obtiene mayor densidad seca y menor humedad. Figura 1.1. Curvas de compactación
ENSAYO CBR ASTM D-1883 El ensayo CBR (California Bearing Ratio) se utiliza para evaluar la capacidad portante de suelos en terraplenes, explanadas y capas de base o sub-base en firmes. El ensayo consiste en compactar las muestras en moldes normalizados, sumergir en agua las probetas y realizar un punzamiento sobre la muestra con un pistón normalizado. Los resultados se representan en curvas de densidad seca-índice CBR. Este índice indica el porcentaje de presión ejercida por el pistón sobre el suelo para una penetración determinada con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra tipo. Tabla 1.4. Valores del CBR CBR Calidad del material 0 – 5 Muy malo 5 – 7 Malo (Sub-rasante) 7 – 14 Regular 14 – 30 Bueno (material de préstamo) 30 – 80 Sub-base 80 – 100 Base
LIMITES DE ATTERBERG ASTM D-4318 La granulometría proporciona una primera aproximación a la identificación del suelo, pero a veces queda poco claro (arena limo-arcillosa, por ejemplo), por lo que se utilizan unos índices, derivados de la agronomía, que definen la consistencia del suelo en función del contenido en agua, a través de la determinación de la humedad: peso del agua del suelo dividido por el peso del suelo. A este respecto, Atterberg definió tres límites: el de retracción o consistencia que separa el estado de sólido seco y el semisólido, el límite plástico (LP), que separa el estado semisólido del plástico y el límite líquido (LL), que separa el estado plástico del semi-líquido; estos dos últimos límites (los más usados en la práctica) se determinan con la fracción de suelo que pasa por el tamiz no° 40 ASTM (0,1 mm). El límite plástico se determina amasando suelo seco con poca agua y formando elipsoides, arrollándolos con la palma de la mano sobre una superficie lisa, hasta llegar a un diámetro de unos 3 mm y una longitud de 25-30 mm. Si, en ese momento, los elipsoides se cuartean en fracciones de unos 6 mm, su humedad es la del límite plástico (que se determina secando en estufa varios elipsoides en análogas condiciones). Si no se cuartean se vuelven a forman elipsoides para que pierdan humedad y lleguen a cuartearse. El límite líquido se determina amasando bien el suelo seco con bastante agua y extendiendo la masa sobre un molde denominado Cuchara de Casagrande. Se abre, en el centro de la masa extendida, un surco con un acanalador, formando un canal de unos 2 mm de ancho en su parte baja. El molde se coloca sobre una base y se somete a golpes controlados. El límite líquido es la humedad de la muestra cuando al dar 25 golpes se cierra el canal unos 12 mm. Como es difícil conseguir esta condición, se determina la humedad por interpolación, a partir de dos muestras, en las que debe conseguirse el cierre de 12 mm con más y menos golpes que 25. Determinados LL, y LP se puede obtener un punto representativo de cada muestra de suelo en la carta de plasticidad de Casagrande, representando la relación del límite
líquido, WL, con el índice de plasticidad, IP (IP = WL - WP representa el intervalo de humedades para pasar del estado semisólido al semilíquido). A partir de diversos estudios prácticos, Casagrande definió que los suelos con WL > 50 son de alta plasticidad (admiten mucha agua, pueden experimentar deformaciones plásticas grandes, etc.); por debajo de este valor los suelos se consideran de baja plasticidad.
TAMAÑOS DE TAMICES ASTM E-11 Tabla 1.5. Tamaño de tamices o mallas. Tamiz No. Abertura (mm) Tamiz No. Abertura (mm) 2" 14 50,0 1,4 1" 16 25,0 1,18 19,0 1,0 3/4" 18 1/2" 20 12,5 0,85 3/8" 30 9,5 0,6 1/4" 40 6,3 0,425 4 50 4,75 0,3 6 100 3,35 0,15 8 200 2,36 0,075 10 270 2,0 0,053 12 400 1,6 0,038
BIBLIOGRAFIA Barber Greene Company. Manual de construcción bituminosa. Illinois. 1963. pp. 49, 50, 53. Das, Braja. Principios de ingeniería de cimentaciones. California. 2006. pp. 64, 65. Gonzales de Vallejo, Luis. Ingeniería Geológica. Pearson Education. Madrid. 2002. pp. 23, 583, 584. Kraemer, Carlos. Ingeniería de carreteras. Mc Graw Hill. Madrid 2004. pp. 269, 270, 274, 275. Ministerio de obras públicas y transporte. Manual de especificaciones generales para la construcción de carreteras, caminos y puentes CR-2010. San José. 2010. pp. 191, 192, 665, 666. Rico, Alfonso. La ingeniería de suelos en las vías terrestres. Volumen 2. Limusa. México. 2005. pp. 316.
