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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1503 2001-11-28

SUELOS. FACTORES DE CONTRACCIÓN DE SUELOS POR MEDIO DEL MÉTODO DE MERCURIO

E:

SOILS. STANDARD TEST METHOD FOR SHRINKAGE FACTORS OF SOILS BY THE MERCURY METHOD

CORRESPONDENCIA:

esta norma es equivalente (EQV) a su documento de referencia ASTM D 42798 con desviaciones técnicas menores en el numeral 2.

DESCRIPTORES:

límites de Atterberg; suelos cohesivos; resistencia en estado seco; contracción lineal; mercurio; relación de contracción; contracción volumétrica.

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

Prohibida su reproducción

Primera actualización Editada 2001-12-18

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 1503 (Primera actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2001-11-28. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 369905 Propiedades físicas de los suelos.

ASOCRETO CONCRELAB EMPRESA DE ACUEDUCTO ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ

LAZCANO Y ESGUERRA CÍA. LTDA. UNIVERSIDAD NACIONAL Y

Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: CARLOS ECHEVERRY CONSTRUCTORA PRECOMPRIMIDOS LTDA. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA ESPINOSA RESTREPO LTDA. EVALTEC LTDA. EVALUACIONES TÉCNICAS GEOGRAL GEOINGENIERÍA GRUPO CONSTRUCTOR OSSA LÓPEZ S.A. ICPC INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS J.G.V. CO. LTDA.

MALDONADO INGENIERÍA S.A. MEJIA VILLEGAS MENSULA S.A. MINISTERIO DE TRANSPORTE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y CONSTRUCCIONES POLITPECNICO JAIME ISAZA CADAVID SOCIEDAD DE GEOTÉCNIA SOLINGRAL LTDA. UNIANDES UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN UNIVERSIDAD DEL CAUCA UNIVERSIDAD EAFIT UNIVERSIDAD JAVERIANA

UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE MINAS)

(MEDELLÍN

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

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1503 (Primera actualización)

SUELOS. FACTORES DE CONTRACCIÓN DE SUELOS POR MEDIO DEL MÉTODO DE MERCURIO

1.

OBJETO

1.1 Esta norma suministra un método de ensayo para obtener los datos que se usan para calcular el límite de contracción y la relación de contracción. 1.2 Este método de ensayo utiliza mercurio que es una sustancia peligrosa. El método de ensayo de la norma ASTM D 4943 no usa mercurio y es una alternativa aceptable a este procedimiento. 1.3 El límite líquido, el límite plástico y el límite de contracción son con frecuencia conocidos generalmente como los límites de Atterberg en reconocimiento a su definición por el científico sueco especialista en suelos, A. Atterberg. Estos contenidos de agua distinguen las fronteras de los múltiples estados de consistencia de los suelos cohesivos. 1.4 Este método de ensayo se realiza solamente sobre aquella parte del suelo que pasa por el tamiz de 425 - µm (No. 40). La contribución relativa de esta fracción del suelo se debe considerar cuando se use este método de ensayo para evaluar las propiedades del suelo como un todo. 1.5 Los valores que se presentan en unidades del Sistema Internacional se deben considerar como los valores correspondientes a la norma. Los valores establecidos en unidades de pulgada y libra, son aproximados y se dan únicamente como guía. No se deben reportar resultados del ensayo en unidades diferentes a las del S.I., pues no están conformes con esta norma. 1.6 No es el propósito de esta norma hacer mención de todos los problemas de seguridad, si es que los hay, asociados con su empleo. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer procedimientos adecuados que tengan en cuenta aspectos de salud y seguridad industrial, así como determinar la aplicabilidad de los reglamentos antes de su empleo. Este método de ensayo incluye el uso de mercurio que es material peligroso, véase el numeral 7. Nota 1. El mercurio se define como un material de riesgo para la salud.

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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 2.

NTC 1503 (Primera actualización)

NORMAS QUE DEBEN CONSULTARSE

Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de este texto, constituyen la integridad del mismo. En el momento de su publicación eran válidas las ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última versión de las normas mencionadas a continuación. NTC 1495: 1979, Suelos. Ensayo para determinar el contenido de humedad. (ASTM D 2216). NTC 4630: 1999, Método de ensayo para la determinación del límite líquido, del límite plástico y del índice de plasticidad de los suelos cohesivos (ASTM D 4318). ASTM C 670: 1996, Standard Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for Construction Materials. ASTM D 421: 1998, Standard Practice for Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants. ASTM D 653: 2000, Standard Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids. ASTM D 2488: 2000, Standard Practice for Description and Identification of Soils (VisualManual Procedure). ASTM D 3740: 2001, Standard Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in the Testing and/or Inspection of Soil and Rock as Used in Engineering Design and Construction. ASTM D 4753: 1995, Standard Specification for Evaluating, Selecting, and Specifying Balances and Scales for Use in Soil, Rock, and Construction Materials Testing. ASTM D 4943: 1995, Standard Test Method for Shrinkage Factors of Soils by the Wax Method. 3.

TERMINOLOGÍA

3.1

DEFINICIONES

3.1.1 Las definiciones que se usan en éste método de ensayo deben estar en conformidad con la terminología de la norma ASTM D 653. 3.1.2 Resistencia en estado seco: es una medida descriptiva del esfuerzo que se requiere para triturar una bola de suelo de 12 mm (1/2 de pulgada) de diámetro que se seca al aire, de acuerdo con la norma ASTM D 2488. 4.

RESUMEN DEL MÉTODO DE ENSAYO

4.1 Una muestra de suelo de grano fino se amasa completamente con agua hasta aproximarse a la consistencia del límite líquido. La pasta saturada se coloca en un contenedor de volumen final conocido y se seca lentamente. Se determina la masa y el volumen final de la muestra del suelo sólido. Estas mediciones se usan para calcular las constantes del suelo.

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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 5.

NTC 1503 (Primera actualización)

SIGNIFICADO Y USO

5.1 Los factores de contracción cubiertos por este método de ensayo sólo se pueden determinar básicamente en suelos de grano fino (cohesivo), los cuales al ser secados al aire presentan una resistencia específica. 5.2 El término límite de contracción, se expresa como el contenido de agua en porcentaje, se considera que representa la cantidad de agua que se requiere para llenar los vacíos de un suelo cohesivo dado que tiene su mínima relación de vacío por secado (usualmente por medio del horno). Por lo tanto, el concepto de límite de contracción se puede usar para evaluar el potencial de contracción o la posibilidad de desarrollo de grietas o ambas, en trabajos de suelos que involucren suelos cohesivos. 5.3 La información que se obtiene de este método de ensayo se puede utilizar para calcular la contracción volumétrica y la contracción lineal. Nota 2. A pesar de las declaraciones sobre precisión y desviación presentadas en éste método de ensayo, la precisión de este método depende de la competencia del personal que lo realiza y lo apropiado del equipo e instalaciones utilizadas. Las entidades que cumplen con el criterio de la práctica de la norma ASTM D 3740 se consideran generalmente capaces de ensayos competentes y objetivos. Los usuarios de este método deben entender que el cumplimiento de la norma ASTM D 3740 no asegura por si mismo la confiabilidad del ensayo. La confiabilidad del ensayo depende de muchos factores; la norma ASTM D 3740 proporciona un medio para evaluar algunos de esos factores.

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APARATOS

6.1 Recipiente de evaporación: plato de porcelana o de vidrio de 140 mm de diámetro aproximado. 6.2 Espátula o cuchillo de hoja flexible con dimensiones aproximadas de 76 mm de longitud y 19 mm de ancho. 6.3 Recipiente de contracción: recipiente circular de porcelana o metal monel con base plana, con un diámetro aproximado de 44 mm y una altura aproximadamente de 12 mm. 6.4

Regla de acero, con longitud aproximada de 150 mm.

6.5 Recipiente de vidrio, de 57 mm de diámetro y 31 mm de altura aproximadamente. El borde superior debe ser de filo suave y el plano que lo contiene debe ser paralelo al fondo. 6.6 Lámina de vidrio con tres salientes metálicas, para sumergir la muestra de suelo en mercurio, tal como se muestra en la Figura 1. 6.7 Plato de vidrio, o lámina de vidrio, lo suficientemente grande como para cubrir el recipiente de vidrio. 6.8

Probeta graduada de vidrio, con capacidad de 25 ml y graduada con divisiones de 0,2 ml.

6.9 Balanza, con una sensibilidad de 0,1 g, conforme con los requisitos de las balanzas de clase GP2 de la norma ASTM D 4753. 6.10

Mercurio, suficiente para llenar el recipiente de vidrio hasta rebosar.

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NTC 1503 (Primera actualización)

6.11 Bandeja poco profunda, de dimensiones aproximadas de 20 cm x 20 cm x 5 cm, que no sea metálica (preferiblemente de vidrio), utilizada para contener derrames accidentales de mercurio.

(Dimensiones en mm) Suelo húmedo

Vidrio de 1,6 x 76,2 x 76,2

Suelo seco

Antes de la contracción

Después de la contracción

23,8

23,8

Lámina de vidrio Recipiente de evaporación

Mercurio

23,8 pasadores de bronce Suelo seco 3,2

0,8

5,32 0,8

11,1 3,2

Mercurio desplazado por la muestra del suelo

Borde superior del recipiente de vidrio de superficie esmerilada MÉTODO PARA OBTENER EL MERCURIO DESPLAZADO

Figura 1. Aparato para determinar la contracción volumétrica

7.

RIESGOS

7.1 Advertencia: El mercurio es una sustancia peligrosa que puede ocasionar enfermedad y muerte. La inhalación del vapor de mercurio representa un riesgo serio para la salud. El mercurio también se puede absorber a través de la piel. Los efectos del mercurio son acumulativos. 7.2 Precaución: Además de otras precauciones, se debe almacenar el mercurio en contenedores graduados a prueba de golpes para controlar la evaporación, se debe trabajar en un área con buena ventilación (preferiblemente bajo una campana de ventilación) y se debe evitar el contacto con la piel. Se deben usar guantes de caucho en todo momento. 7.3 Minimice los derrames incontrolados cuando realice aquellas partes del procedimiento presentados en los numerales 9.3 y 9.6, utilizando como recogedor una bandeja grande y poco profunda. 7.4 Se deben limpiar inmediatamente los recomendado explícitamente para el mercurio.

derrames

utilizando

un

procedimiento

7.5 Se debe disponer de los materiales de desperdicio contaminados, incluyendo la muestra de suelo seco, de una manera segura y ambientalmente aceptable.

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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 8.

NTC 1503 (Primera actualización)

MUESTREO

8.1 Se seleccionan alrededor de 30 g de suelo de la porción completamente mezclada del material que ha pasado por el tamiz 425 µm (No. 40), la cual, se obtiene de acuerdo con la norma ASTM D 421. 9.

PROCEDIMIENTO

9.1 Se coloca el suelo en el recipiente de evaporación y se mezcla completamente con agua destilada. La cantidad de agua que se agregue debe producir un suelo que por inspección visual tenga una consistencia tal que esté por encima del límite líquido (Método de Ensayo de la norma ASTM D 4318). En términos físicos, es una consistencia que no es una pasta aguada sino una que pueda fluir lo suficiente para expeler burbujas de aire cuando se golpea con suavidad. Es deseable usar el mínimo posible de agua. Esto es de gran importancia con suelos muy plásticos para que no se agrieten durante el proceso de secado. 9.2 Se aplica en el interior del recipiente de contracción una capa delgada de vaselina, grasa de silicona o lubricante similar, para evitar la adhesión del suelo al recipiente. Se determina y registra la masa en gramos (libras) del recipiente vacío más el lubricante que se haya aplicado, MT. 9.3 Se coloca el recipiente de contracción en la bandeja poco profunda para recoger cualquier rebose de mercurio. Se llena el recipiente de contracción hasta rebosar con mercurio. Se remueve el exceso de mercurio presionando la lámina de vidrio firmemente sobre la parte superior del recipiente de contracción. Se debe observar que no haya aire atrapado entre la lámina y el mercurio y si lo hay, se llena nuevamente el recipiente y se repite el proceso. Se determina el volumen del mercurio contenido en el recipiente de contracción, ya sea por medio de la probeta graduada de vidrio, o dividiendo la masa medida del mercurio por la densidad del mercurio (igual a 13,55 Mg/m3). Se registra este volumen en centímetros cúbicos (pies cúbicos) de la muestra de suelo húmedo, V. Notas: 3)

Precaución: El mercurio es una sustancia peligrosa que puede ocasionar serios efectos en la salud por inhalaciones prolongadas de vapor o por contacto con la piel, véase el Numeral 7.

4)

No es necesario medir el volumen del recipiente de contracción (muestra de suelo húmedo) durante cada ensayo. El valor de una medida previa se puede usar dado que se obtuvo como se especificó en el numeral 9.3 y el recipiente de contracción está debidamente identificado y en buena condición física.

9.4 Luego se coloca una cantidad de suelo húmedo en el centro del recipiente, aproximadamente igual a la tercera parte del volumen del mismo, y se hace fluir hacia los bordes golpeando el recipiente contra una superficie firme, donde previamente se colocan varias hojas de papel o de material similar como amortiguador. Se añade una cantidad de suelo aproximadamente igual a la anterior y se vuelve a golpear el recipiente hasta que el suelo se compacte completamente y haya salido a la superficie el aire incluido. Se añade más suelo y se continúa golpeando hasta que el recipiente se llene completamente y el exceso de suelo rebose por los bordes. Se enrasa el exceso de suelo por medio de la regla y se limpia todo el suelo adherido por fuera del recipiente. Inmediatamente después se determina y registra la masa en gramos (libras) del recipiente y del suelo húmedo, Mw.

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NTC 1503 (Primera actualización)

9.5 Se deja secar el suelo al aire hasta cuando su color pase de oscuro a claro, se seca la muestra en el horno a 110 °C ± 5 °C hasta conseguir que su masa sea constante. Si la muestra de suelo se agrieta o se rompe en pedazos, se repite el proceso desde el numeral 9.1 preparando otra muestra de suelo con menor contenido de agua. Se determina y registra la masa en gramos (lbm) del recipiente y del suelo seco, MD. 9.6 Se determina el volumen de la muestra seca, removiendo la muestra del recipiente y sumergiéndola en el recipiente de vidrio lleno de mercurio, de la siguiente manera: 9.6.1 Se coloca el recipiente de vidrio sobre la bandeja para recoger el exceso de mercurio. Se llena con mercurio el recipiente de vidrio hasta rebosar y se remueve el exceso haciendo presión firmemente sobre el recipiente con la lámina de vidrio de tres salientes metálicas (véase la Figura 1). Se observa que no haya aire atrapado entre la lámina y el mercurio, y si lo hay se llena nuevamente el recipiente y se repite el proceso. Se limpia cuidadosamente el mercurio que pueda estar adherido por fuera del recipiente. 9.6.2 Se coloca el recipiente de evaporación sobre la bandeja poco profunda para recoger cualquier exceso de mercurio. Se coloca el recipiente de vidrio lleno de mercurio en el recipiente de evaporación y seguidamente se coloca la muestra de suelo sobre la superficie de mercurio (ésta flotará). Utilizando la lámina de vidrio de tres salientes se presiona cuidadosamente la muestra forzándola a introducirse en el mercurio, y se presiona la lámina firmemente sobre la superficie del recipiente de vidrio para extraer cualquier exceso de mercurio. Se observa que no haya aire atrapado entre la lámina y el mercurio, y si lo hay, se repite el proceso empezando por el numeral 9.6.1. Se mide el volumen de mercurio desplazado dentro del recipiente de evaporación, ya sea por medio de una probeta graduada de vidrio o dividiendo la masa del mercurio medida por la densidad del mercurio. Se anota el volumen en centímetros cúbicos (pies cúbicos) de la muestra de suelo seco, Vo. 10.

CÁLCULOS

10.1

Se calcula la masa inicial de suelo húmedo así: (1)

M = Mw - MT

10.2

Se calcula la masa de suelo seco así:

(2)

MO = MD – MT

10.3 Se calcula el contenido inicial de agua del suelo expresado en porcentaje con relación a la masa de suelo seca así :

w = [(M - MO ) / MO ] x 100

(3)

10.4 Se calcula el límite de contracción como un contenido de agua del suelo, expresado en porcentaje con relación a la masa de suelo seco así:

LC = w - { [ (V – VO ) pw /MO ]x100}

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(4)

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NTC 1503 (Primera actualización)

Donde: pw

=

V, Vo =

densidad aproximada del agua, igual a 1,0 g/cm3 (62,4 libra/pie3). son definidos en el numeral 9 Procedimiento.

10.5 Se calcula la relación de contracción, R con base en los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica, por medio de la siguiente ecuación:

(5)

R = MO /(VO x pw )

11.

INFORME

11.1

Se reporta la siguiente información :

11.1.1 Identificación y descripción visual de la muestra 11.1.2 Valor del contenido inicial de agua, aproximado al número entero más cercano y omitiendo el símbolo de porcentaje. 11.1.3 Valor del límite de contracción, aproximado al número entero más cercano y omitiendo el símbolo de porcentaje. 11.1.4 Valor de la relación de contracción, aproximado al 0,01 más cercano.

12.

PRECISIÓN Y DESVIACIÓN

12.1

DESVIACIÓN

No hay un valor de referencia aceptable para éste método de ensayo, por lo tanto, no se puede determinar la desviación. 12.2

PRECISIÓN

La Tabla 1 presenta estimativos de precisión basados en resultados de ensayos de laboratorio de los materiales de referencia de la AASHTO (AMRL), del programa de ensayo de Rendimiento de Muestras llevado a cabo sobre muestras identificadas con los números 103 y 104. Las muestras consisten en material CL con 59,4 % finos, un límite líquido de 33 y un límite plástico de 18.

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NTC 1503 (Primera actualización)

Tabla 1. Estimativos de precisión Material y tipo de índice

A

Valor promedio

Desviación estándar

Rango aceptable de dos resultados

Límite de contracción

1,6

0,6

1,8

Relación de contracción

1,90

0,04

0,18

Límite de contracción

1,6

1,7

4,8

Relación de contracción

1,90

0,07

0,19

A

Un único operador:

Entre varios laboratorios

A

Estos números representan respectivamente, los límites primero y segundo, tal como se describe en la norma ASTM C 670.

12.2.1 La columna nombrada como “Rango Aceptable de dos Resultados” cuantifica la diferencia máxima esperada entre dos mediciones sobre muestras de un mismo material bajo las condiciones enumeradas en la primera columna. Esos valores sólo se aplican a suelos que sean similares a las Muestras 103 y 104. Notas: 5)

Los valores dados en la columna 3 son las desviaciones estándar que se han encontrado apropiadas para los resultados del ensayo descrito en la columna 1. Los valores dados en la columna 4 son los límites que no deben ser excedidos por la diferencia entre dos ensayos realizados apropiadamente.

6)

Los criterios para asignar valores de desviación estándar para suelos altamente plásticos o no cohesivos no están disponibles en éste momento.

13.

PALABRAS CLAVES

13.1 Límites de Atterberg, suelos cohesivos, resistencia en estado seco, contracción lineal, mercurio, relación de contracción, contracción volumétrica.

DOCUMENTO DE REFERENCIA AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Shrinkage Factors of Soils by the Mercury Method. Philadelphia, ASTM 1998. 4 p. 1 il (ASTM D 427).

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