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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica

UNIVERSIDAD NACIONAL ”SAN LUIS GONZAGA” DE ICA “AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU” FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PAVIMENTOS CLASIFICACION ENSAYOS Y ESTUDIO DE SUELOS EN DISEÑO DE CARRETERAS Y PAVIMENTOS DOCENTE: ING. EDUARDO INJANTE LIMA. INTEGRANTES:       

JARA AGUILAR, JOSEPH PALOMINO SALAZAR, CARLOS TENORIO GAVILAN, KAREN LOPEZ CARHUAPUMA, ERIKS MATA SALAZAR, JUAN ESPINOZA MONTES, LUIS TITO ALTAMIRANO, RUBEN

CICLO: X SECCIÓN: “B” ICA – PERÚ

2016

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Este trabajo está dedicado a nuestro catedrático por el conocimiento que nos otorga el cual es de gran importancia para nosotros, ya que nos permitirá reaccionar de manera adecuada ante problemas y determinadas situaciones y resolverlos.

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 1.- Características de los suelos a.- composición química y mineralógica b.- tamaño de sus partículas c.- forma de sus partículas  2.- clasificación de los suelos (considerar los diversos sistemas de clasificación)  3.- Ensayos de suelos a realizar a.- contenido de humedad b.- peso especifico c- análisis granulométrico d.- limites de consistencia -Limite liquido -limite plástico - índice de plasticidad -índice de contracción e.- permeabilidad f- capilaridad g ensayo de compactación proctor -Estándar -Modificado h.- Ensayo CBR i.- Ensayo de corte j.- Ensayo de consolidación k.- Ensayo de Carga Directa l.- Ensayo para obtener modulo de balasto m.- Ensayo de equivalente arena n.-ensayos de dureza del agregado de los angeles ñ.-ensayo de sales y sulfatos o.-ensayo para obtener el modulo de resilenci p.-ensayo de durabilidad de los agregados. q.-ensayos de carga fracturada r.- Ensayos de adherencia en agregados  CONCLUSION

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1.- CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS EL SUELO: El suelo es la capa sólida que cubre la superficie de la tierra. Al igual que el agua y el aire, es un recurso indispensable para los seres vivos que habitan el planeta. CARACTERISTICAS DEL SUELO: Los suelos se diferencian por sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Propiedades físicas  textura: determinada por la proporción de partículas minerales de diverso tamaño presentes en el suelo.  Estructura: es la forma en que las partículas se juntan para formar agregados.  Densidad: se refiere a la cantidad de masa por unidad de volumen del suelo.  Temperatura: esta influye en la distribución de la vegetación.  Color: esto depende de sus componentes y varia con la cantidad de humedad. A.- COMPOSICIÓN QUÍMICA Y MINERALÓGICA PROPIEDADES QUIMICAS Las más importantes son:  La capacidad de intercambio: corresponde a la capacidad del complejo arcilla humus de ceder nutrientes a las plantas por intermedio de la captación de partículas minerales.  La fertilidad: se refiere a los nutrientes que están a disposición de las plantas.  El PH: indica la acidez, la neutralidad o alcalinidad del suelo. Se puede dividir la composición química de los suelos en orgánicos e inorgánicos. Representan las partículas minerales el 50% del total, de las cuales dominan la arena, arcilla y caliza, y en menor medida óxidos e hidróxidos de hierro y sales; las de origen orgánico suponen el 5%; el 45% que resta lo ocupan aire y agua, los cuales aprovechan la porosidad de la arena (el componente más importante de los suelos) para penetrar en los suelos y permitir la iteración con los demás elementos.  Arena: La arena, cuya importancia ya se ha dicho, procede de la roca por meteorización (efectos externos que alteran las rocas superficiales); la silícica es la más típica, por ello se suele expresar el contenido de arena de los suelos en tanto por ciento de sílice (SiO2).

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica  Arcillas: Las arcillas proceden de silicatos descompuestos de la roca madre. Son principalmente una mezcla de silicatos de aluminio hidratados, los cuales pueden incorporar además hierro, magnesio y potasio. La más típica es la caolinita (sílice, alúmina y agua). La presencia dominante de los silicatos de aluminio es la razón de que el contenido en arcilla de los suelos, sea expresado en tantos por ciento de óxido alumínico o alúmina (A12O3).  Calizas: La caliza o carbonato cálcico (CaCO3), suele presentarse en forma de arenas, limos o unidas a las arcillas margosas. Tienen la capacidad de disolverse en el agua, las cuales arrastran en forma de bicarbonato cálcico; a su vez, los ácidos nítrico y fosfórico originan nitratos y fosfatos cálcicos. Todos estos elementos pueden ser absorbidos por las plantas, aunque un exceso de cal sólo es soportado por las plantas calcícolas. Otra presencia en el suelo útil para las plantas es la dolomía (CaMg(CO3)2), carbonato doble de calcio y magnesio, que sintetiza la clorofila.  Óxido de Hierro: Los óxidos e hidróxidos de hierro (oligisto y limonita) se producen como resultado de la meteorización de la mica negra (biotita) y otros silicatos (anfiboles y piroxenos). Estos elementos son los causantes de que las tierras presenten colores rojos y amarillos. Las sales, tales como nitratos, fosfatos, sulfatos y cloruros proceden de la descomposición de la materia orgánica, o mediante la acción bacteriana que fija el nitrógeno de la atmósfera. Cierta flora denominada nitrófila es muy frecuente en lugares ricos en nitratos; muchos vegetales obtienen de éstos el nitrógeno con que sintetizan sus proteínas.  La reacción del suelo o pH La reacción de un suelo hace referencia al grado de acidez o basicidad del mismo y generalmente se expresa por medio de un valor de pH del sistema suelo-agua. El pH es la medida de la concentración de iones de hidrógeno [H+]. Según este valor, un suelo puede ser ácido, neutro o alcalino. Las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo están influenciadas por la acidez o basicidad del medio, que a su vez condicionan el uso agronómico del suelo. COMPOSICIÓN MINERALÓGICA DEL SUELO Se pueden identificar más de 2000 diferentes minerales en la corteza terrestre y muchos de ellos están presentes en las rocas. Existe una distinción entre los minerales que son constituyentes esenciales de las rocas que dan el nombre a estas y los que son accesorios que se encuentran en pequeñas cantidades, pero su presencia o ausencia no influye en el nombre de la roca. Las rocas también contienen minerales secundarios, que son aquellos que resultan de la descomposición de los minerales esenciales por acción del agua. Como resultado de la meteorización y el proceso de la deposición, estos minerales que poseen las rocas llegan a formar parte del suelo. Los minerales más comunes que pueden encontrarse en el suelo son:      

Feldespatos Cuarzo Minerales ferromagnesianos Mica Óxidos de hierro Minerales secundarios

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica  Feldespatos.- Los feldespatos forman un grupo grande de minerales monoclínicos, triclínicos y son un componente importante de algunos tipos de rocas. La Ortoclasa es un feldespato que contiene potasio (KAlSi3O8) abundante en granitos y sienitas, generalmente su color varía de blanco a rosado. La Plaglioclasa es otro feldespato que contiene sodio (NaAlSi3O8), calcio (CaAl2Si2O8) o ambos encontrados en abundancia en rocas ígneas y tiene color blanco a gris o negro. El feldespato se considera un material moderadamente duro.  Cuarzo.- Es un mineral muy común, un constituyente esencial de los granitos y otras rocas. Este es un silicato (SiO2) y comúnmente tiene un color translucido a blanco lechoso. El cuarzo es más duro que la mayoría de los minerales y es uno de los más resistentes a la meteorización, se encuentra en abundancia en rocas metamórficas.  Minerales ferromagnesianos.- Corresponden al grupo de los silicatos que contienen tanto hierro como magnesio. Este grupo contiene las variedades de: piroxena, anfíbola, y olivino. Estos minerales abundan en las rocas ígneas básicas y utrabásicas, tienen un color oscuro y una moderada dureza.  Mica.- Son un grupo de minerales monoclínicos en forma de hojuelas o láminas delgadas translucidas, generalmente está presente en los granitos y rocas ácidas. Entre las variedades de mica se encuentran: la moscovita que tiene láminas plateadas y la biotita que tiene hojuelas gris oscuro o negro.  Óxidos de hierro.- Constituyen minerales accesorios de las rocas, son minerales que contienen hierro (Fe2O3), entre los cuales se encuentran la limonita y magnetita. Aunque se presentan en menor cantidad estos minerales dan un distintivo color rustico a las rocas y suelos.  Minerales secundarios.- Tienen su origen en la alteración de minerales preexistentes, entre los cuales están: los minerales de arcilla, la calcita, dolomita, clorita y otros.

La abundante variedad de minerales de arcilla, está bastante relacionada a la estructura de los minerales que se muestran en la Figura 1.6, por lo que se pueden identificar a cuatro grupos de minerales arcillosos que son:

 Grupo de la caolinita. - La caolinita (Al4Si4O10(OH)8) es el principal constituyente del caolín y las arcillas para porcelana.  Grupo de la ilita. - La ilita es el resultado de la meteorización de las micas, es similar en muchos aspectos a la mica blanca, pero tiene menos potasio y más agua en su composición.  Grupo de la montmorilonita. - La montmorilonita es el constituyente principal de la bentonita y otras variedades similares de arcilla  Grupo de la vermiculita. - Este grupo contiene productos de la meteorización de la biotita y la clorita. B.- TAMAÑO DE SUS PARTÍCULAS De acuerdo al tamaño predominante de partículas que contenga el suelo, los suelos generalmente son llamados: grava, arena, limo, arcilla o una mezcla de ellos. CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Diversas organizaciones que estudian aspectos relacionados con el suelo han elaborado sistemas de clasificación para identificar el tamaño de las partículas de un suelo para sus propósitos específicos. En la Tabla 1.7 se muestra algunos de los sistemas más conocidos empleados por estas organizaciones para identificar las partículas del suelo. El sistema de clasificación unificado (SUCS) ha sido adoptado como el estándar por la ASTM (American Society for Testing and Materials) y el reglamento que esta sociedad ha desarrollado para el análisis y estudio del suelo es aceptado a nivel internacional. Grava. Según la norma ASTM D2487 el tamaño de estas partículas varía de 75 a 4.75 mm, estas a su vez están divididas en dos categorías: grava gruesa que está comprendida entre 75 y 19 mm y grava fina que está comprendida entre 19 y 4.75 mm. Arena. Se llama arena a las partículas granulares de textura variada procedentes de la desintegración de las rocas o de su trituración artificial y cuyo tamaño según la norma ASTM D2487 varía entre 4.75 a 0.075 mm, la arena está clasificada en tres categorías: arena gruesa que tiene un tamaño de 4.75 a 2 mm, la arena mediana de un tamaño comprendido entre 2 y 0.425 mm y la arena fina comprendida entre 0.425 y 0.075 mm. Limo. El limo es una partícula mineral pequeña de textura granular o escamosa, que suele encontrarse en las canteras y en los ríos. El tamaño de las partículas de limo según la norma ASTM D2487 es menor a 0.075 mm. Su color varía desde gris claro a muy oscuro. El suelo compuesto por limo es relativamente impermeable, fácilmente erosionable. Arcilla. Se da el nombre de arcilla a las partículas sólidas de textura escamosa, compuestas de minerales de arcilla con un tamaño diminuto mucho menor a 0.075 mm. La arcilla químicamente es un silicato hidratado de: aluminio, hierro o magnesio. Las microestructuras que forman las partículas diminutas que componen la arcilla ocasionan que esta sea poco permeable y el contenido de humedad comunica a la masa de suelo la propiedad plástica. Guijarro y canto rodado.

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Existen partículas de mayor tamaño que la grava, según la norma ASTM D2487 a las partículas con tamaño comprendido entre 75 a 350 mm se las llama guijarro o bolón y a las que superan los 350 mm se las denomina canto rodado. Por lo general estos dos tipos de partículas son fragmentos de roca, constituyen ser componentes aislados del suelo y suelen aparecen sobre o por debajo de la superficie terrestre. Materia coloidal. Existen también partículas muy pequeñas que no pueden llegar a ser vistas fácilmente. Las partículas con tamaño menor a 2 m, constituyen la fracción más fina de los suelos. Que pueden ser distinguidas con la ayuda de un microscopio potente y su estructura molecular puede ser analizada por medio de los rayos X, a este tipo de partículas se las conoce como coloide o ultra-arcilla. Estas partículas debido a su tamaño no suelen considerarse dentro los sistemas de clasificación, pero forman parte de la fracción fina del suelo. C.- FORMA DE SUS PARTÍCULAS Con excepción de los granos esféricos o cúbicos, una sola dimensión no puede determinar con exactitud el tamaño de las partículas de un suelo. Por eso, la clasificación según forma adquiere tanta importancia como su tamaño. Los geólogos suelen emplear términos tales como: en forma de disco, de hojas, de varas, de esferas, etc, para describir la relación predominante de dimensiones en las partículas.

En ingeniería de suelos, se clasifican los granos según las siguientes formas: -Redondeadas -De cantos vivos -De cantos redondeados -Laminares o en escamas -Alargadas o en bastones La forma de las partículas influye en el comportamiento y la capacidad portante de un suelo. En todos los granos se pueden determinar los siguientes parámetros: a) La esfericidad b) La angulosidad c) La planeidad Los granos redondeados son los que se asemejan a una esfera. El índice de redondez “r” se obtiene:

Siendo Σr la sumatoria de los radios menores de los cantos vivos o redondeados de las partículas y R el radio del círculo inscripto. N es el número de cantos salientes, como muestra la figura 1.3 a.

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Los granos redondeados oponen mayor resistencia a ser desmenuzados y son capaces de resistir grandes cargas estáticas con pequeñas deformaciones.

El índice de esfericidad Ie resulta:

Siendo Dd el diámetro del circulo cuya área es igual a la de la proyección de la partícula sobre un plano paralelo a su mayor dimensión de apoyo, y Dc el diámetro del circulo circunscripto. Ver fig. 1.3 b También se puede medir la esfericidad con la relación:

Siendo De el diámetro equivalente de una esfera cuyo volumen sea el mismo de la partícula, y L su mayor dimensión. Los granos con formas laminares o alargadas presentan una esfericidad muy reducida. Las partículas obtenidas de las piedras quebradas por trituración mecánica tienen generalmente vértices muy agudos y se agrupan bajo la clasificaci6n de granos de cantos vivos, los cuales luego por erosión, van puliendo y redondeando sus aristas. La angulosidad es la medida de la agudeza de los vértices de una partícula. La figura 1.4 muestra algunos ejemplos de cantos de diferente angulosidad, desde el caso de bordes agudos y cortantes, hasta una redondez que se aproxima a la esférica.

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Generalmente las arenas donde predomina el feldespato, el cuarzo y la dolomita presentan aristas con marcada angulosidad, especialmente cuando permanecen cerca de su lugar de origen. Pero si las arenas han sido transportadas y batidas por el viento y las olas del mar, suavizan notablemente sus bordes, como ocurre con Las de las playas. Generalmente las partículas con cantos vivos tienden a quebrar con facilidad por la. Concentración de esfuerzos que se localizan en sus puntos de contacto, ofrecen mayor resistencia al desplazamiento que las partículas redondeadas. Los granos laminares o en escaras tienen el aspecto de hojas secas superpuestas y son el resultado de la exfoliación de las micas ó de los minerales arcillosos. Ver fig. 1.5 a.

Las partículas con características de planeidad tienden a orientarse horizontalmente, unas sobre otras, y ofrecen buena resistencia a las cargas perpendiculares a su plano, si bien desplazan fácilmente en la dirección paralela a su superficie, cuando se hallan ordenadamente dispuestas. Los suelos de granos laminares están dotados de características elásticas y resultan mullidos frente a las cargas dinámicas, si bien son altamente anisótropos, especialmente en el caso de suelos compactados. El Índice de planeidad se define por la relación:

Siendo B y H el ancho y el espesor respectivamente de las partículas. Las partículas alargadas y en forma de bastones se presentan en algunas arcillas. Ver fig. 1.5 b). El Índice de alargamiento Ia se mide

Cuando el valor de 1 es elevado, los granos presentan el inconveniente de que se rompen con facilidad bajo las cargas a Los suelos formados por partículas alargadas tienden a orientarlas en una misma dirección en terraplenes o laderas, de modo que se crea un plano preferencial de deslizamiento, que resulta peligroso para su estabilidad.

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2.- CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS (CONSIDERAR LOS DIVERSOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN) Existen varios sistemas de clasificación de los cuales los más utilizados en el país son: -Sistema de clasificación de los suelos según AASHTO. -Sistema de clasificación de los suelos según SUCS. Ambos métodos se basan en la determinación de la composición granulométrica de los suelos. 

Sistema de clasificación de los suelos según AASHTO. Esta clasificación de suelos se basa en los resultados obtenidos como el limite líquido, índice de plasticidad y material que pasa el tamiz # 10, 40 y 200. De acuerdo con estos sistemas los suelos están clasificados en ocho grupos designados por los símbolos del A-1 al A-8. SUELOS GRANULARES: Son aquellos que tienen el 35% o menos, del material que pasa por el tamiz # 200, estos suelos forman los grupos A-1, A-2 y A-3. GRUPO A-1.- son mezclas de suelos bien gradados, de fragmento de piedra, grava, arena y material ligante poco plástico. GRUPO A-2.- comprende el material granular que contiene menos de 35% del material fino y que no pueden ser clasificado como A-1 Y A-3. GRUPO A-3.- en este grupo se encuentran incluidas arenas finas de playa y aquellas que tienen poca cantidad de limo que no tengan plasticidad. SUELOS FINOS: se define como suelos limo – arcillosos que tiene más del 35% que pasa el tamiz # 200. y le corresponde los grupos A-4, A-5, A-6 Y A-7. GRUPO A-4.- suelos limosos poco o nada plásticos, que tiene un 75% o más de material fino que pasa el tamiz # 200. GRUPO A-5.- son suelos semejantes al grupo A-4, son de características elásticas y tienen límite de líquido elevado. GRUPO A-6.- aquí pertenecen las arcillas plásticas y un 75% deben de pasar por el tamiz # 200, también se incluyen las mezclas de arcilla arenosa donde la grava y arena sea inferior al 64 %. GRUPO A-7.- son semejantes a los suelos A-6, pero son elásticos y sus límites líquidos son elevados.

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Sistema de clasificación de los suelos según SUCS. Tiene como finalidad permitir la identificación de los suelos en el terreno y los agrupa de acuerdo a su comportamiento como material para construcción en función de sus propiedades de granulometría y plasticidad. Para clasificar los suelos se tiene que identificar si es altamente orgánico o no. Existe una gran extensión entre tres grandes grupo del suelo: Suelos de grano grueso (G y S ).- Están formadas por gravas y arenas con menos del 50% del contenido de finos, empleando un tamiz de # 200. Suelos de grano fino ( M y C).- Formados por suelos con almenos un 50% de contenido en limo y arcillas. Suelos orgánicos ( O, Pt).- constituidos fundamentalmente por materia orgánica. El sistema unificado utiliza símbolos para identificar los suelos y determina su comportamiento como material de construcción.

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Las combinaciones de las letras antes mencionadas son las que permiten la clasificación del suelo.

3.- ENSAYOS DE SUELOS A REALIZAR A.- CONTENIDO DE HUMEDAD

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MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO Referencia ASTM D-2216, J. E. Bowles (Experimento Nº 1) , MTC E 108-2000

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OBJETIVO El presente modo operativo establece el método de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo

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APARATOS • Horno de secado. Horno de secado termostáticamente controlado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C. • Balanzas. - De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: de 0.1 g para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 200 g •

Recipientes. - Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza.

•

Utensilios para manipulación de recipientes. - Se requiere el uso de guantes, tenazas o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después de que se hayan secado. Otros utensilios. - Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas. cucharas, lona para cuarteo, divisores de muestras, etc.

•

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DEFINICIONES La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas.

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PRINCIPIO DEL MÉTODO Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso del suelo que permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida de peso debido al secado es considerada como el peso del agua. Nota. - (*) El secado en horno siguiendo este método (a 110 °C) no da resultados confiables cuando el suelo contiene yeso u otros minerales que contienen gran cantidad de agua de hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significativas de material orgánico. Se pueden obtener valores confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un horno a una temperatura de 60 °C o en un desecador a temperatura ambiente.

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MUESTRAS Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo a la Norma ASTM D-4220, Grupos de suelos B, C o D. Las muestras que se almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corrosibles a una temperatura entre aproximadamente 3 °C y 30 °C y en un área que prevenga el contacto directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal manera que se prevenga ó minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor. La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corrosibles (tales como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) o bolsas plásticas.

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ESPECIMEN DE ENSAYO Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método si alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente:

Tabla Nª 1

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Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)

Tamaño de malla Estándar

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a ± 0.1%

2 mm o menos 4.75 mm 9.5 mm 19.0 mm 37.5 mm 75.0 mm

2.00 mm (N° 10) 4.760 mm (N° 4) 9.525 mm (3/8”) 19.050 mm (¾”) 38.1 mm (1½”) 76.200 mm (3”)

20 g 100 g 500 g 2.5 kg 10 kg 50 kg

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a ±1% 20 g* 20 g* 50 g 250 g 1 kg 5 kg

Nota. - * Se usará no menos de 20 g para que sea representativa.

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•

Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados en la tabla anterior. En el reporte se indicará que se usó la muestra completa.

•

El uso de un espécimen de ensayo menor que el mínimo indicado en 6.2 requiere discreción, aunque pudiera ser adecuado para los propósitos del ensayo. En el reporte de resultados deberá anotarse algún espécimen usado que no haya cumplido con estos requisitos.

•

Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 g) que contenga partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la muestra de ensayo. Sin embargo, en el reporte de resultados se mencionará y anotará el material descartado.

•

Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el espécimen mínimo tendrá un peso de 500 g. Porciones de muestra representativas pueden partirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, del contenedor y la balanza utilizada y para facilitar el secado a peso constante.

SELECCIÓN DEL ESPECIMEN DE ENSAYO •

Cuando el espécimen de ensayo es una porción de una mayor cantidad de material, el espécimen seleccionado será representativo de la condición de humedad de la cantidad total de material. La forma en que se seleccione el espécimen de ensayo depende del propósito y aplicación del ensayo, el tipo de material que se ensaya, la condición de humedad, y el tipo de muestra (de otro ensayo, en bolsa, en bloque, y las demás).

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Para muestras alteradas tales como las desbastadas, en bolsa, y otras, el espécimen de ensayo se obtiene por uno de los siguientes métodos (listados en orden de preferencia):

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Si el material puede ser manipulado sin pérdida significativa de humedad, el material debe mezclarse y luego reducirse al tamaño requerido por cuarteo o por división.

•

Si el material no puede ser mezclado y/o dividido, deberá formarse una pila de material, mezclándolo tanto como sea posible. Tomar por lo menos cinco porciones de material en ubicaciones aleatorias usando un tubo de muestreo, lampa, cuchara, frotacho, ó alguna herramienta similar apropiada para el tamaño de partícula máxima presente en el material. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.

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Si no es posible apilar el material, se tomarán tantas porciones como sea posible en ubicaciones aleatorias que representarán mejor la condición de humedad. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.

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En muestras intactas tales como bloques, tubos, muestreadores divididos y otros, el espécimen de ensayo se obtendrá por uno de los siguientes métodos dependiendo del propósito y potencial uso de la muestra.

•

Se desbastará cuidadosamente por lo menos 3 mm de material de la superficie exterior de la muestra para ver si el material está estratificado y para remover el material que esté más seco o más húmedo que la porción principal de la muestra. Luego se desbastará por lo menos 5 mm, o un espesor igual al tamaño máximo de partícula presente, de toda la superficie expuesta o del intervalo que esté siendo ensayado.

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Se cortará la muestra por la mitad. Si el material está estratificado se procederá de acuerdo a lo indicado en (*). Luego se desbastará cuidadosamente por lo menos 5 mm, o un espesor igual del tamaño máximo de partícula presente, de la superficie expuesta de una mitad o el intervalo ensayado. Deberá evitarse el material de los bordes que pueda encontrarse más húmedo o más seco que la porción principal de la muestra.

(*) Si el material está estratificado (o se encuentra más de un tipo de material), se seleccionará un espécimen promedio, o especímenes individuales, o ambos. Los especímenes deben ser identificados apropiadamente en formatos, en cuanto a su ubicación, o lo que ellos representen. 8

PROCEDIMIENTO •

Determinar y registrar la masa de un contenedor limpio y seco (y su tapa si es usada).

•

Seleccionar especímenes de ensayo representativos de acuerdo lo indicado en anteriormente.

•

Colocar el espécimen de ensayo húmedo en el contenedor y, si se usa, colocar la tapa asegurada en su posición. Determinar el peso del contenedor y material húmedo usando una balanza (véase APARATOS) seleccionada de acuerdo al peso del espécimen. Registrar este valor.

•

Remover la tapa (si se usó) y colocar el contenedor con material húmedo en el horno. Secar el material hasta alcanzar una masa constante. Mantener el secado en el horno a 110 ± 5 °C a menos que se especifique otra temperatura. El tiempo requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material, tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y

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otros factores. La influencia de estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y experiencia con los materiales que sean ensayados y los aparatos que sean empleados. •

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Luego que el material se haya secado a peso constante, se removerá el contenedor del horno (y se le colocará la tapa si se usó). Se permitirá el enfriamiento del material y del contenedor a temperatura ambiente o hasta que el contenedor pueda ser manipulado cómodamente con las manos y la operación del balance no se afecte por corrientes de convección y/o esté siendo calentado. Determinar el peso del contenedor y el material secado al homo usando la misma balanza usada en 8.3. Registrar este valor. Las tapas de los contenedores se usarán si se presume que el espécimen está absorbiendo humedad del aire antes de la determinación de su peso seco.

CALCULOS Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

    

W = es el contenido de humedad, (%) WW = Peso del agua WS = Peso seco del material W1 = es el peso de tara más el suelo húmedo, en gramos W2 = es el peso de tara más el suelo secado en homo, en gramos: Wt = es el peso de tara, en gramos

10 REPORTE El reporte deberá incluir lo siguiente: • La identificación de la muestra (material) ensayada, tal como el número de la perforación, número de muestra, número de ensayo, número de contenedor, etc. • El contenido de agua del espécimen con aproximación al 1% ó al 0.1%, como sea apropiado dependiendo de la mínima muestra usada. Si se usa este método conjuntamente con algún otro método, el contenido de agua del espécimen deberá reportarse al valor requerido por el método de ensayo para el cual se determinó el contenido de humedad. • Indicar si el espécimen de ensayo tenía un peso menor que el indicado en Tabla Nº 1 • Indicar si el espécimen de ensayo contenía más de un tipo de material (estratificado, etc.). • Indicar el método de secado si es diferente del secado en horno a 110 °C más o menos 5 °C. b.- peso especifico Peso Específico: Es la relación, a una temperatura estable, de la masa (o peso en el aire) de un volumen unitario del material, a la masa del mismo volumen del agua a las temperaturas indicadas. Los valores son adimensionales. Peso Específico Aparente: Es la relación a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario del agregado (incluyendo los poros permeables e impermeables en las

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partículas, pero no incluyendo los poros entre partículas); a la masa en el aire de igual volumen de agua destilada libre de gas. Peso Específico de Masa Saturado Superficialmente Seco (SSS): Es la relación, a una temperatura estable, de la masa en el aire de un volumen unitario de agregado incluyendo la masa de agua de los poros llenos hasta colmarse por sumersión en agua por 24 horas aproximadamente (pero no incluyendo los poros entre partículas), comparada con la masa en el aire de un igual volumen de agua de agua destilada libre de gas. RESUMEN DE MÉTODO Una muestra de agregado se sumerge en aguar por 24 horas aproximadamente para llenar los poros esencialmente. Luego se retira del agua, se seca el agua de la superficie de las partículas, y se pesa. La muestra se pesa posteriormente mientras es sumergida en agua. Finalmente la muestra es secada al horno y se pesa una tercera vez. Usándolos así obtenidos y fórmulas en este método de ensayo; es posible calcular tres tipos de peso específico.

APARATOS Balanza: Sensible a 0.5g y con capacidad de 5000g o más. La balanza estará equipada con un dispositivo capaz de suspender la muestra en la cesta con malla de alambre en el recipiente con agua desde el centro de la plataforma del pesado. Cesta con Malla de Alambre: Con abertura correspondiente al tamiz Nº6 o abertura menor, también se puede utilizar un recipiente aproximadamente igual ancho y altura con capacidad de 4L a 7L para tamaños máximos nominales de 37,5 mm (1 ½ pulg.) o menores, y un cesto más grande como sea necesario para ensayar agregados con tamaños máximos mayores. El cesto deberá ser construido de tal forma de prevenir el aire atrapado cuando esté sumergido. Depósito de agua: Un depósito estanco adecuado para sumergir la cesta de alambre en el agua y un dispositivo para suspenderla del centro de la escala de balanza. Tamices: Un tamiz normalizado de 4.75 mm (Nº4) o de otros tamaños como sean necesarios, de acuerdo a la NTP 350.001. Estufa: Una estufa capaz de mantener una temperatura de 110ºC ± 5ºC.

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MUESTREO Se selecciona la muestra siguiendo el método indicado NTP 400.010 Mezclar la muestra y reducirla aproximadamente a la cantidad necesaria usando el procedimiento descrito en la ASTM C 702. Descartar todo el material que pase el tamiz 4.75 mm (Nº4) por tamizado seco y luego lavar el material para remover polvo u otras impurezas superficiales. Si el agregado grueso contiene cantidades importantes de material más fino que el tamiz 4.75 mm (Nº4)(tales como tamaños Nº 8 y 9 considerados en la Clasificación de la ASTM D 448), usar el tamiz 2.36 mm (Nº 8) en vez del tamiz 4.75mm (Nº4). Alternativamente, separar el material más fino que el tamiz 4.75 mm y ensayarlo de acuerdo a la NTP. 400.022. El peso mínimo de la muestra de ensayo que será usado se presenta en la tabla 1. TABLA 1 – Peso mínimo de la muestra de ensayo Tamaño máximo Peso mínimo de la nominal mm (pulg.) muestra de ensayo Kg(lb.) 1,25(1/2) o menos 2(4,4) 19,0(3/4) 3(6,6) 25,0(1) 4(8,8) 37,5(1 ½) 5(11) 50(2) 8(18) 63(2 ½) 12(26)

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75(3)

18(40)

90( 3 ½)

25(55)

100(4)

40(88)

112(4 ½)

50(110)

125(5)

75(165)

150(6)

125(276)

PROCEDIMIENTO Secar la muestra a peso constante, a una temperatura de 110ºC ± 5ºC, ventilar en un lugar fresco a temperatura ambiente de 1h a 3h para muestras de ensayo de tamaños máximos nominales de 37,5 mm (1 ½ pulg.) o mayores para tamaños más grandes hasta que el agregado haya enfriado a una temperatura que sea cómoda al tacto (aproximadamente 50ºC). Inmediatamente sumergir el agregado en agua a una temperatura ambiente por un periodo de 24h ± 4h. Cuando los valores de peso específico y la absorción van a ser usados en proporciona miento de mezclas de hormigón (concreto) en los cuales los agregados van a ser usados en su condición natural de humedad, el requerimiento inicial del secado a peso constante puede ser eliminada y, si las superficies de las partículas de la muestra van a ser mantenidas continuamente húmedas antes del ensayo, el remojo de 24 h. puede ser eliminado. Remover la muestra del agua y hacerla rodar sobre un paño grande y absorbente, hasta hacer desaparecer toda película de agua visible, aunque la superficie de las partículas aún parezca húmeda. Secar separadamente en fragmentos más grandes. Se debe tener cuidado en evitar la evaporación durante la operación del secado de la superficie. Se obtiene el peso de la muestra bajo la condición de saturación con superficie seca. Se determina éste y todos los demás pesos con aproximación de 0.5 g o al 0.05% del peso de la muestra, la que sea mayor. Después de pesar, se coloca de inmediato la muestra saturada con superficie seca en la cesta de alambre y se determina su peso en agua a una temperatura entre 23ºC ± 1,7ºC, densidad 997±2kg/m3.Tener cuidado de remover todo el aire atrapado antes del pesado sacudiendo el recipiente mientras se sumerge. Secar la muestra hasta peso constante, a una temperatura entre 100ºC±5ºC y se deja enfriar hasta la temperatura ambiente, durante 1h a 3h o hasta que el agregado haya enfriado a una temperatura que sea cómodo al tacto (aproximadamente a 50ºC) y se pesa. CÁLCULOS Peso específico Peso específico de masa (Pem): 𝑃𝑒𝑚 =

𝐴 𝑥100 (𝐵 − 𝐶)

Dónde: A: Peso de la muestra seca en el aire, gramos; B: Peso de la muestra saturada superficialmente seca en el aire, gramos; C: Peso en el agua de la muestra saturada. Peso específico de masa saturado con superficie seca (PeSSS)

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𝑃𝑒𝑆𝑆𝑆 =

𝐵 𝑥100 𝐵−𝐶

Peso específico aparente (Pea) 𝑃𝑒𝑎 =

𝐴 𝑥100 𝐴−𝐶

Absorción (Ab)

𝐴𝑏(%) =

𝐵−𝐴 𝑥100 𝐴

REPORTE Reportar el resultado del peso específico con aproximación a 0.01 e indicar el tipo de peso específico, ya sea de masa, saturado superficialmente seco o aparente. Reportar el resultado de absorción con aproximación a 0.1%. Si los valores de peso específico y absorción fueron determinados sin el primer secado del agregado, como se permite en el apartado 8.2, será notificado en el reporte. c- análisis granulométrico ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO Referencia ASTM D-422, AASHTO T88, J. E. Bowles ( Experimento Nº 5) , MTC E 107-2000

1.

OBJETIVO • La determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de suelo. • Esta norma describe el método para determinar los porcentajes de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta el de 74 mm (N° 200). APARATOS

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica  Una balanza. Con sensibilidad de 0.1 g para pesar material  Tamices de malla cuadrada  75 mm (3"), 50,8 mm (2"), 38,1 mm (1½"), 25,4 mm (1"), 19,0 mm (¾"), 9,5 mm ( 3/8"), 4,76 mm (N° 4), 2,00 mm (N° 10), 0,840 mm (N° 20), 0,425 mm (N° 40), 0,250 mm (N° 60), 0,106 mm (N° 140) y 0,075 mm (N° 200).  Se puede usar, como alternativa, una serie de tamices que, al dibujar la gradación, dé una separación uniforme entre los puntos del gráfico; esta serie estará integrada por los siguientes:  75 mm (3"), 37.5 mm (1-½"), 19.0 mm (¾"), 9.5 mm (3 /8"), 4.75 mm (N° 4), 2.36 mm (N° 8), 1.10 mm (N° 16), 600 mm (N° 30), 300 mm (N° 50),150 mm (N° 100), 75 mm (N° 200).  Estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).  Envases, adecuados para el manejo y secado de las muestras.  Cepillo y brocha, para limpiar las mallas de los tamices.

2. MUESTRA Según sean las características de los materiales finos de la muestra, el análisis con tamices se hace, bien con la muestra entera, o bien con parte de ella después de separar los finos por lavado. Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual, se seca en el horno una pequeña porción húmeda del material y luego se examina su resistencia en seco rompiéndola entre los dedos. Si se puede romper fácilmente y el material fino se pulveriza bajo la presión de aquellos, entonces el análisis con tamices se puede efectuar sin previo lavado. Prepárese una muestra para el ensayo, la cual estará constituida por dos fracciones: una retenida sobre el tamiz de 4,760 mm (N° 4) y otra que pasa dicho tamiz. Ambas fracciones se ensayaran por separado. El peso del suelo secado al aire y seleccionado para el ensayo, será suficiente para las cantidades requeridas para el análisis mecánico, como sigue: Para la porción de muestra retenida en el tamiz de 4,760 mm (N° 4) el peso dependerá del tamaño máximo de las partículas de acuerdo con la Tabla 1. Diámetro nominal de las partículas más grandes mm (pulg) 9,5 ( 3 /8") 19,6 (¾") 25,7 (1") 37,5 (1 ½") 50,0 (2")

Peso mínimo aproximado de la porción ( gr) 500 1000 2000 3000 4000

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75,0 (3")

5000

El tamaño de la porción que pasa tamiz de 4,760 mm (N° 4) será aproximadamente de 115 g, para suelos arenosos y de 65 g para suelos arcillosos y limosos. Se puede tener una comprobación de los pesos, así como de la completa pulverización de los terrones, pesando la porción de muestra que pasa el tamiz de 4,760 mm (N° 4) y agregándole este valor al peso de la porción de muestra lavada y secada en el horno, retenida en el tamiz de 4,760 mm (N° 4)

3.

ANÁLISIS POR MEDIO DE TAMIZADO DE LA FRACCIÓN RETENIDA EN EL TAMIZ

DE 4,760 mm (N° 4). Sepárese la porción de muestra retenida en el tamiz de 4,760 mm (N° 4) en una serie de fracciones usando los tamices de: 75 mm (3"), 50 mm (2"), 38,1 mm (1½"), 25,4 mm (1"), 19,0 mm (¾"), 9,5 mm (3 /8"), 4.7 mm (N° 4), o los que sean necesarios dependiendo del tipo de muestra, o de las especificaciones para el material que se ensaya. En la operación de tamizado manual se mueve el tamiz o tamices de un lado a otro y recorriendo circunferencias de forma que la muestra se mantenga en movimiento sobre la malla. Debe comprobarse al desmontar los tamices que la operación está terminada; esto se sabe cuando no pasa más del 1 % de la parte retenida al tamizar durante un minuto, operando cada tamiz individualmente. Si quedan partículas apresadas en la malla, deben separarse con un pincel o cepillo y reunirlas con lo retenido en el tamiz. Se determina el peso de cada fracción en una balanza con una sensibilidad de 0.1 %. La suma de los pesos de todas las fracciones y el peso, inicial de la muestra no debe diferir en más de 1%. 4.

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA FRACCIÓN FINA •

• • •

• •

El análisis granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 4,760 mm (N° 4) se hará por tamizado y/o sedimentación según las características de la muestra y según la información requerida. Los materiales arenosos que contengan muy poco limo y arcilla, cuyos terrones en estado seco se desintegren con facilidad, se podrán tamizar en seco. Los materiales limo-arcillosos, cuyos terrones en estado seco no rompan con facilidad, se procesarán por la vía húmeda. Si se requiere la curva granulométrica completa incluyendo la fracción de tamaño menor que el tamiz de 0,074 mm (N° 200), la gradación de ésta se determinará por sedimentación, utilizando el hidrómetro para obtener los datos necesarios. Ver granulometría por sedimentación (método del hidrómetra) Se puede utilizar procedimientos simplificados para la determinación del contenido de partículas menores de un cierto tamaño, según se requiera. La fracción de tamaño mayor que el tamiz de 0,074 mm (N° 200) se analizará por tamizado en seco, lavando la muestra previamente sobre el tamiz de 0,074 mm (N° 200)

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Procedimiento para el análisis granulométrico por lavado sobre el tamiz de 0,074 mm (N° 200). • Se separan mediante cuarteo, 115 g para suelos arenosos y 65 g para suelos arcillosos y limosos, pesándolos con exactitud de 0.1 g. • Humedad higroscópica. Se pesa una porción de 10 a 15 g de los cuarteos anteriores y se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Se pesan de nuevo y se anotan los pesos. • Se coloca la muestra en un recipiente apropiado, cubriéndola con agua y se deja en remojo hasta que todos los terrones se ablanden. • Se lava a continuación la muestra sobre el tamiz de 0,074 mm (N° 200) con abundante agua, evitando frotarla contra el tamiz y teniendo mucho cuidado de que no se pierda ninguna partícula de las retenidas en él. • Se recoge lo retenido en un recipiente, se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) y se pesa. 5.

CÁLCULOS • Valores de análisis de tamizado para la porción retenida en el tamiz de 4,760 mm (N° 4). • Se calcula el porcentaje que pasa el tamiz de 4,760 mm (N° 4) dividiendo el peso que pasa dicho tamiz por el del suelo originalmente tomado y se multiplica el resultado por 100. Para obtener el peso de la porción retenida en el mismo tamiz, réstese del peso original, el peso del pasante por el tamiz de 4,760 mm (N° 4). • Para comprobar el material que pasa por el tamiz de 9,52 mm ( 3/8"), se agrega al peso total del suelo que pasa por el tamiz de 4,760 mm (Nº 4) el peso de la fracción que pasa el tamiz de 9,52 mm (3/8”) y que queda retenida en el de 4,760 mm (N° 4). Para los demás tamices continúese el cálculo de la misma manera. • Para determinar el porcentaje total que pasa por cada tamiz, se divide el peso total que pasa entre el peso total de la muestra y se multiplica el resultado por 100. • Valores del análisis por tamizado para la porción que pasa el tamiz de 4,760 mm (N° 4). • Se calcula el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 0,074 mm (N° 200) de la siguiente forma: • Se calcula el porcentaje retenido sobre cada tamiz en la siguiente forma: • Se calcula el porcentaje más fino. Restando en forma acumulativa de 100% los porcentajes retenidos sobre cada tamiz. % Pasa = 100 - % Retenido acumulado

6.

OBSERVACIONES • El informe deberá incluir lo siguiente: • El tamaño máximo de las partículas contenidas en la muestra. • Los porcentajes retenidos y los que pasan, para cada uno de los tamices utilizados. • Toda información que se juzgue de interés. • Los resultados se presentarán: (1) en forma tabulada, o (2) en forma gráfica, siendo esta última forma la indicada cada vez que el análisis comprenda un ensayo completo de sedimentación. • Las pequeñas diferencias resultantes en el empate de las curvas obtenidas por tamizado y por sedimento, respectivamente, se corregirán en forma gráfica. • Los siguientes errores posibles producirán determinaciones imprecisas en un análisis granulométrico por tamizado. • Aglomeraciones de partículas que no han sido completamente disgregadas. Si el material contiene partículas finas plásticas, la muestra debe ser disgregada antes del tamizado. • Tamices sobrecargados. Este es el error más común y más serio asociado con el análisis por tamizado y tenderá a indicar que el material ensayado es más grueso de lo que en realidad es.

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Para evitar esto, las muestras muy grandes deben ser tamizadas en varias porciones y las porciones retenidas en cada tamiz se juntarán luego para realizar la pesada. • Los tamices han sido agitados por un período demasiado corto o con movimientos horizontales o rotacionales inadecuados. Los tamices deben agitarse de manera que las partículas sean expuestas a las aberturas del tamiz con varias orientaciones y así tengan mayor oportunidad de pasar a través de él. • La malla de los tamices está rota o deformada; los tamices deben ser frecuentemente inspeccionados para asegurar que no tienen aberturas más grandes que la especificada. • Pérdidas de material al sacar el retenido de cada tamiz. • Errores en las pesadas y en los cálculos. D.- LÍMITES DE CONSISTENCIA -Limite líquido DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS Referencia ASTM D-4318, AASHTO T-89, J. E. Bowles (Experimento Nº 3), MTC E 110-2000

1.

OBJETIVO

El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado líquido. El valor calculado deberá aproximarse al centésimo. 2.

APARATOS • Recipiente para Almacenaje. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de diámetro aproximadamente. • Espátula. De hoja flexible de unos 75 a 100 mm (3” – 4”) de longitud y 20 mm (¾") de ancho aproximadamente. • Aparato del límite líquido (o de Casagrande). •

Acanalador.

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•

•

Calibrador. Ya sea incorporado al ranurador o separado, de acuerdo con la dimensión crítica "d" mostrada en la Figura 1, y puede ser, si fuere separada, una barra de metal de 10.00 ± 0.2 mm (0.394” ± 0.008") de espesor y de 50 mm (2") de largo, aproximadamente. Recipientes o Pesa Filtros. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no cambie con repetidos calentamientos y enfriamientos. Deben tener tapas que cierren bien, sin costuras, para evitar las pérdidas de humedad de las muestras antes de la pesada inicial y para evitar la absorción de humedad de la atmósfera tras el secado y antes de la pesada final.

• •

Balanza. Una balanza con sensibilidad de 0.1 gr. Estufa. Termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) para secar la muestra.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO MULTIPUNTO 3. MUESTRA Tómese una muestra que pese 150 - 200 g de una porción de material completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N° 40). 4.

AJUSTE DEL APARATO • Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar que se halle en buenas condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza no debe estar tan gastado que tenga juego lateral, ni el tornillo que la conecta, hallarse tan gastado por el largo uso. Inspecciónese, además, el acanalador para verificar que las dimensiones límites son las indicadas en las figuras • Se considera desgaste excesivo, cuando el diámetro del punto de contacto sobre la base de la taza excede de 13 mm (0.5") o cuando cualquier punto sobre el borde de la misma se ha desgastado aproximadamente en la mitad del espesor original. Aun cuando se aprecie una ligera ranura en el centro de la taza, ésta no es objetable. Pero si la ranura se pronuncia antes de que aparezcan otros signos de desgaste, debe considerarse que está excesivamente gastada y deberá reemplazarse. • Por medio del calibrador del mango del ranurador y la platina de ajuste H (Figura 1), ajústese la altura a la cual se levanta la taza, de tal manera que el punto que hace contacto con la base al caer esté exactamente a 1 cm (0.394") sobre ésta. Asegúrese la platina de ajuste H, apretando los tornillos con el calibrador, aún colocado, compruébese el ajuste girando la manija rápidamente varias veces. Si el ajuste es correcto, un sonido de roce se oirá cuando la excéntrica golpea contra la taza, si se levanta del calibrador o no se oye ruido, hágase un nuevo ajuste.

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Figura 1 5.

PROCEDIMIENTO • Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y tajándola con una espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Mézclese completamente cada incremento de agua con el suelo como se ha descrito previamente, antes de cualquier nueva adición. • Algunos suelos son lentos para absorber agua, por lo cual es posible que se adicionen los incrementos de agua tan rápidamente que se obtenga un límite líquido falso. Esto puede evitarse mezclando más y durante un mayor tiempo, (1 hora aproximadamente). • Cuando haya sido mezclada suficiente agua completamente con el suelo y la consistencia producida requiera de 30 a 35 golpes de la cazuela de bronce para que se ocasione el cierre, colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre el sitio en que ésta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el suelo hasta obtener la posición mostrada en la Figura 3 (con tan pocas pasadas de la espátula como sea posible), teniendo cuidado de evitar la inclusión de burbujas de aire dentro de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y al mismo tiempo emparéjeselo hasta conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de espesor máximo. Regrésese el exceso de suelo a la Vasija de porcelana. • Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes del acanalador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgaduras en los lados de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la cazuela de bronce, se permite hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando cada recorrido como una pasada; con cada pasada el acanalador debe penetrar un poco más profundo hasta que la última pasada de atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. Hágase una ranura con el menor número de pasadas posible.

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|Figura 2 •

•

•

•

Elévese y golpéese la taza de bronce girando la manija F, a una velocidad de 1,9 a 2,1 golpes por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca de 13 mm (0.5"). Anótese el número de golpes requeridos para cerrar la ranura. En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a deslizarse. Cuando esto ocurra, deberá a agregarse más agua a la muestra y mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el Punto anterior; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de golpes inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite líquido no se puede determinar. Sáquese una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula, tomándola de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la porción de ésta en la cual se hizo contacto, y colóquese en un recipiente adecuado.

•

Pésese y anótese. Colóquese el suelo dentro del pesafiltro en el horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) hasta obtener peso constante y vuélvase a pesar tan pronto como se haya enfriado pero antes de que pueda haber absorbido humedad higroscópica. Anótese este peso, así como la pérdida de peso debida al secamiento y el peso del agua.

•

Transfiérase el suelo sobrante en la taza de bronce a la cápsula de porcelana. Lávese y séquese la taza de bronce y el ranurador y ármese de nuevo el aparato del límite líquido para repetir el ensayo. Repítase la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales, con el suelo restante en la vasija de porcelana, al que se le ha agregado agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25. De esta manera, el alcance de las 3 determinaciones debe ser de 10 golpes.

6. CALCULOS Calcúlese el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje del peso del suelo secado en el horno como sigue:

Calcúlese el porcentaje de humedad, con aproximación a un entero.

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Preparación de la curva de fluidez. Trácese una, "curva de fluidez" que represente la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes de la taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido de humedad como ordenada sobre la escala aritmética, y el número de golpes como Abscisa sobre la escala logarítmica. la curva de flujo es una línea recta promedia, que pasa tan cerca como sea posible a través de los tres o más puntos dibujados. Límite líquido. Tómese el contenido de humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite líquido del suelo y aproxímese este valor a un número entero.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE UN PUNTO. APARATOS Los mismos que se han descrito en el presente modo operativo. 7. PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE ENSAYO Preparar el espécimen en la misma forma como se describió en las secciones antes descritas, excepto que en el mezclado el contenido de humedad se ajuste a una consistencia que requiere de 20 a 30 golpes de la copa de límite líquido para cerrar la ranura. El ensayo se efectúa en la misma forma que para el método antes descrito (multipunto) con la diferencia que el contenido de humedad de la muestra se debe tomar cuando el número de golpes requerido para cerrar la ranura esté comprendido entre 20 y 30. Si se requiere menos de 20 o más de 30 golpes, se ajustará el contenido de humedad del suelo y se repetirá el procedimiento. Inmediatamente después de remover un espécimen para contenido de humedad como se describió anteriormente, formar nuevamente el suelo en la copa, añadiendo una pequeña cantidad de suelo para reponer la pérdida debida a la ranuración y las orientaciones de muestreo para contenido de humedad. Repetir, y si el segundo cierre de la ranura requiere el mismo número de golpes o no más de dos golpes de diferencia, tomar otro espécimen para contenido de humedad. De otro modo, mezclar de nuevo todo el espécimen y repetir. Nota: El excesivo secado o inadecuado puede causar variación en el número de golpes 8. CÁLCULOS Determinar el límite líquido para cada espécimen de acuerdo al número de golpes y contenido de humedad, usando una de las siguientes ecuaciones:

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N = Número de golpes que causan el cierre de la ranura para el contenido de humedad Wn = Contenido de humedad del suelo, para N golpes. K = factor dado en la Tabla A 1.

El límite es el promedio de los valores de dos pruebas de límite líquido. Si la diferencia entre las dos pruebas es mayor de uno el ensayo debe repetido.

Tabla A – 1 N (Numero de golpes)

K (Factor para límite líquido)

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0,974 0,979 0,985 0,990 0,995 1,000 1,005 1,009 1,014 1,018 1,022

-Limite Plástico DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLASTICO E INDICE DE PLASTICIDAD Referencia ASTM D-4318, AASHTO T-90, J. E. Bowles (Experimento Nº 3), MTC E 111-2000

1.

OBJETIVO

Es la determinación en el laboratorio del límite plástico de un suelo y el cálculo del índice de plasticidad (I.P.) si se conoce el límite líquido (L.L.) del mismo suelo. Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se desmoronen.

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2.

APARATOS •

• •

•

• • • •

3.

Espátula, de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud por 20 mm (3/4") de ancho. Recipiente para Almacenaje, de 115 mm (4 ½”) de diámetro. Balanza, con aproximación a 0.1 g. Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Tamiz, de 426 µ m (N° 40). Agua destilada. Vidrios de reloj, o recipientes adecuados para determinación de humedades. Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA • Si se quiere determinar sólo el L.P., se toman aproximadamente 20 g de la muestra que pase por el tamiz de 426 mm (N° 40), preparado para el ensayo de límite líquido. Se amasa con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. Se toma una porción de 1,5 gr a 2,0 gr de dicha esfera como muestra para el ensayo. • El secado previo del material en horno o estufa, o al aire, puede cambiar (en general, disminuir), el límite plástico de un suelo con material orgánico, pero este cambio puede ser poco importante. •

Si se requieren el límite líquido y el límite plástico, se toma una muestra de unos 15 g de la porción de suelo humedecida y amasada, preparada de acuerdo a la guía (determinación del límite líquido de los suelos). La muestra debe tomarse en una etapa del proceso de amasado en que se pueda formar fácilmente con ella una esfera, sin que se pegue demasiado a los dedos al aplastarla. Si el ensayo se ejecuta después de realizar el del límite líquido y en dicho intervalo la muestra se ha secado, se añade más agua.

4.

PROCEDIMIENTO • Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión estrictamente necesaria para formar cilindros. • Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha desmoronado, se vuelve a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces sea necesario, hasta que se

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desmorone aproximadamente con dicho diámetro. • El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de suelo: • •

•

En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de longitud, mientras que en suelos plásticos los trozos son más pequeños. La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se continúa el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad de acuerdo a la guía de Determinación del contenido de humedad. Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado.

5. CÁLCULOS Calcular el promedio de dos contenidos de humedad. Repetir el ensayo si la diferencia entre los dos contenidos de humedad es mayor que el rango aceptable para los dos resultados listados en la tabla 1 para la precisión de un operador.

Tabla 1.- Tabla de estimados de precisión. Índice de precisión y tipo de Desviación Rango Aceptable de dos ensayo Estándar resultados Precisión de un operador simple 0,9 2,6 Límite Plástico Precisión Multilaboratorio 3.7 10.6 Límite Plástico El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así:

6. CÁLCULO DEL ÍNDICE DE PLASTICIDAD Se puede definir el índice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su límite líquido y su límite plástico.

Donde:  L.L. = Límite Líquido  P.L. = Límite Plástico

 L.L. y L.P., son números enteros

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• •

Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice de plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico). Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el índice de plasticidad se informará como NP (no plástico).

- índice de plasticidad Índice de Plasticidad IP Atterberg definió el índice de plasticidad para describir el rango de contenido de humedad natural sobre el cual el suelo era plástico. El índice de plasticidad IP, es por tanto numéricamente igual a la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:

El índice de plasticidad es útil en la clasificación ingenieril de suelos de grano fino y muchas propiedades de ingeniería se han correlacionado de forma empírica con este. Un suelo con un IP = 2 tiene una gama muy estrecha de plasticidad, por el contrario, un suelo con un IP = 30 tiene características plásticas muy elevadas. Con frecuencia, con fines de construcción se especifican suelos con un determinado IP plasticidad que se encuentra por debajo de cierta cantidad dada. Puesto que los suelos que conforman la subrasante para carreteras y autopistas se mejorarán necesariamente en alguna ocasión, los departamentos de caminos casi siempre requieren que la base de pavimentación de las carreteras tenga un IP < 4. En general, los suelos arcillosos, resbaladizos, que pueden remoldearse con facilidad y laminarse en tiras largas, tienen un IP elevado y son materiales inadecuados como base de carreteras. A menudo se utiliza cemento para agregar resistencia al suelo in situ. Por lo común, la cantidad utilizada está entre 5 - 10 % de la tierra utilizada, teniendo resistencias entre 300 - 800 psi. A menudo se emplea cal para mejorar las características de los suelos arcillosos. Por lo común, estos últimos son pobres y su subrasante es inestable para soportar la base de pavimentación, poseen un IP elevado. La adición de cal reduce el IP y se puede duplicar la resistencia de la arcilla compactada. La cal tiende a desecar el suelo, cuando la arcilla esté demasiado mojada para poder compactarla. En la siguiente tabla se presenta la calificación del rango de plasticidad del suelo de acuerdo con el valor de IP.

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Bajos valores de IP se son indeseables porque se considera que el suelo cambia rápidamente (en términos de agua adicional) de un comportamiento semi sólido a uno líquido. Para actividades de construcción la condición deseada es un IP elevado y bajo LL. Pero deben tomarse precauciones porque suelos con elevado IP pueden ser potencialmente expansivos. Las arcillas varían mucho en sus características físicas y químicas. Debido a las partículas extremadamente finas, es difícil investigar a profundidad sus propiedades, pero algunas de estas propiedades se pueden expresar en términos de plasticidad utilizando pruebas estándar. Tanto LL como IP se ven afectados por la cantidad de arcilla, y el tipo de minerales de arcilla presentes. Un LL e IP altos indican un suelo hidrófilo y por lo tanto más susceptible a los cambios en el contenido de humedad, que puede conducir a agrietamientos. Es importante recordar aquí la definición de plasticidad, entendida como aquella propiedad del suelo que le permite ser deformado rápidamente sin romperse, sin rebote elástico y sin cambio de volumen. Según la teoría de Goldschmith, la plasticidad se debe a la presencia de partículas muy delgadas con cargas electro-magnéticas en su superficie. Las moléculas de agua son bipolares y se orientan como pequeños imanes con el campo magnético cercano a la superficie de las partículas de suelo. El agua es altamente viscosa en proximidad a las partículas del suelo, pero a medida que la distancia se amplía, la viscosidad disminuye hasta la distancia en donde hay agua normalmente. Cuando hay suficiente agua (correspondiendo con el estado plástico de consistencia) las partículas son separadas por molasas de agua que permiten a las partículas deslizarse entre si y adoptar nuevas posiciones, sin presentar tendencia a regresar a su posición original, sin cambio de volumen de vacíos y sin afectar la cohesión (En "Soil Mechanics and Foundations". Dr. B.C. Punmia, Ashok Kumar Jain, B.C. Punmia, Arun Kr. Jain). Índice de Plasticidad y Ángulo de Fricción Residual de Suelos Cohesivos A lo largo de planos de falla preformados, después de movimientos grandes, los suelos cohesivos presentan una resistencia cortante muy reducida (residual). El ángulo correspondiente de fricción efectiva f´r, depende del índice de plasticidad IP (ver la figura a continuación). El parámetro f´r se aplica en un análisis de estabilidad en suelos donde han ocurrido movimientos previos (deslizamientos).

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-ÍNDICE DE CONTRACCIÓN El índice de contracción es un parámetro utilizado como indicador del cambio de volumen respecto al cambio del contenido de humedad, determinado en base al ensayo del límite de contracción, este índice será:

Donde: IC = Índice de contracción del suelo. Ms = Peso del suelo seco. VF = Volumen final del suelo luego de ser secado.

E.- PERMEABILIDAD OBJETIVOS: Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un suelo. DEFINICIÓN:

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Permeabilidad de un suelo es la capacidad del mismo para permitir el flujo de un fluido, líquido o gas, a través suyo. En el campo de la Geotecnia se estudia el flujo de agua. PRINCIPIO DEL ENSAYO: Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en términos de velocidad. MÉTODOS: - Métodos directos: su principal objetivo es la determinación del coeficiente de permeabilidad. Pueden dividirse en: 1. Ensayos de laboratorio: - Permeámetro de carga constante: para suelos de alta permeabilidad, como arenas y gravas. - Permeámetro de carga variable: para suelos de mediana permeabilidad a baja permeabilidad, como limos y arcillas. 2. Ensayos de campo. - Métodos indirectos: tienen como finalidad principal la determinación de algún otro parámetro o propiedad del suelo y se los utiliza cuando es imposible aplicar algún método directo o como verificación. Hallan el valor del coeficiente de permeabilidad a partir de la curva granulométrica, del ensayo de consolidación, de la prueba horizontal de capilaridad y otros. EQUIPO - Celda del permeámetro - Depósito de agua des-ionizada. - Tanque de inmersión con desborde. - Termómetro. - Cronómetro. ESQUEMA

PRODECIMIENTO 1. Ensamblado del aparato con los elementos arriba mencionados. 2. Preparación de la celda (debe estar limpia y seca) y determinar su peso, diámetro y altura. Además verificar la estanqueidad de la misma. 3. Preparación de la muestra: debe calzar perfectamente en la célula sin dejar cavidades en su perímetro. - Para obtener la permeabilidad vertical la muestra deberá prepararse considerando éste eje. - En caso de la permeabilidad horizontal se tomará el eje horizontal como guía. CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Se debe pesar la muestra y determinar la humedad. 4. Saturación de la muestra: Haciendo vacío saturar la muestra el tiempo que sea necesario hasta verificar la saturación y la ausencia total de burbujas. 5. Permitir el paso de agua, verificando que no quede aire en las conexiones con cada uno de los tubos. Cuando el caudal sea uniforme, iniciar la recolección de agua en el depósito graduado. Cronometrar el tiempo de ensayo. 6. Resultados: El k medido es multiplicado por un factor de corrección (en función de la temperatura). Permite expresar el coeficiente k a la temperatura normal de 20 º C. Debería indicarse además peso de la muestra, humedad, relación de vacíos, gravedad específica de los sólidos y una descripción completa de la muestra incluyendo fisuras, estratificaciones, método de obtención y preparación de la muestra y su orientación. CALCULOS 𝐾=

𝑉×𝐿 𝐻×𝐴×𝑡

Donde: K = coeficiente de permeabilidad (cm/s) V = Vol. de agua recolectado a la salida (cm3) L = longitud de la muestra (cm) H = diferencia de nivel (cm) A = área transversal de la muestra (cm2) t = tiempo de ensayo (s) F- CAPILARIDAD OBJETIVO: Mediante la aplicación del método KH calcular la altura de ascensión capilar en el suelo ensayado. EQUIPOS UTILIZADOS • Molde (KH) con base perforada CBR • Bandeja metálica de 50 x 50 x 50 cm. • Martillo de compactación. • Horno • Cronómetro • Agua • Calibrador PROCEDIMIENTO 1. Se toma las medidas del molde metálico con ayuda de un calibrador, para calcular su volumen. 2. Se coloca la muestra de preferencia seca, en un molde cilíndrico de 15 cm. de diámetro y 27 cm. de altura se compacta en la medida deseada (también se puede utilizar muestras inalteradas). 3. Luego con la ayuda de una barrilla se enrasa la muestra.

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4. Si la muestra se encuentra en estado húmedo se recomienda colocarla sobre la estufa durante 24 horas como mínimo, pero si son materiales arcillosos se los deja de 2 a 3 días. 5. Una vez preparada la muestra en el cilindro se pesa en la balanza. 6. Se coloca el molde con la muestra preparada en la bandeja con agua de manera que la superficie del agua quede 1 cm. sobre la base perforada. 7. Luego colocar la muestra en el recipiente con agua y se espera por lo menos 15 minutos para que el agua comience a ser absorbida por el suelo.

G.-ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR Es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la densidad seca máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, a una energía de compactación determinada. Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Standard", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos se encuentra en la energía utilizada, la cual se modifica según el caso variando el número de golpes, el pisón (cambia altura y peso), el molde y el número de capas. Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos, en determinadas condiciones de humedad y energía.

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El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener la curva que relaciona la humedad y la densidad seca máxima a determinada energía de compactación. El punto máximo de esta curva corresponde a la densidad seca máxima en ordenadas y a la humedad optima en abscisas. La energía de compactación viene dada por la ecuación

Donde: 

Y – Energía a aplicar en la muestra de suelo.



n – Numero de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado.



N – Numero de golpes aplicados por capa.



P – Peso del pisón



H – Altura de caída del pisón



V – Volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de

Proctor Standard quiere decir

que se alcanza el 85% de la

máxima densidad del Proctor

Standard. El porcentaje puede

ser mayor al 100%, por ejemplo,

en casos en que la energía de

compactación en campo es

mayor a la del Proctor Standard. Las principales normativas que definen estos ensayos son las nomas americanas ASTM D – 698, para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D -1557, para el ensayo Proctor modificado.

-Estándar STANDARD (PROCTOR STANDARD) ASTM D-698, J. E. Bowles ( Experimento Nº 9) , MTC E 116-2000

11 OBJETIVO Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) que cae de una altura de 12 pulgadas (305 mm), produciendo un Energía de compactación de 12 400 lb-pie/pie3 (600 kN-m/m3). CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” pulg (19.0 mm). Nota 1: Para relaciones entre Pesos Unitarios y contenido de humedad de suelos con 30% ó menos en peso de material retenido en la malla 3/4" (19.0 mm) a Pesos Unitarios y contenido de humedad de la fracción pasante la malla de 3/4"(19.0 mm), ver ensayo ASTM D 4718 (“Método de ensayo para corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”).

Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basará en la gradación del material.

12 APARATOS • • •

•

Molde de 4 pulgadas. Molde de 6 pulgadas Pisón ó Martillo.- caída libre de 12 ± 0,05 pulg (304.8 ± 1,3 mm) de la superficie de espécimen. La masa del pisón será 5,5 ± 0,02 lb-m (2,5 ± 0,01 kg Nota 3:Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos ó libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg .

•

• •

•

•

•

Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura ú otro mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especímenes compactados del molde. Balanza con precisión de 0.1g. Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado. Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que 10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm). Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm). Herramientas de Mezcla.- Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua. Ensamblaje del Molde.- Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de materiales rígidos y con capacidad que se indican en 5.1.1 ó 5.1.2 y Figuras 1 y 2 . Las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá tener dos medias secciones circulares, o una sección de tubo dividido a lo largo de un elemento que se pueda cerrar en forma segura

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•

formando un cilindro que reúna los requisitos de esta sección. El tipo “ahusado” debe tener un diámetro interno tipo tapa que sea uniforme y no mida más de 0.200 pulg/pie (16,7 mm/m) de la altura del molde. Cada molde tiene un plato base y un collar de extensión ensamblado, ambos de metal rígido y construidos de modo que puedan adherir de forma segura y fácil de desmoldar. El ensamblaje collar de extensión debe tener una altura que sobrepase la parte más alta del molde por lo menos 2,0 pulg (50,8mm) con una sección superior que sobrepasa para formar un tubo con una sección cilíndrica recta de por lo menos 0,75 pulg. (19,0mm), por debajo de ésta. El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana

13 METODO "A" • • • •

Molde.- 4 pulg. de diámetro (101,6mm) Material.- Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). Capas.- Tres 1.3.1.4.Golpes por capa.- 25 1.3.1.5.Uso.- Cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75 mm). Otros Usos.- Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C.

14 METODO "B" • • • • • •

Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro. Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm). Capas.- Tres Golpes por capa.- 25 Usos.- Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm). Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C.

15 METODO "C" • • • • • • • •

Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). Capas.- Tres Golpes por Capa.- 56 Uso.- Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B. Nota 2:Los resultados tienden a variar ligeramente cuando el material es ensayado con el mismo esfuerzo de compactación en moldes de diferentes tamaños. Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extradimensionada (fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones al Peso

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• •

•

Unitario y contenido de agua del espécimen de ensayo ó la densidad de campo usando el método de ensayo ASTM D-4718. Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco máximo bien definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definida y puede ser menor que la obtenida usando el Método se Prueba ASTM D-4253 (Maximum Index Density and Unit Weight of Soil Using a Vibratory Table). Los valores de las unidades en pulgadas-libras son reconocidos como estándar. Los valores dados en unidades del S.I. son proporcionados sólo como información. En la profesión de Ingeniería es práctica común, usar indistintamente unidades que representan Masa y Fuerza, a menos que se realicen cálculos dinámicos (F= m x a). Esto implícitamente combina dos sistemas de diferentes Unidades, que son el Sistema Absoluto y el Sistema Gravimétrico. Científicamente, no se desea combinar el uso de dos sistemas diferentes en uno estándar. Este método de prueba se ha hecho usando unidades libra-pulgada (Sistema Gravimétrico) donde la libra (lbf) representa a la Unidad de Fuerza. El uso de libra-masa (lbm) es por conveniencia de unidades y no intentar establecer que su uso es científicamente correcto. Las conversiones son dadas en el Sistema Internacional (SI) de acuerdo al ensayo ASTM E-380 (“Practica para el uso de Unidades del Sistema Internacional SI”). El uso de balanzas que registran libra-masa (lbm) ó registran la densidad en lbm/pie3 no se debe considerar como si no concordase con esta norma. Esta norma no hace referencia a todos los riesgos relacionadas con este uso, si los hubiera. Es responsabilidad del usuario establecer la seguridad apropiada y prácticas o pruebas confiables y así determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de su uso.

16 DEFINICIONES Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 3 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) desde una altura de caída de 12 pulgadas (305 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 12 400 pie-lbf/pie3 (600 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el contenido de agua del suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilineal conocida como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación.

17 IMPORTANCIA Y USO El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de

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agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los contenidos de agua. Durante el diseño de los relleno de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte consolidación permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de especimenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario. Es practica común, primero determinar el optimo contenido de humedad (wo) y el Peso Unitario Seco ( máx) mediante un ensayo de compactación. Los especimenes de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un porcentaje del Peso Unitario Seco máximo ( máx). La selección del contenido de agua (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo), y el Peso Unitario Seco ( máx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación.

18 MUESTRAS La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la muestra de campo debe tener una muestra húmeda de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente. Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75 mm), 3/8pulg (9,5 mm) ó 3/4pulg (190 mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado Grueso y Fino. Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.

19 PREPARACIÓN DE APARATOS Seleccionar el molde de compactación apropiado de acuerdo con el Método (A, B ó C) a ser usado. Determinar y anotar su masa con aproximación al gramo. Ensamblar el molde, base y collar de extensión. Chequear el alineamiento de la pared interior del molde y collar de extensión del molde. Ajustar si es necesario. Chequear que el ensamblado del pisón este en buenas condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas ó gastado. Realizar cualquier ajuste ó reparación necesario. Si los ajustes ó reparaciones son hechos, el martillo deberá volver a ser calibrado.

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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO SUELOS: No vuelva a usar el suelo que ha sido compactado previamente en Laboratorio. Utilice el método de preparación húmedo •

Método de Preparación Húmeda (Preferido).- Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del suelo procesado. • Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes con contenidos de agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 6). Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especimenes de tal forma que resulten por lo menos dos especimenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo es necesario dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto óptimo contenido de agua ó una curva de compactación relativamente plana requieren grandes incrementos de contenido de agua para obtener una bien definida para obtener un peso Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no deberán excederán de 4%. Nota 4: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente menor que el límite plástico. Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa y ubíquelo de acuerdo con la Tabla Nº1 antes de la compactación. Método de Preparación Seca.- Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material granular que pasa la malla 3/4pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas, disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior. Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes.

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Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser compactado cuando se emplee el Método A , B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de los especímenes tengan los valores descritos anteriormente. Seguir la preparación del espécimen por el procedimiento especificado. Compactación.- Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente manera: Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base. Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El molde se apoyará sobre un cimiento uniforme y rígido, como la proporcionada por un cilindro o cubo de concreto con una masa no menor de 200 lbm (91 kg). Asegurar el plato base a un cimiento rígido. El método de enlace ó unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la compactación. Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las dos primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortada. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo ú otro aparato disponible puede ser usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la tercera capa se extiende en más de ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para la tercera capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación. Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm).

Nota 5: Cuando los especimenes de compactación se humedecen más que el contenido de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá del juicio del operador para la altura promedio del espécimen.

Al operar el pisón manual del pisón, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pisón sube. Mantener la guía firmemente y dentro de 5_ de la vertical. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen. •

•

Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Un corte inicial en el espécimen en la parte superior del molde con un cuchillo puede prevenir la caída del suelo por debajo de la parte superior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior del molde. Repetir las operaciones mencionadas en la parte inferior del espécimen cuando se halla determinado el volumen del

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molde sin el plato base. Para suelos muy húmedos o muy secos, se perderá suelo o agua si el plato se remueve. Para estas situaciones, dejar el plato base fijo al molde. Cuando se deja unido el plato base. Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo. Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo. Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen (se refiere este método) o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad. Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y contenido de agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especimenes adicionales. Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido de agua definido por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.

20 CALCULOS Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos (ver ejemplo, Fig.3). Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,1 lbf /pie3 (0,2 kN/m3) y contenido de agua aproximado a 0,1%. En base a la curva de compactación, determine el Óptimo Contenido de Agua y el Peso Unitario Seco Máximo. Si más de 5% en peso del material sobredimensionado (tamaño mayor) fue removido de la muestra, calcular el máximo Peso Especifico y óptimo contenido de Humedad corregido del material total usando la Norma ASTM D 4718 (“Método de ensayo para la corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”). Esta corrección debe realizarse en el espécimen de ensayo de densidad de campo, más que al espécimen de ensayo de laboratorio. Plotear la curva de saturación al 100%. Nota 6: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% á 95% de saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de la curva de 100% de saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gravedad específica, en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo. Nota 7: La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de vacíos cero o la curva de saturación completa.

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-Modificado EQUIPO PROCTOR MODIFICADO (PROCTOR MODIFICADO) Referencia ASTM D-1557, J. E. Bowles (Experimento Nº 9) , MTC E 115-2000

1. OBJETIVO •

Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una altura de 18 pulgadas (457 mm), produciendo una Energía de Compactación de 56 000 lb-pie/pie3 (2 700 kN-m/m3). Nota 1: Los suelos y mezclas de suelos-agregados son considerados como suelos finos o de grano grueso o compuestos o mezclas de suelos naturales procesados o agregados tales como grava, limo o piedra partida. Nota 2: El equipo y procedimiento son los mismos que los propuestos por el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos en 1945. La prueba de Esfuerzo Modificado es a veces referida como Prueba de Compactación de Proctor Modificado. • Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” pulg (19,0 mm). Nota 3: Para relaciones entre Peso Unitario y Contenido de Humedad de suelos con 30% ó menos en peso de material retenido en la malla 3/4" (19,0 mm) a Pesos Unitarios y contenido de humedad de la fracción pasante la malla de 3/4"(19,0 mm), ver ensayo ASTM D 4718 (“Método de ensayo para corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”). CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basará en la gradación del material.

2. APARATOS • Ensamblaje del Molde.- Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de materiales rígidos y con capacidad que se indican en Figuras 1 y 2. Las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá tener dos medias secciones circulares, o una sección de tubo dividido a lo largo de un elemento que se pueda cerrar en forma segura formando un cilindro que reúna los requisitos de esta sección. • El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana. •

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• •

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• •

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Molde de 4 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 4,000 ± 0,016 pulg (101,6 ± 0,4 mm) de diámetro interior, una altura de 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5 mm) y un volumen de 0,0333 ± 0,0005 pie3 (944 ± 14 cm3). Un molde con las características mínimas requeridas es mostrado en la Fig. 1. Molde de 6 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 6,000 ± 0,026 pulg (152,4 ± 0,7 mm) de diámetro interior, una altura de: 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5mm) y un volumen de 0,075 ± 0,0009 pie3 (2 124 ± 25 cm3). Un molde con las características mínimas requeridas es mostrando en Fig.2. Pisón ó Martillo.- Un pisón operado manualmente ó mecánicamente. El pisón debe caer libremente a una distancia de 18 ± 0,05 pulg (457,2 ± 1,6 mm) de la superficie de espécimen. Nota 5: Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos ó libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg. Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura ú otro mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especimenes compactados del molde. Balanza.- Una balanza de aproximación de 1 gramo. Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado. Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que 10 pulgadas

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(254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm). •

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Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm), conforme a los requisitos de la especificaciones ASTM E11 (“Especificación para mallas metálicas con fines de ensayo”). Herramientas de Mezcla.- Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua.

3. METODO "A" • Molde.- 4 pulg. de diámetro (101,6mm) • Material.- Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Capas.- 5 • Golpes por capa.- 25 • Uso.- Cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75 mm). • Otros Usos.- Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C.

4. METODO "B" • Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro. • Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm). • Capas.- 5 • Golpes por capa.- 25 • Usos.- Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4 (4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm). • Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C.

5. METODO "C" • • • • • •

Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). Capas.- 5 Golpes por Capa.- 56 Usos.- Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B. Nota 4:Los resultados tienden a variar ligeramente cuando el material es ensayado con el mismo esfuerzo de compactación en moldes de diferentes tamaños.

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Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extradimensionada (fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones al Peso Unitario y Contenido de Agua del espécimen de ensayo ó la densidad de campo usando el método de ensayo ASTM D-4718.

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Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco Máximo bien definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definida y puede ser menor que la obtenida usando el Método se Prueba ASTM D-4253 (Maximum Index Density and Unit Weight of Soil Using a Vibratory Table).

6. DEFINICIONES Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 56 000 pie-lbf/pie3 (2 700 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un numero suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilineal conocida como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación.

7. IMPORTANCIA Y USO El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los contenidos de agua. Durante el diseño de los rellenos de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte consolidación permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de especimenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario. Es práctica común, primero determinar el óptimo contenido de humedad (wo) y el Peso Unitario Seco (máx) mediante un ensayo de compactación. Los especimenes de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del optimo (wo) ó al optimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un porcentaje del Peso Unitario Seco máximo (máx). La selección del contenido de agua (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo), y el Peso Unitario Seco ( máx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación.

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8. MUESTRAS La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la muestra de campo debe tener un peso húmedo de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente. Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75mm), 3/8pulg (9,5mm) ó 3/4pulg (19.0mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado Grueso y Fino (MTC E – 204). Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.

9. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO SUELOS:

• No vuelva a usar el suelo que ha sido compactado previamente en Laboratorio. • Utilice el método de preparación húmedo Método de Preparación Húmeda (Preferido).- Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del suelo procesado. • Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes con contenidos de agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 6). Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especimenes de tal forma que resulten por lo menos dos especimenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo es necesario dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto óptimo contenido de agua ó una curva de compactación relativamente plana requieren grandes incrementos de contenido de agua para obtener un Peso Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no deberán excederán de 4%. Nota 6: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente menor que el límite plástico. • Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa y ubíquelo de acuerdo con la Tabla Nº1 antes de la compactación. • Método de Preparación Seca. - Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de un

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aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material granular que pasa la malla ¾ pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas, disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior. • Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especimenes. • Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser compactado cuando se emplee el Método A, B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de los especimenes tengan los valores descritos anteriormente. Seguir la preparación del espécimen, para los suelos secos ó adición del agua en el suelo y el curado de cada espécimen de prueba. Compactación. - Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente manera: • Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base. • Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El método de enlace ó unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la compactación. • Compactar el espécimen en cinco capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las cuatro primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortada. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo ú otro aparato disponible puede ser usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá 1/4pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la quinta capa se extiende en más de 1/4pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para la quinta capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación. Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm). Nota 7: Cuando los especimenes de compactación se humedecen más que el contenido de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá del juicio del operador para la altura promedio del espécimen. • Al operar el pisón manual del pisón, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pisón sube. Mantener la guía firmemente y dentro de 5º de la vertical. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen. • Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde.

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• Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior del molde. • Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo. Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo. • Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen (se refiere este método) o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500 gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad. • Después de la compactación del último espécimen, comparar los Pesos Unitarios Húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y Contenido de Agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especimenes adicionales. Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido de agua definido por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.

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10. CALCULOS • Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado, Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos (ver ejemplo, Fig.3). Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,1 lbf /pie3 (0,2 kN/m3) y contenido de agua aproximado a 0,1%. En base a la curva de compactación, determine el Óptimo Contenido de Agua y el Peso Unitario Seco Máximo. Si más de 5% en peso del material sobredimensionado (tamaño mayor) fue removido de la muestra, calcular el máximo Peso Especifico y óptimo contenido de Humedad corregido del material total usando la Norma ASTM D4718 (“Método de ensayo para la corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas sobredimensionadas”). Esta corrección debe realizarse en el espécimen de ensayo de densidad de campo, más que al espécimen de ensayo de laboratorio. • Plotear la curva de saturación al 100%. Los valores de contenido de agua para la condición de 100% de saturación puede ser calculadas con el uso de la formula (4) (ver ejemplo, Fig.3). Nota 8: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% á 95% de saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de la curva de 100% de saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gra eda v d específica, en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el plo o.te CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Nota 9: La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de vacíos cero o la curva de saturación completa.

Nota 10.- La gravedad específica p ede ser calculada paru a los especimenes de prueba en base de datos de ensayos de otras muestras de la misma clasificación de suelo y origen. De otro modo sería necesario el ensayo de Gravedad Específica.

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H.- ENSAYO CBR

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OBJETIVO: Determinar el valor del C.B.R. de los suelos, cuando son compactados y ensayados en el laboratorio, mediante la comparación entre la carga de penetración en el suelo y aquella de un material normalizado o “Estándar". DESCRIPCION DEL METODO Este ensayo fue inventado por la Division de Carreteras de California en 1,929 y nos permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y Densidad controladas. El CBR, se obtiende como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un piston a una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo piston, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.

Por lo tanto:

Los valores para el patrón (Roca Triturada), se muestran a continuación.

La relación C.B.R. generalmente se determina para “0.1” y “0.2” de penetración, o sea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón respectivamente. Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más critica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo C.B.R. se sumergen en agua hasta obtener su saturación. Los ensayos C.B.R. se pueden efectuar también sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobro suelos en el sitio.

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EQUIPO           

Molde CBR, con collarin y la base perforada. Disco espaciador. Piston o martillo /10lb. Y altura de caída de 15 – 18 pulg.) Plato y Vastago. Tripode y extensómetro. Piston cilíndrico. Marco de carga CBR. Tanque para inmersión. Balanza. Cronometro. Horno.

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TECNICA DEL ENSAYO Se pulverizan aproximadamente 100 libras de muestra con el rodillo, se pasa el material por el tamiz ¾” y se desechan las partículas retenidas en el tamiz, el material desechado es remplazado por un peso igual de material, pero con partículas que sean retenidas en el tamiz ¼” y que pasen por el tamiz ¾”. Se determina la humedad optima del material siguiendo el mismo procedimiento de la compactación Proctor modificado con las siguientes excepciones.  

Se usa el material que pase por el tamiz ¾” en lugar del ¼”. Se usa el molde C.B.R. con sus aditamentos.

El material sobrante de la determinación de la humedad optima (25 libras aproximadamente), se mezcla con una cantidad suficiente de agua para obtener el máximo peso unitario seco. Se debe prevenir la evaporación. Se pesan 3 moldes de C.B.R. con las respectivas placas de soporte del molde, estas deben tener 28 perforaciones de 1/8” de diámetro. Se compactan 3 muestras en los moldes preparados, usando para el primero 56 golpes, para el segundo 25 golpes y para el tercero 10 golpes. Se deben tomar muestras de humedad para cada molde con anticipación. Cada capa debe ser de 1” de espesor después de compactada y la ultima capa debe estar 1/2” mas arriba de la unión del molde con su collarin. La humedad de las muestras asi compactadas no debe ser ni mayor ni menor que 0.5% de la humedad optima, de otra forma se debe repetir el ensayo. Se retira el collarin del molde y se lo pesa junto con la muestra compactada, el disco espaciador y la placa soporte. Se coloca un filtro de papel sobre la placa de soporte y luego se voltea el molde con la muestra compactada (el espacio dejado por el disco queda lógicamente en la parte superior) y se coloca sobre la placa de soporte. La muestra está lista para ser sumergida. METOD DE SUMERGIR LA MUESTRA DE MEDIR LOS CAMBIOS VOLUMETRICOS Con el fin de duplicar en el laboratorio las condiciones de saturación que se presentan en el terreno, la muestra preparada como se indica anteriormente, se sumerge en un recipiente. Se coloca sobre las muestras sobrepeso de 5 libras (esto representa aproximadamente 3” de material). Por lo tanto se desea calcular el número de sobrepesos necesarios, se estima el espesor en pulgadas del material que la muestra va a soportar y se divide por 3. Se coloca un filtro de papel sobre la superficie de la muestra compactada, luego la placa perforada con su vástago y sobre esta los pesos y sobre – pesos requeridos. Se coloca un extensómetro junto con un trípode que sirva para sostenerlo.

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Se sumerge la muestra en el recipiente y se deja allí durante cuatro días hasta que este completamente saturada y no tenga mas cambios volumétricos, se debe tomar la lectura de los extensómetros todos los días. Al cabo de 4 dias se saca el molde de agua, se seca y se deja escurrir por espacio de 15 minutos. Se quitan los sobrepesos y se pesa la muesta saturada con el fin de apeciar la cantidad de agua absorbida por el espécimen. La muestra se encuentra lista para la penetración del piston. PROCEDIMIENTO (Penetracion del Piston) Se colocan de nuevo los sobrepesos sobre la muestra saturada. Se coloca la muestra sobre la plataforma de presena del C.B.R. La muestra debe estar alineada con el piston, se levanta la plataforma por medio del gato hidráulico hasta que el piston este en contacto con la muestra y se le este aplicando una carga de 10 libras. Despues se vuelve a colocar en cero el indicador de carga. Se coloca también el extensómetro en cero. Se aplica la carga por medio de un gato hidráulico de la prensa del C.B.R. a una velocidad de 0.05” por minuto. Se toma la lectura de las cargas, aplicadas a 0.025, 0.050, 0.075, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5 de penetración del piston. Se saca la muestra de la prensa del C.B.R. y se toma la muestra de humedad alrededor del orificio dejado por el piston Para sacar la muestra. Para sacar la muestra del molde se usa el extractor de muestras con la placa 6” de diámetro. CALCULOS Se calculan los Esfuerzos Aplicados dividiendo la carg para el área del piston. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por la constante del aparato. Se dibujan las curvas ESFUERZO vs PENETRACION para cada molde, colocando en las abcisas cada una de los valores de penetración y en las ordenadas los respectivos esfuerzos. En cada una de las curvas, el cero debe ser desplazado, para asi compensar los errores debidos a irregularidades en la superficie de las muestras y para corregir la cursa si esta empieza cóncava hacia arriba.

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Se determina el valor del C.B.R. para cada molde tomando en cuenta que: la relación C.B.R. generalmente se determina para 1” y 2” de penetración, o sea para esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cudrada en el patrón, respectivamente. De estos valores se usa el que sea mayor. Se grafican los valores respectivos de Densidad Seca (Antes de saturar) y C.B.R. de cada molde. Se determina el C.B.R. de la muestra de acuerdo a la Densidad Seca Máxima obtenida en el ensayo de Compactación, como se muestra a continuación:

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Para el caso de que la muestra ensayada corresponda a suelo subrasante, se reportara el C.B.R. que corresponda al 95% de la DENSIDAD SECA MAXIMA.

I.- ENSAYO DE CORTE

Ensayo de corte Metodología del ensayo : Equipo necesario. - Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas, medir las cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a través de las piedras porosas. - Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas piedras porosas. - Dos balanzas, una de 0,1 gr. de precisión; la otra de 0,01 gr.

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- Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º ± 5º C. - C á m a r a h ú m e d a . - Herramientas y accesorios. Equipo para compactar las probetas remoldeadas, diales de deformación, agua destilada, espátulas, cuchillas enrasador, cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad, grasa. Procedimiento. - Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena (seca o de humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la sección (A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al pistón de carga y la piedra porosa. Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte en el peso P v ). En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se ha detenido; en suelos no cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv. Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el tiempo necesario). Luego se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos.Se repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un valor distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga).

- Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área (A) de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal P v y se ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro ve rtical igual que en el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. Luego, se separan las mitades de la cajas de corte dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga, asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Se acopla el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra). Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de volumen).En ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en el caso anterior (no más de 2 mm/min.) y tal que falle entre 5 a 10 minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de deformación para este último, debería ser tal que el tiempo para que ocurra la falla (t f ) sea: t f =50*t 5 0 ,

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donde t 5 0 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga normal Pv. Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el contenido de humedad. El procedimiento se repetirá para las muestras adicionales. Cálculos y gráficos. Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos. - Se grafican en escala natural las curvas de deformación, donde la ordenada será la deformación hor izontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas probetas. Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con los valores de carga vertical y tangencial se calcula la tensión tangencial y la tensión normal. Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante ( τ ) y el esfuerzo normal ( σ n ), mediante las siguientes expresiones: τ = Ph / A ( kgs/cm 2 ) y σ n = Pv / A ( kgs/cm 2 ) donde: Pv = carga vertical aplicada (kgs.) Ph = carga horizontal aplicada (kgs.) A = área nominal de la muestra (cm 2 ) Con los datos de τ y σ n de cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca y de ella se obtiene c y φ , donde c es la ordenada de la recta hasta el eje de las abscisas y φ el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca. Es posible trazar además la curva de deformaciones verticales, donde se llevan en ordenadas las deformaciones (asentamiento-hinchamiento) y en abscisas el tiempo. Observaciones. - La velocidad del ensayo debe ser la estipulada, ya que si es muy rápida en ensayos drenados, la presión de poros no es capaz de disiparse. -Esfundamentalqueenensayosconsolidados,estaserealice completamente. Deben hacerse con especial cuidado las lecturas de los comparadores (diales) y de las fuerzas tangenciales aplicadas, al igual que el trazado de las curvas. La ventajas de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de avance para suelos no cohesivos. - Es conveniente recordar que el propósito de efectuar ensayos de corte en el laboratorio es reproducir las situaciones del terreno, pero como las condiciones in situ están en etapa de investigación, el mejor ensayo de laboratorio será aquel en que mejor se entiendan y controlen las condiciones de fatiga y deformación tal como ocurre en un ensayo triaxial. - Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo posible) dentro de una cámara húmeda. - En arcillas muy blandas, el separar las mitades de la caja de corte se realizará cuidadosamente porque el material podría ser extruído fuera de la caja por la zona de separaci ón, en estos casos se deben utilizar cargas verticales pequeñas. - El ensayo de corte directo tiene las siguientes limitaciones: - El área de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa. Esto no es sea demasiado significativo, cuando las muestras fallan a deformaciones muy bajas. - Cuando se diseñó la caja de corte, se supuso que la superficie de falla real sería plana y que el esfuerzo cortante tendría una distribución uniforme a lo largo de esta, sin embargo, con el tiempo se estableció que estas suposiciones no siempre son válidas. CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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- Al emplear en el ensayo una muestra muy pequeña, los errores de preparación son relativamente importantes. J.- ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Ensayo de consolidación Generalidades Cuando se somete un suelo cohesivo saturado a un incremento de carga, ocurre un traspaso de esta carga desde el agua a la estructura de suelo en el tiempo. Inicialmente, de acuerdo a la teoría, ese incremento de carga exterior lo toma integralmente el agua debido a que, por una parte, es incompresible, y por otra, el suelo del que estamos hablando presenta una baja permeabilidad. Este incremento de carga tomado por el agua produce excesos en la presión neutra por sobre las presiones hidrostáticas. Al cabo de un tiempo t, parte de este exceso de presión neutra es disipado, transfiriéndose esa parte de la carga a la estructura de suelo, resultando en un incremento de tensiones efectivas. El resultado de este incremento gradual de tensiones verticales efectivas produce asentamientos en terreno. Cuando el suelo es permeable, como es el caso de un suelo granular, o cuando la carga se aplica a un suelo fino seco (o con bajo grado de saturación), el proceso de deformación con reducción en el índice de vacíos tiene lugar en un período tan corto que es posible considerar el proceso como instantáneo. En estos casos existe una deformación vertical prácticamente inmediata, pero no se reconoce como consolidación.

Procesos en la Consolidación Una arcilla puede encontrarse en terreno normalmente consolidada (arcilla NC) o preconsolidada (arcilla PC). Se dice que una arcilla es normalmente consolidada cuando nunca fue sometida en su pasado geológico a cargas mayores que las existentes ahora en terreno. Por otro lado, si la arcilla estuvo en el pasado cargada por estratos de suelo que fueron posteriormente erosionados, o por cargas de hielo en una época glacial, se la denomina preconsolidada (también existe la preconsolidación por secamiento o por descenso de la napa freática con posterior recuperación). El ensayo permite igualmente conocer si se trata de una arcilla NC o PC tras comparar la tensión efectiva que la muestra tiene en terreno (a partir de la estratigrafía y profundidad de la muestra) con la presión de preconsolidación que, como se verá más adelante, se obtiene de la curva de consolidación.

Consolidación Primaria De acuerdo a los resultados del ensayo, se obtiene la curva de consolidación, (ver figura 1). Esta curva representa el fin de la transferencia de cargas desde los excesos de presión neutra a la estructura de suelo, o en otras palabras, el fin del proceso de consolidación primaria. A partir de esta curva – siempre que ella sea representativa del estrato de suelo, por lo que suele ser el resultado de varios ensayos de consolidación sobre diferentes muestras inalteradas del mismo CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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estrato -se puede calcular el asentamiento final de un estrato de arcilla saturada normalmente consolidada sometida a un incremento de carga Δq . El asentamiento está dado por:

S

 '   '  H C  Log  vo  1  eo   'vo 

Donde: S: asentamiento del estrato de suelo (arcilla o suelo fino saturado) H: espesor del estrato de suelo eo: índice de vacíos inicial σ’vo : tensión vertical efectiva inicial (antes de la aplicación de sobrecarga)

 'vo ': incremento de tensión efectiva (o sobrecarga), la cual producirá la consolidación C = Cc índice de compresibilidad que es la inclinación de la recta virgen de la curva de consolidación en escala semi-logarítmica Para el caso de un estrato de arcilla preconsolidada, existirán dos casos posibles: (a) El primero corresponde a un incremento de carga tal, que sumado a la tensión vertical efectiva existente (a la profundidad que se obtuvo la muestra) no supera la presión de preconsolidación (calculada gráficamente como se indica en Figura 1). En este caso se utiliza la misma fórmula anterior, pero con el valor de C = Cr (índice de recompresión) (b) El segundo caso se refiere a un incremento de carga que sumado a la tensión vertical efectiva existente (a la profundidad de la muestra), supera la presión de preconsolidación. En este caso la fórmula contendrá dos términos, uno que corresponde a la deformación según la curva de recompresión y el otro a la deformación según la curva virgen. 

Método de Casagrande para la Determinación Gráfica de la Tensión de Preconsolidación, σ pc’.

En el gráfico e – Log σv’: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de σ pc’

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FIGURA 1. CURVA DE CONSOLIDACION (Fin de Consolidación Primaria) Determinación Gráfica de la Presión de Preconsolidación, σ pc’



Estableciendo si la Arcilla es NC o PC

Debemos comparar la tensión vertical efectiva de terreno, σ vo’ con la tensión de preconsolidación, σpc’, para saber si la arcilla está normalmente consolidado (NC) o preconsolidada (PC): Si σ vo’ ~ σ pc’ se trata de una arcilla NC

Si σ vo’ < σ pc’ se trata de una arcilla PC, siempre que estas diferencias sean significativas

En la curva de consolidación (figura 2):

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica 1. Ubicar σpc’. 2. Ubicar el punto (σvo’, eo), tensión vertical efectiva de terreno e índice de vacíos en terreno. 3. Ubicar el punto 0.4 eo en la prolongación de la recta de carga normalmente consolidado, también denominada curva virgen. 4. Unir con una recta los puntos 2 y 3. El valor absoluto de la pendiente de esta curva es el Índice de Compresibilidad, Cc.

FIGURA 2 CURVA DE CONSOLIDACION: Determinación Gráfica del Índice de Compresibilidad Cc

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K.- ENSAYO DE CARGA DIRECTA El ensayo de carga directa es un ensayo in-situ que permite la estimación de la capacidad portante del suelo mediante métodos empíricos. Este ensayo es sólo una parte de los procedimientos necesarios en la investigación del suelo para el diseño de la cimentación. Este método proporciona información del suelo sólo hasta una profundidad igual a dos veces el diámetro de la placa a partir del nivel de ensayo, y toma en cuenta sólo parte del efecto del tiempo. Equipo: Para llevar a cabo el ensayo de carga se debe contar con los siguientes equipos y aparatos: 









Carga de reacción: Una plataforma o cajón cargado, de tamaño y peso suficientes para suministrar la carga total requerida en el terreno. Para este fin se puede utilizar un camión cargado, con un peso total mayor o igual a 20 TM. Gata hidráulica: De suficiente capacidad para proveer y mantener la carga máxima estimada para las condiciones específicas del suelo, pero no menor de 50 ton. En cualquier caso. Para registrar la fuerza aplicada por la gata hidráulica se debe contar con un medidor de presión (manómetro), un anillo de carga o una celda de carga electrónica. Estos dispositivos deberían ser capaces de registrar la carga con un error que no exceda de ± 2% del incremento de carga. Placa de carga: Se debe disponer de tres placas de acero circulares, con espesores no menores a 1 pulgada y con diámetros variando de 12 a 30 pulgadas (305 a 762 mm), incluyendo el mínimo y el máximo diámetro especificado, o placas de acero cuadradas de áreas equivalentes. Dispositivos de registro de asentamientos: Se requiere de 3 extensómetros, capaces de medir el asentamiento de la placa de carga con una precisión de por lo menos 0.01 pulgadas (0.25 mm). Aparatos diversos: Incluye una columna de acero (tubo) para transmitir la carga de la plataforma a la placa, y otras herramientas y equipos requeridos para la preparación del ensayo y el montaje del equipo (nivel, plomada, etc). El montaje del equipo puede variar ampliamente dependiendo de las condiciones de trabajo, requerimientos del ensayo y equipo disponible. Un montaje típico para realizar el ensayo de carga se muestra en la Figura Nº1.

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Procedimiento: 



















Selección del área de ensayo: Una selección representativa de la ubicación del ensayo se realiza en base a los resultados de los sondajes de exploración y de los requerimientos de la estructura. Se debe realizar el ensayo de carga a la profundidad de cimentación propuesta y en las mismas condiciones a las que ésta estará sujeta, a menos que se especifiquen condiciones especiales. Pozos de prueba: Se requieren por lo menos tres pozos, los cuales deben estar espaciados por lo menos 5 veces el diámetro mayor de las placas usadas. Se debe nivelar y limpiar cuidadosamente el área donde se colocará la placa de carga, de modo que el área de contacto sea en suelo no disturbado. Previo a la realización del ensayo, proteger el pozo y áreas vecinas contra los cambios de humedad del suelo, a menos que se espere un humedecimiento de éste en un tiempo futuro, como en el caso de estructuras hidráulicas. En este caso, pre humedecer el suelo en el pozo hasta una profundidad no menor que el doble del diámetro o el largo de la placa. Plataforma de carga: Soportar la plataforma de carga o cajón en puntos tan distantes del área de ensayo como sea posible, preferiblemente a distancias no menores que 8 pies (2.4 m). La carga total requerida deberá estar disponible en el sitio antes de iniciar el ensayo. Carga muerta: Pesar y registrar como peso muerto todo el equipo usado, tal como la placa de acero, columna de transmisión de carga y gata hidráulica, etc., que es colocada en el área previa a la aplicación de los incrementos de carga. Viga de referencia: Soportar independientemente la viga de referencia, que sostendrá los extensómetros u otros dispositivos de registro de asentamientos, tan lejos como sea posible, pero no menor que 8 pies (2.4 m) desde el centro del área de carga. Incrementos de carga: Aplicar la carga al suelo en incrementos iguales y acumulativos, no mayores que 1.0 Ton/ft² (95 KPa), o no más que un décimo de la capacidad portante estimada para el área a ser ensayada. Asegurarse de medir cada carga, y aplicar ésta de manera que el suelo sea cargado en forma estática, sin impactos, fluctuaciones o excentricidades. Intervalo de tiempo de carga: Después de la aplicación de cada incremento de carga, mantener la carga constante por un intervalo de tiempo seleccionado no menor que 15 minutos. Intervalos de tiempo mayores deben ser determinados manteniendo la carga constante hasta que el asentamiento cese o hasta que la razón de asentamiento sea uniforme. Mantener el mismo intervalo de tiempo seleccionado para cada incremento de carga en todo el ensayo. Registro del asentamiento: Mantener un registro continuo de todos los asentamientos. Realizar mediciones del asentamiento tan pronto como sean posibles antes y después de la aplicación de cada incremento de carga, y en intervalos de tiempos iguales cuando ésta es mantenida constante. Realizar por lo menos 6 mediciones del asentamiento entre las aplicaciones de carga. Término del ensayo: Continuar cada ensayo hasta que la carga pico sea alcanzada o hasta que la relación de incremento de carga a incremento de asentamiento resulte un mínimo. Si existe suficiente carga disponible, continuar el ensayo hasta que el asentamiento total alcance por lo menos el 10% del diámetro de la placa, a menos que una falla bien definida sea observada. Después de terminar las observaciones para el último incremento de carga, liberar la carga aplicada en aproximadamente tres decrementos iguales. Continuar registrando la recuperación del suelo hasta que la deformación cese, o por un período no menor que el intervalo de tiempo seleccionado para la carga.

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NOTA: El siguiente procedimiento alternativo es también permitido. Aplicar la carga al suelo en incrementos correspondientes a incrementos de asentamientos de aproximadamente 0.5% del diámetro de la placa. Después de la aplicación de cada incremento de asentamiento, medir la carga en intervalos de tiempo fijados; por ejemplo: 30s, 1, 2, 4, 8 y 15 min. después de la aplicación de carga, hasta que la variación de ésta cese o hasta que la razón de variación de la carga, en el gráfico de carga Vs. logaritmo de tiempo, sea lineal. Continúe cargando en incrementos de asentamientos seleccionados. El término del ensayo y la descarga se realiza de manera similar a la indicada anteriormente. Cálculo: 



Capacidad admisible del terreno: Existen varios criterios para evaluar la capacidad admisible del terreno en base a los resultados del ensayo de carga in-situ. Se indica que el valor de qad es el menor valor entre q03, 2/3 q10 y 1/2 q20, donde los subíndices representan los valores de descarga en milímetros. El valor de qad se toma como la carga correspondiente en la curva esfuerzo deformación, que es producto de la intersección de una recta paralela a la curva de descarga que pasa por los valores de deformación en milímetros indicados y la curva referida. También existe el criterio de Terzaghi y Peck que indica que la carga admisible de un ensayo de carga es la mitad del esfuerzo, que ocasiona un asentamiento de 1 centímetro en el ensayo de carga o la mitad del esfuerzo en la falla. Cálculo de asentamientos: El asentamiento registrado en una placa de 300 mm, de diámetro puede ser relacionada con los asentamientos esperados de la cimentación. Existen varios métodos empíricos para este fin, una relación sugerida por Terzaghi y Peck (1967) es:

donde: S2 = asentamiento de la cimentación de ancho B2 en cm. S1 = asentamiento de la placa de 300 mm (B1) bajo la carga esperada a ser aplicada por la cimentación. Otra relación ha sido dada por Bond (1961)

donde la notación usada es la misma que para la expresión de Terzaghi y Peck. El coeficiente adimensional "n" depende del suelo y puede ser determinado por la realización de dos o más ensayos de placa con diferentes diámetros y resolviendo la ecuación para "n". El rango de valores de "n" dado por Bond (1961) es: 0.20 a 0.40 para arenas sueltas a compactas. 0.40 a 0.50 para arenas densas. CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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NOTA: las relaciones anteriores sólo se consideran aplicables para la estimación del asentamiento en suelos no cohesivos, donde las dependencias del tiempo de las relaciones de asentamiento son despreciables. 

Cálculo de la rigidez (Kv) y módulo de corte (G): El ensayo de carga directa puede ser utilizado para la estimación de la rigidez vertical del suelo (Kv), mediante la aplicación de cargas cíclicas, tal como se indica en la Fig. Nº2. Este parámetro es muy importante en el diseño de cimentación máquinas; además a partir de este valor se puede obtener el módulo de corte G, mediante la siguiente expresión:

donde: G = módulo de corte Kv = rigidez vertical u = módulo de Poisson ßz = coeficiente de forma B = ancho de la cimentación L = largo de la cimentación Para una placa cuadrada se tiene:

Para extrapolar las rigideces obtenidas usando las placas de áreas pequeñas a las áreas reales del prototipo se pueden utilizar las recomendaciones de Terzaghi para cargas estáticas; es decir.

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Ejemplo de aplicación : A manera de ejemplo de aplicación se presenta en el Anexo I los resultados de un ensayo de placa realizado con fines de estudio de cimentación de un edificio. Este ensayo se ha realizado a una profundidad de 2.20 m. en un material de relleno, obteniéndose un asentamiento total de 4.6 cm. para una carga aplicada de 6 Kg/cm². Otra aplicación que se ha estado dando al ensayo de carga directa es la determinación del potencial de colapso in-situ, el cual consiste en determinar el asentamiento adicional que sufre el suelo bajo una carga de 2 Kg/cm², cuando éste es saturado. En este caso se mantiene constante la carga de 2 Kg/cm² y se añade agua al terreno por un período de tiempo considerable hasta que los asentamientos se estabilicen. En el anexo II se presenta los resultados de un ensayo de este tipo realizado en Ventanilla, con fines de cimentación.

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L.- ENSAYO PARA OBTENER MÓDULO DE BALASTO El coeficiente de balasto Ks es un parámetro que se define como la relación entre la presión que actúa en un punto, p, y el asiento que se produce, y, es decir Ks=p/y. Este parámetro tiene dimensión de peso específico y, aunque depende de las propiedades del terreno (esto no se le escapa a nadie) no es una constante del mismo ya que también depende de las dimensiones del área que carga contra el terreno (esto es lo no toda la gente no tiene tan claro). Veamos cómo podemos estimar el valor del coeficiente de balasto. Existen dos maneras para poder realizar dicha estimación: 

Ensayo de Placa de carga: En la foto anterior podemos ver una placa circular que carga al terreno. De la placa salen unos comparadores que nos permiten medir el asiento que sufre el terreno al cargar la placa. El cociente de la carga entre el asiento nos proporciona el coeficiente de balasto asociado a las dimensiones de la placa. Existen varios tipos de placas, las cuadradas de 30×30 cm o las circulares de 30, 60 o 76,2 cm de diámetro. Por tanto, el coeficiente viene generalmente respresentado por una K y el correspondiente subíndice que identifica a la placa con la que se realizó el ensayo. Lo usual es que los laboratorios proporcionen el coeficiente de balasto de la placa cuadrada de 30 cm de lado, el K30. Existen muchos autores que han proporcionado varios valores del K30 para diferentes clases de suelos. Os dejo algunas de las tablas más interesantes que conviene tener:

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Pero claro, una cosa es tener el coeficiente de balasto de una placa cuadrada de 30 cm de lado y otra muy distinta es tenerla para el tamaño real cimentación. Aunque sea el mismo terreno, el valor debe ser corregido por las dimensiones de nuestra cimentación. Para ello, fue Terzaghi (1955) quien propuso las siguientes formulaciones: 

Para una zapata cuadrada de lado B(m) el coeficiente de balasto valdrá: o Para suelos cohesivos:

o

Para suelos arenosos

o

Para suelos de transición (entre arenas y arcillas)

%cohesivo es el porcentaje del suelo que se puede suponer cohesivo y %arenoso el porcentaje que se supone arenoso. (%cohesivo+%arenoso=100)

o

Si lo que tenemos es una losa rectangular de lados B(m) y L(m) (L>B):

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

En función a otras características del terreno: Estamos hablando de correlaciones del coeficiente de balasto con otros parámetros del terreno como pueden ser: o En función del módulo de deformación:  Fórmula de Vogt:



Fórmula de Vesic:



Fórmula de Klepikov:

Siendo A el área de la cimentación y ω un coeficiente de forma que viene dado por:

o

En función de la tensión admisible de la cimentación:  Fórmula de Bowles: Siendo FS el factor de seguridad empleado para minorar la tensión admisible (entre 2 y 3)

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

En función del CBR: Se puede usar la siguiente gráfica que relaciona el índice portante de California (CBR) con el coeficiente de balasto de una placa de 30’’ de diámetro.

 

En función de la resistencia a compresión simple qu (suelos cohesivos): En función del ensayo SPT:  En suelos cohesivos:



En arenas secas:

Y por tanto para una cimentación de BxL:

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

En arenas sumergidas:

Y por tanto para una cimentación de BxL:

(ANEXO) Ensayo de placa de carga estática no repetida Equipo necesario. o

o

Elementos de reacción. Un camión, remolque ó combinación de ambos, un marco anclado u otra estructura pesada con suficiente masa para producir la reacción deseada sobre la superficie a ensayar. Si se usan vehículos, las ruedas deben estar a lo menos a 2,5 mts. desde la circunferencia de la placa de carga de mayor diámetro usada (figura 3.22.). Conjunto hidráulico de carga provisto de un dispositivo de apoyo esférico, capaz de aplicar y retirar la carga en incrementos. La gata deberá tener la capacidad suficiente

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o o

o

para aplicar la carga máxima necesaria y deberá estar equipada con un medidor calibrado con precisión suficiente que indicará la magnitud de la carga aplicada (figura 3.22.). Diales micrométricos: tres o más, graduados en unidades de 0,025 mm. (0,001”) y capaces de registrar una deflexión acumulada de a lo menos 25 mm. Viga porta dial, sobre la cual se montan los diales micrométricos. La viga deberá estar formada por un tubo o cañería de 60 mm. de diámetro o un ángulo 75*75*6 mm. de un largo mínimo de 4,75 mt. La viga se apoyará en soportes ubicados a más de 2 metros desde el borde de la placa de ensayo o rueda más cercana, o soporte. El sistema completo de medición de deflexión debe protegerse de los rayos directos del sol. Placas de ensayo. Juego de placas de acero de menos de 25 mm. de espesor, confeccionadas de modo de poder disponerse en forma piramidal para asegurar su rigidez. Los diámetros de las placas deben variar entre 150 mm. a 760 mm.(6” a 30”). Los diámetros en las placas adyacentes a la distribución piramidal no deberán exceder los 150 mm. Pueden usarse placas de aleación de aluminio de 40 mm. de espesor en lugar de placas de acero. En la tabla 3.23. se indica el diámetro de la placa de ensayo según el tipo de suelo y ensayo requerido. o Herramientas y accesorios. Nivel de burbuja para preparar la superficie a ensayar y las necesarias para operar el equipo y cortar una probeta de suelo no perturbado en un anillo de ensaye de consolidación, balanzas, horno y diversas herramientas para determinar humedad en terreno.

Figura 3.23. Tabla de diámetros de placas según el tipo de suelo ó ensayo (Espinace R., 1979). 

Procedimiento. o Preparación del área de ensayo.  Para un ensayo de carga no confinado efectuado directamente sobre una superficie natural de subrasante, se debe despejar el área de suelo a ensayar de cualquier material suelto. Esta área deberá ser a lo menos dos veces el diámetro de la placa, de modo de evitar que se activen posibles sobrecargas o efectos de confinamiento.  Para un ensayo de carga confinado cuando la subrasante sea construida con material de relleno, deberá realizarse un terraplén o cancha de prueba de no

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menos de 75 cm. de altura, utilizando el material a emplear en el relleno, compactado con el contenido de humedad y densidad especificada para la etapa de construcción.  Para un ensayo de carga confinado, el diámetro del área circular de la excavación debe ser el suficiente que permita el correcto acomodo de la placa seleccionada. Con el fin de evitar pérdidas de humedad del terreno, éste deberá cubrirse con plástico o papel impermeable hasta dos metros desde la circunferencia de la placa de ensayo, durante todo el tiempo que dure la prueba. Además con el objeto que la placa logre un apoyo uniforme con la superficie del terreno, éste se nivelará con una delgada capa de arena y yeso, o bien sólo de arena fina. o

o

Colocación de las placas, diales y otros.  Placa de ensayo. Deberá centrarse cuidadosamente bajo el dispositivo de reacción y se ajusta a nivel. Sobre ella se colocarán las placas menores concéntricas distribuidas en forma piramidal. Sobre la última placa dispuesta, se centra la gata hidráulica.  Anillo de acero. Si se usa un anillo para medir la carga aplicada, éste deberá colocarse entre la gata hidráulica y la rótula que a su vez apoya contra el dispositivo de reacción de carga. Este dispositivo debe ser lo suficientemente largo de modo que sus soportes queden a lo menos a 2,5 metros de la placa de ensayo. Una viga de acero, entre dos camiones cargados otorga un buen dispositivo de reacción.  Diales. Los diales micrométricos utilizados para medir la deformación del suelo bajo la acción de la carga (generalmente son tres), deben apoyarse sobre la placa de ensayo a no más de 6 mm. desde el borde, dispuestos en 120º uno del otro. Los micrómetros deben estar asegurados a una estructura (viga porta dial) cuyos soportes están a lo menos 2 metros desde el borde de la placa de ensayo. Procedimientos de asentamiento. Para asentar el equipo se empleará alguno de los métodos establecidos.  Procedimiento Nº1. Apoyar el sistema de carga y la placa soportante mediante la aplicación de una carga de 3,2 KN. (7 Kpa.), cuando el espesor de diseño de pavimento sea menor de 380 mm. o una carga de 6,4 KN. (14 Kpa.), cuando el espesor de diseño del pavimento sea de 380 mm. o más. Una vez que se haya producido el total de la deformación debido a esta carga de apoyo se toman las lecturas de los tres diales micrométricos y se registran como lectura cero (la carga de apoyo también se considerará como carga cero). Una carga cíclica menor a la carga de asentamiento se puede emplear para asegurar un buen apoyo de los aparatos y de la placa de ensayo.  Procedimiento Nº2. Después de instalar adecuadamente el equipo, con toda la carga muerta actuando (gata, placas, etc.), la placa y el conjunto deben asentarse con una rápida aplicación y descarga, de una carga suficiente para producir una deflexión de no menos de 0,25 mm. y no mayor a 0,50 mm. indicada por los diales. Cuando las agujas de los diales se estabilicen luego de la descarga, se reasienta la placa con la mitad de la carga que produjo la deflexión anterior (entre 0,25 y 0,50 mm.). Finalmente cuando las agujas se hayan estabilizado nuevamente se ajusta cuidadosamente cada dial a su marca cero.

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o

o

Procedimientos de Carga. Sin retirar la carga del asiento, debe aplicarse la carga de ensayo por alguno de los métodos establecidos.  Procedimiento Nº 1. Las cargas se aplican a velocidad moderada en incrementos uniformes. La magnitud de cada incremento de carga será tal que permita obtener un suficiente número de puntos (no menos de 6) para poder dibujar la curva carga-deflexión con precisión. Después que cada incremento de carga haya sido aplicado, debe ser mantenido hasta que una razón de deflexión, de no más de 0,25 mm/min, se logre para tres minutos consecutivos. Debe registrarse la carga y las lecturas finales para cada incremento de carga, continuando con este procedimiento hasta que se obtenga la deflexión total deseada ó hasta que la capacidad de carga del equipo sea alcanzada (cualquiera que ocurra primero). En este punto se debe mantener la carga hasta que el aumento de deflexión no exceda a 0,025 mm/min, durante tres minutos consecutivos. Se registra la deflexión total y luego se disminuye la carga hasta el valor que fue empleada para ajustar en cero los diales. Esta carga se mantiene hasta que la razón de recuperación no exceda 0,025 mm. para tres minutos consecutivos y se registra la deflexión a la carga de ajuste cero. Cada conjunto de lecturas deberá promediarse y ese valor registrado será la lectura de asentamiento promedio.  Procedimiento Nº 2. Se aplican dos incrementos de carga de 16 KN. (35 Kpa.) cada uno los que se mantienen hasta que la razón de deformación en ambos sea inferior a 0,025 mm/min. Tomando las lecturas de los tres diales micrométricos al final de cada incremento, al completar los 32 KN.(70 Kpa.) de carga, se determina la deflexión promedio computando el movimiento total entre cero y 70 Kpa. para cada dial. Pasos finales. Una vez calculado el valor de K u , si éste es menor a 56, el ensayo está terminado y la carga puede retirarse. Si Ku ≥ 56, se aplican incrementos adicionales de carga de 16 KN. (35 Kpa.) hasta alcanzar 96 KN. (210 Kpa.), permitiendo que cada uno de los incrementos de carga permanezcan hasta que la razón de deformación sea menor a 0,025 mm/min. Deben leerse los tres diales micrométricos al final del proceso en cada incremento de carga.

Finalmente, se toma una muestra inalterada del suelo ensayado para realizar en laboratorio la corrección por saturación. La muestra se toma del costado de la placa si el terreno es cohesivo y si es granular que descansa sobre suelo cohesivo, se toma del material cohesivo bajo la placa M.- ENSAYO DE EQUIVALENTE ARENA Este ensayo muestra un método para determinar el equivalente de arena de la fracción granulométrica 0/2mm de los áridos finos y de la mezcla total de los áridos. Se fundamenta en liberar de la muestra de ensayo los posibles recubrimientos de arcilla adheridos a las partículas de arena mediante la adición de una solución coagulante que favorece la suspensión de las partículas finas sobre la arena, determinando su contenido respecto de las partículas de mayor tamaño. NOTA: Se permite la determinación del equivalente de arena sobre la fracción 0/4 mm, pero limitando la humedad máxima portante del árido al 8 %. Instrumental y Equipos Para la realización de este ensayo es necesaria la utilización de los siguientes instrumentos y equipos: CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Dos probetas cilíndricas graduadas Pistón tarado Regla graduada de 500 mm Tamiz de 2 mm (o 4 mm) Dos cronómetros Balanza de 0,1 g de precisión (mínimo) Reactivos Tubo lavador y embudo Máquina de agitación Bandejas, cepillos, tapones de caucho

Ejecución del ensayo Las etapas a considerar a la hora de realizar este ensayo son las siguientes:



Preparación de los reactivos o Solución concentrada, compuesta de:  Cloruro de calcio cristalino, CaCI2.6H20, o cloruro de calcio anhidro, CaCI2  Glicerina  Solución de formaldehído  Agua destilada o desmineralizada Para su preparación se disuelven 219 ± 2 g de cloruro de calcio cristalino (219g de CaCI2.6H2O equivalen a 111g de CaCI2) en 350 ± 50ml de agua destilada o desmineralizada, se enfría a temperatura ambiente y si es necesario, se fi ltra con un papel de fi ltro de poro medio. Se añaden 480 ± 5g de glicerina y 12,5 ± 0,5g de solución de formaldehído,

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o



se diluye hasta 1I con agua destilada o desmineralizada, mezclando enérgicamente. No obstante, existen empresas que suministran la solución concentrada, preparada para su uso. Se recomienda conservar la solución concentrada en frascos de vidrio o de plástico y protegidos de la luz. Solución Lavadora: Se prepara añadiendo (125 ± 1) ml de solución concentrada en agua destilada o desmineralizada hasta alcanzar un volumen total de (5000 ± 10) ml. Consideraciones a tener en cuenta:  Antes de preparar la disolución lavadora, es conveniente sacudir enérgicamente la solución concentrada.  Enjuagar varias veces el recipiente con agua destilada y verter el agua empleada en el matraz de 5l antes de la dilución para obtener 5l.  La solución lavadora no debe emplearse 28 días después de su preparación, o si se pone turbia o si se observa la formación de moho.

Preparación de la muestra de ensayo La muestra reducida debe tamizarse por el tamiz de 2 mm, desechando el rechazo sobre el tamiz. Se recomienda una masa mínima para la ejecución del ensayo de 650-700 g, de los que unos 350 g se destinan al ensayo y el resto a la determinación de la humedad de la muestra. La humedad de la muestra de ensayo debe conservarse, manteniéndola, por ejemplo, encerrada en una bolsa de plástico hermética. Para la determinación del contenido en humedad se recomienda operar del siguiente modo: o Pesar 2 submuestras de 130-140 g, colocándolas sobre bandejas y anotando su masa (mh). o Meterlas en estufa a (110 + 5) ºC hasta masa constante (diferencia entre dos masas consecutivas en el transcurso de 1 hora inferior al 0,1 %). o Pesar las submuestras una vez secas (ms), determinando la humedad como el valor medio de humedad de ambas. Si la humedad de la muestra reducida y tamizada es superior a la indicada, debe reducirse la muestra encerrada en la bolsa mediante su permanencia en la sala de ensayo (acondicionada a una temperatura de (23 + 3) ºC) hasta que sea inferior al 2 %, pero nunca en una estufa. La masa de cada submuestra, procedente de la bolsa hermética, se calcula redondeando al gramo más próximo en la siguiente expresión:

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Si se realiza el ensayo sobre la fracción 0/4 mm, el procedimiento es el mismo, pero el contenido en humedad tiene que ser inferior al 8 % en lugar del 2 %. 





Llenado de las probetas graduadas: Se sifona la disolución lavadora en una probeta graduada hasta alcanzar la marca inferior de la misma. Se vierte la submuestra con la ayuda del embudo en la probeta, manteniéndola en posición vertical. Se golpea varias veces la base de cada probeta sobre la palma de la mano para desalojar las burbujas de aire y favorecer el contacto total de la disolución con la submuestra. Se pone en marcha el cronómetro, dejando reposar la probeta durante (10 ± 1) min. para remojar la submuestra. Agitación de las probetas Transcurridos 10 min., se tapa la probeta con un tapón de caucho y se fija en la máquina de agitación, agitando la probeta durante (30 ± 1) seg. se vuelve a colocar en la mesa de ensayos, en posición vertical. Lavado Se quita el tapón de caucho de la probeta y se lava sobre la misma disolución, para asegurar que todo el material caiga dentro de la probeta. Se introduce el tubo lavador en la probeta, enjuagando, en primer lugar, las paredes de la misma con la disolución lavadora, y a continuación, se empuja el tubo hacia abajo, a través del sedimento, hasta el fondo de la probeta. Se mantiene la probeta en posición vertical dejando que la solución lavadora agite el contenido y favorezca la subida de los finos y los componentes arcillosos, aplicando a la probeta un movimiento lento de rotación.

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

Cuando el nivel de líquido se aproxime a la marca superior, se levanta lentamente el tubo lavador y se regula el caudal para que el nivel alcance exactamente la marca superior de la probeta, retirando por completo el tubo lavador y poniendo en marcha el cronómetro. Se deja reposar la probeta durante (20 ± 0,25) min. en un lugar sin perturbaciones ni vibraciones. Medidas Transcurrido el periodo de reposo, se mide con la regla la altura h1 del nivel superior del floculado con relación a la base de la probeta. Se baja suavemente el pistón en la probeta hasta que su pie repose sobre el sedimento, operación durante la cual el disco deslizante no debe bloquear la varilla del pistón, quedando en contacto con la parte superior de la probeta. Se determina la altura del sedimento h2, midiendo la distancia entre la cara inferior del lastre cilíndrico del pistón y la cara superior del disco, introduciendo la regla graduada en la ranura de éste último. Se anotan las alturas h1 y h2, redondeadas al milímetro más próximo. Se repite el mismo proceso de ensayo con la segunda submuestra. Pese a que la norma permite la ejecución simultánea de ambas probetas, se recomienda que se ejecuten desfasadas en el tiempo para disminuir la dispersión en el resultado final.

Calculo y expresiones de resultado Se calcula para cada probeta la expresión:

De manera que si ambos valores difieren en más de 4 unidades, no se dará por finalizado el ensayo, debiendo repetirse por completo.

Si se realiza el ensayo sobre la fracción 0/4mm, el procedimiento es el mismo pero al valor del equivalente de arena se le denomina SE4.

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N.-ENSAYOS DE DUREZA DEL AGREGADO LOS ÁNGELES OBJETIVO Se refiere al procedimiento que se debe seguir para realizar el ensayo de desgaste de los agregados gruesos hasta de 37.5 mm (1 ½") por medio de la máquina de Los Ángeles. El método se emplea para determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando la citada máquina con una carga abrasiva. Para la abrasión de agregados gruesos. Ver anexo. APARATOS Y MATERIALES    

Balanza, que permita la determinación del peso con aproximación de 1 g. Estufa, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ±5 °C (230 ±9 °F). Tamices. Máquina de Los Ángeles: la máquina para el ensayo de desgaste de Los Ángeles tendrá las características que se indican en la Figura 1. Consiste en un cilindro hueco, de acero, con una longitud interior de 508 ± 5 mm (20 ± 0.2") y un diámetro, también interior, de 711 ± 5 mm (28 ± 0.2").

Dicho cilindro lleva sus extremos cerrados y en el centro de cada extremo un eje, que no penetra en su interior, quedando el cilindro montado de modo que pueda girar en posición horizontal alrededor de este eje. El cilindro estará provisto de una abertura, para introducir la muestra que se desea ensayar, y un entrepaño, para conseguir la rotación de la mezcla y de la carga abrasiva. La abertura podrá cerrarse por medio de una tapa con empaquetadura que impida la salida del polvo, fijada por medio de pernos. La tapa se diseñará de manera tal que se mantenga el contorno cilíndrico interior. El entrepaño se coloca de modo que la carga no caiga sobre la tapa durante el ensayo, ni se ponga en contacto con ella en ningún momento. El entrepaño será desmontable, de acero, ocupando longitudinalmente toda una generatriz del cilindro y se proyectará radialmente, y hacia el centro de la sección circular del cilindro, en longitud de 89 ± 2 mm (3,5 ± 0.1"). Tendrá un espesor tal que permita montarlo por medio de pernos u otro medio apropiado, de forma que quede instalado de un modo firme y rígido. La distancia del entrepaño a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia del cilindro y en el sentido de la rotación, será mayor de 1.27 m (50").

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La superficie del entrepaño de la máquina de Los Ángeles está sometida a un fuerte desgaste y al impacto de las bolas, originándose en ella un relieve a una distancia aproximadamente de 32 mm (1 ¼") desde la unión del entrepaño con la superficie interior del cilindro. Si el entrepaño está hecho de una sección angular, no solamente puede formarse este relieve, sino que aquél se puede llegar a doblar longitudinal o transversalmente y con respecto a su correcta disposición, por lo cual debe ser revisado periódicamente. Si se observa alguno de estos defectos, el entrepaño debe ser reparado o reemplazado antes de realizar nuevos ensayos. La influencia de todos estos factores sobre los resultados del ensayo no es conocida; sin embargo, para uniformar las condiciones de ensayo se recomienda eliminar el relieve formado cuando su altura sea superior a 2 mm (0.1"). La máquina será accionada y contrabalanceada en forma tal, que debe mantener la velocidad periférica básicamente uniforme. La pérdida de velocidad y el deslizamiento del mecanismo de transmisión son causa frecuente de que los resultados del ensayo no coincidan con los obtenidos en otra máquina de desgaste de Los Ángeles con velocidad periférica constante. Carga abrasiva. La carga abrasiva consistirá en esferas de acero o de fundición, de un diámetro entre 46.38 mm (1 13/16") y 47.63 mm (1 7/8") y un peso comprendido entre 390 g y 445 g. La carga abrasiva dependerá de la granulometría de ensayo, A, B, C o D, de acuerdo con la Tabla 1 siguiente: Tabla 1 Granulometría de ensayo

Número de esferas

Peso Total g

A

12

5000 ± 25

B

11

4584 ± 25

C

8

3330 ± 20

D

6

2500 ± 15

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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA La muestra consistirá en agregado limpio por lavado y secado en horno a una temperatura constante comprendida entre 105 y 110 °C (221 a 230°'F), separada por fracciones de cada tamaño y recombinadas con una de las granulometrías indicadas en la Tabla 2. La granulometría o granulometrías elegidas serán representativas del agregado tal y como va a ser utilizado en la obra. La muestra antes de ensayada deberá ser pesada con aproximación de 1 g. Tabla 2 Granulometría de la muestra de agregado para ensayo

Retenido en tamiz Pesos y granulometrías de la muestra para ensayo (g) Pasa tamiz mm (alt.) 37,5 (1 1/2") 25,0 (1") 19,0 ( 3/4") 12,5 ( 1/2")

mm -25,0 -19,0 -12,5 -9,5

(alt.) (1") (3/4") (1/2") (3/8")

9,5 6,3

-6,3 -4,75

(1/4") (N° 4)

-2,36

(N° 8)

(3/8") (1 1/4")

4,75 (N° 4) TOTALES

A 1250 ± 25 1250 ± 25 1250 ± 10 1250 ± 10

B

C

D

2500 ± 10 2500 ± 10 2500 ± 10 2500 ± 10

5000 ± 10

2500 ± 10

5000 ± 10

5000 ± 10 5000 ± 10

Cuando se triture la muestra en el laboratorio, se hará constar esto en el informe, debido a la influencia que tiene la forma de las partículas en el resultado del ensayo. PROCEDIMIENTO Ejecución del ensayo. La muestra y la carga abrasiva correspondiente, se colocan en la máquina de Los Ángeles, y se hace girar el cilindro a una velocidad comprendida entre 30 y 33 rpm; el número total de vueltas deberá ser 500. La máquina deberá girar de manera uniforme para mantener una velocidad periférica prácticamente constante. Una vez cumplido el número de vueltas prescrito, se descarga el material del cilindro y se procede con una separación preliminar de la muestra ensayada, en el tamiz # 12. La fracción fina que pasa, se tamiza a continuación empleando el tamiz de 1.70 mm (No. 12). El material más grueso que el tamiz de 1.70 mm (No. 12) se lava, se seca en el horno, a una temperatura comprendida entre 105 a 110 °C (221 a 230 °F), hasta peso constante, y se pesa con precisión de 1 g. Cuando el agregado esté libre de costras o de polvo, puede eliminarse la exigencia del lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del lavado posterior, rara vez reducirá la pérdida medida, en más del 0.2% del peso de la muestra original.

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RESULTADOS El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original y el peso final de la muestra ensayada, expresado como tanto por ciento del peso original. El resultado del ensayo (% desgaste) recibe el nombre de coeficiente de desgaste de Los Ángeles. Calcúlese tal valor así: % Desgaste = 100 (P1 - P2) / P1 P1 = Peso muestra seca antes del ensayo. P2 = Peso muestra seca después del ensayo, previo lavado sobre tamiz de 1.70 mm (No. 12). PRECISIÓN Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (¾"), con porcentajes de pérdida entre 10 y 45%, el coeficiente de variación entre resultados de varios laboratorios, es del 4.5%. Entonces, resultados de dos ensayos bien ejecutados, por dos laboratorios diferentes, sobre muestras del mismo agregado grueso, no deberán diferir el uno del otro en más del 12.7% de su promedio. El coeficiente de variación de operadores individuales, se encontró que es del 2%. Entonces, los resultados de dos ensayos bien ejecutados sobre el mismo agregado grueso, no deberán diferir, el uno del otro, en más del 5.7% de su promedio. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS GRUESOS DE TAMAÑOS MAYORES DE 19 mm ( 3 /4”) POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES OBJETO Esta norma tiene por objeto establecer el método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste de agregados gruesos, de tamaños mayores de 19 mm ( 3 /4”), mediante la máquina de Los Angeles. APARATOS    

Balanzas, que midan el peso con una aproximación de 1 g. Horno, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Tamices. Máquina de Los Angeles, la cual debe cumplir con los requisitos establecidos.

Carga abrasiva. La carga abrasiva estará formada por 12 esferas de fundición o de acero, con un diámetro entre 46.038 mm (1 13 /16”) y 47.625 mm (1 7 /8”), y con un peso entre 390 y 445 g cada una. El peso total deberá ser de 5000 ± 25 g. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA La muestra destinada al ensayo se obtendrá separando mediante tamizado las distintas fracciones del agregado.

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Se lavarán separadamente las fracciones y luego se introducirán en un horno, a una temperatura entre 105 y 110 °C (221 y 230 °F), hasta que su peso sea constante. Se elegirá en la Tabla 1 la gradación más parecida al agregado que se va a usar en la obra. Se tomarán los pesos de las fracciones indicadas en dicha tabla, de acuerdo con la granulometría elegida, hasta completar aproximadamente 10000 g de muestra y se mezclarán. Cuando se triture la muestra en el laboratorio se hará constar esto en el informe, debido a la influencia que tiene la forma de las partículas en el resultado del ensayo. Tabla 1

Pesos y granulometrías de la muestra para el ensayo (g)

Tamaño del tamiz Pasa

Retiene

E

75 mm (3”)

63 mm (2 1/2”)

2500 ± 50

63 mm (2 1/2”)

50 mm (2”)

2500 ± 50

50 mm (2”)

37,5 mm (1 1/2”)

5000 ± 50

37,5 mm (1 1/2”)

25 mm (1”)

10000 ± 100

25 mm (1”) PROCEDIMIENTO

19 mm (3/4”)

F

G

10000 ± 75

10000 ± 50

5000 ± 50

5000 ± 25

5000 ± 25 5000 ± 25 Se pesan aproximadamente 10000 g de muestra seca, preparada como se indica en la Tabla 1, con una precisión de 5 g y se colocan junto con la carga abrasiva dentro del cilindro, haciéndolo girar con una velocidad entre 30 y 33 rpm (188 y 208 rad/min), hasta completar 1000 vueltas. La velocidad angular debe ser constante. Se descarga el material de la máquina y se hace una separación preliminar de la muestra sobre un tamiz más grueso que el de 1.7 mm (N° 12). Se tamiza la porción más fina conforme a lo establecido en la norma MTC E207. El material más grueso se lava y se seca a temperatura de 105 a 110 °C (221 a 230 °F) hasta peso constante, con aproximación a 5 g. Si el agregado está libre de costras o de polvo, puede eliminarse la exigencia de lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del lavado posterior rara vez reducirá la pérdida medida en más de 0.2% del peso de la muestra original. Se puede obtener una valiosa información sobre la uniformidad de la muestra que se está ensayando, determinando la pérdida después de 200 revoluciones. Al efectuar esta determinación no se debe lavar el material retenido en el tamiz de 1.7 mm (N° 12). La relación de pérdida después de 200 revoluciones a pérdida después de 1000 revoluciones, no debería exceder en más de 0.20 para materiales de dureza

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uniforme. Cuando se realice esta determinación se procurará evitar toda pérdida de muestra; la muestra total, incluido el polvo producido por el desgaste, se vuelve a introducir en la máquina hasta completar las 1000 revoluciones requeridas para terminar el ensayo. RESULTADOS La diferencia entre el peso inicial de la muestra seca y el peso del material seco retenido en el tamiz de 1.70 mm (N° 12), expresada como porcentaje del peso inicial, será el desgaste de la muestra. PRECISION Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (3/4”), con porcentajes de pérdida entre 10 y 45%, el coeficiente de variación entre resultados de varios laboratorios, es del 4.5%. Entonces, resultados de dos ensayos bien ejecutados, por dos laboratorios diferentes, sobre muestras del mismo agregado grueso, no deberán diferir el uno del otro en más de 12.7% de su promedio. El coeficiente de variación de operadores individuales, se encontró que es del 2%. Entonces, los resultados de dos ensayos bien ejecutados sobre el mismo agregado grueso, no deberán diferir, el uno del otro en más del 5.7% de su promedio.

Ñ.-ENSAYOS DE SALES Y SULFATOS SALES SOLUBLES EN AGREGADOS PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES MTC E 219 – 2000 OBJETIVO Establece el procedimiento analítico de cristalización para determinar el contenido de cloruros y sulfatos, solubles en agua, de los agregados pétreos empleados en bases mezclas bituminosas. Este método sirve para efectuar controles en obra, debido a la rapidez de visualización y cuantificación de la existencia de sales. RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO Una muestra de agregado pétreo se somete a continuos lavados con agua destilada a ebullición, hasta la total de sales. La presencia de éstas, se detecta mediante reactivos químicos, los cuales, al menor indicio de sales forman precipitados fácilmente visibles. Del agua total de lavado, se toma una parte alícuota y se procede a cristalizar para determinar la cantidad de sales presentes. APARATOS, MATERIALES Y REACTIVOS      

Balanza sensibilidad 0,01 gramo Mecheros Matraces aforados Vasos de precipitado Pipetas Solución de Nitrato de Plata

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica    

Solución de Cloruro de Bario Agua destilada Estufa Tubos de ensayo.

EXTRACCION Y ACONDICIONAMIENTO DE LA MUESTRA La muestra se debe extraer y preparar previamente. La cantidad de muestra debe ajustarse a la siguiente tabla: Agregado pétreo

Cantidad mínima (g)

Aforo mínimo (ml)

Grava 50 – 20 mm

1,000

500

Grava 20 – 5 mm Arena 5 mm

500 100

500 500

PROCEDIMIENTO a) b) c) d)

e) f)

g) h)

Secar la muestra en horno a 110 ± 5ºC hasta peso constante, aproximado a 0,01 gramo, registrando esta masa como A. Colocar la muestra en un vaso de precipitado, agregar agua destilada en volumen suficiente para cubrir unos 3 cm sobre el nivel de la muestra y calentar hasta ebullición. Agitar durante 1 minuto. Repetir la agitación, a intervalos regulares, hasta completar cuatro agitaciones en un periodo de 10 minutos. Decantar mínimo 10 minutos hasta que el líquido se aprecie transparente, y trasvasijar el líquido sobrenadante a otro vaso. Determinar en forma separada, en dos tubos de ensayo, las sales solubles con los respectivos reactivos químicos. La presencia de cloruros se detecta con unas gotas de Nitrato de Plata formándose un precipitado blanco de Cloruro de Plata, la de sulfatos con unas gotas de cloruro de Bario dando un precipitado blanco de Sulfato de Bario. Repetir los pasos b) a d) hasta que no se detecte presencia de sales, juntando los líquidos sobrenadantes. Todos los líquidos sobrenadantes acumulados, una vez enfriados, se vacían a un matraz aforado y se enrasa con agua destilada. En caso de tener un volumen superior, concentrar mediante evaporación. Registrar el aforo como B. Tomar una alicuota de un volumen entre 50 y 100 ml, de la muestra previamente homogenetizada, del matraz aforado y registrar su volumen como C. Cristalizar la alícuota en un horno a 100 ± 5ºC, hasta masa constante y registrar dicha masa como D.

INFORME Se informa el porcentaje de sales solubles, calculado mediante la siguiente relación:

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica O.-ENSAYOS PARA OBTENER EL MÓDULO DE RESILIENCIA 21 MÓDULO DE RESILIENCIA EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS MTC E 128

22 Definición Cuando los materiales que conforman la sección estructural de un pavimento se ven sometidos a un gran número de aplicaciones de carga, es decir son afectados por esfuerzos de fatiga, debido a repetidas solicitaciones, estos materiales empiezan a fracturarse o bien a acumular deformaciones dependiendo de su rigidez inicial, y esta es la principal causa del deterioro observado en la superficie de los pavimentos. De hecho, podemos mencionar que dichos agrietamientos y deformaciones aparecen para esfuerzos muy por debajo de los que se supone debería resistir el material por si mismo. Debido al paso por de los vehículos por la superficie de rodamiento de un pavimento, esta empieza a distribuir los esfuerzos hacia las capas inferiores, las cuales, por esta razón se ven sujetas a esfuerzos cíclicos de compresión c y luego de tensión t los cuales van provocando deformaciones en toda la estructura del pavimento. La curva esfuerzo-deformación obtenida en un espécimen de material de los que constituyen generalmente un pavimento , ya sea concreto asfáltico o hidráulico, algún material granular o un suelo cohesivo es cualitativamente la representada en la figura 1. En dicha gráfica podemos observar que después de descargar gradualmente el espécimen casi toda la deformación a que se vio sometida la muestra se recupera, sin embargo existe una pequeña deformación permanente, la cual al someter la muestra a un numero N de ciclos de carga y descarga se va acumulando, aunque dicha deformación permanente es cada ciclo consecutivo cada vez va siendo menor hasta llegar al ciclo N donde prácticamente se recupera toda la deformación. Aún así debido a que el material describe prácticamente la misma curva y que la deformación permanente es muy pequeña, se considera para fines de análisis que el comportamiento de los materiales es fundamentalmente elástico durante cada ciclo de carga y por lo tanto se le puede caracterizar con el denominado módulo de resiliencia. El módulo de resiliencia queda definido entonces en forma análoga al módulo de young y se expresa con la siguiente ecuación:

Mr 

σ1  σ 3  εr



σd εr

Donde: σ1 es el esfuerzo principal mayor

σ2 es el esfuerzo principal mayor σd es el esfuerzo principal mayor

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εr es la deformación recuperable.

Mi

Esfuerzo desviador

M1

Mr

deformación permanente después de 1 ciclo deformación acumulada después de N ciclos

Figura 1. Curva esfuerzo-deformación representativa del comportamiento de materiales sometidos a carga cíclica

Debido a que después de la aplicación un gran numero de ciclos, para los niveles usuales de esfuerzos en pavimentos, se alcanza un estado perfectamente resiliente, en que cualquier deformación adicional es recuperable, es usual que se haga uso de las teorías de Burmister, para el análisis de esfuerzos en pavimentos, suponiendo que las capas son elásticas, y se utiliza como módulo de young los valores obtenidos de módulo de resiliencia obtenidos a partir de ensayes triaxiales cíclicos para cada capa Factores que afectan el módulo de resiliencia en suelos cohesivos Es muy importante señalar que, mediante estudios realizados a varios materiales constituyentes de la estructura de pavimentos bajo diferentes circunstancias, se ha observado que el módulo de resiliencia no es una propiedad constante para un tipo de suelo, sino que depende de varios factores que a continuación se mencionan: a. Número de aplicaciones del esfuerzo Después de someter varios especimenes de arcilla compactada a pruebas de módulo de resiliencia se observo lo siguiente: Al someter una muestra de arcilla compactada con un peso volumétrico seco de 14.05 kN/m 3 y un contenido de agua del 28.70% existe una variación importante en el módulo de resiliencia conforme se le van aplicando gradualmente un mayor número de cargas cíclicas, sin embargo como se puede notar en la figura 2 parece que el módulo resiliente alcanza un valor constante a partir de un gran numero de ciclos.

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Algo que hay que comentar es que, no obstante se han utilizado varias formas de pulsaciones para representar el comportamiento de un pavimento ante cargas móviles, es recomendable utilizar una onda de tipo senoidal con un tiempo de aplicación de 0.1 seg y 0.9 seg de tiempo de reposo.

Módulo de deformación resiliente kg/cm2

1000 800 w=28.70%

600

d=14.05KN/m3

400 200 5000

10000

15000

Numero de ciclos

Figura 2. variación del módulo de resiliencia con el número de ciclos b. Tixotropía En estudios previos realizados sobre arcillas compactadas se encontró que a altos grados de saturación, particularmente para métodos de compactación que inducen cortantes en el suelo, estas muestran un gran incremento en su resistencia sobre todo si se les permite un periodo de reposo. Este incremento en la resistencia se le ha atribuido a la tixotropía propia de las arcillas y al cambio progresivo en el arreglo de las partículas y las presiones de poro de agua dentro de un suelo en un tiempo prolongado. La tixotropía es una propiedad reológica que se presenta cuando la velocidad de deformación decrece inmediatamente, hasta hacerse constante, pero antes de esto produce una disminución considerable en la resistencia a la deformación, que hace que la velocidad de deformación aumente cada vez que se le vuelven a aplicar esfuerzos. En cuanto a las presiones de poro hay que tener presente que en un suelo sometido a esfuerzos que tanto la fase sólida como la liquida no actuad por separado, de manera que se acumulan los efectos ocasionados en cada una, por lo que es evidente que el suelo tendrá un comportamiento muy complejo cada vez que se vea sometido a esfuerzos. En la siguiente ilustración se puede observar los efectos de la tixotropía en las características resilientes para arcillas compactadas.

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Módulo de deformación resiliente lb/in2

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5000 Intervalo entre compactación y prueba: 50 dias

4000 3000 14 dias

2000

3 dias 21 hrs

1000 0

18 min

7 hrs

10 1000 10000 100 Numero de aplicaciones

100000

figura 3. efecto de la tixotropía en el módulo de resiliencia del suelo de subrasante (AASHO).

En un trabajo realizado en 1962 se reportaron muestras que fueron preparadas con características semejantes y que fueron ensayadas a intervalos de 15 minutos, 7 horas, 21 horas, 3 días, 14 días y 50 días después de la compactación. Se puede notar que el efecto de la tixotropía en el modulo de resiliencia varia con el número de aplicaciones, de la figura 3 podemos observar que para menos de 10000 aplicaciones, el incremento en el tiempo de almacenamiento entre la compactación y la prueba tiene un gran efecto en el módulo resiliente haciendo que para mayores periodos de almacenamiento este módulo sea más grande, aunque va disminuyendo conforme aumenta el número de aplicaciones, hasta llegar a las 10000 aplicaciones donde después de esto el periodo de almacenamiento ya no causa efectos importantes en el la resiliencia. Este efecto se cree que se debe a que las deformaciones inducidas por la carga repetida progresivamente destruyen en gran medida la resistencia ganada. Pero debemos notar que para números pequeños de repeticiones el incremento en el módulo de resiliencia es muy importante de acuerdo al tiempo de almacenamiento, por ejemplo de la misma figura podemos ver que para muestras probadas un días después de la compactación y muestras probadas para 50 días después de la compactación hay diferencias hasta de 300 o 400%.

c. Magnitud del esfuerzo desviador El esfuerzo desviador tiene una marcada influencia en el módulo de resiliencia, el cual es obvio, puesto que se encuentra implícito en su definición. Se probo una muestra de arcilla compactad con un contenido de agua de 29.9% y un peso volumétrico de 13.93kN/m3. Los resultados obtenidos para esta muestra se encuentran en la figura 4.

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300000

Módulo de resiliencia (KPa)

3=41.4KPa

w=29.9% d=13.93KN/m3

250000 3=27.6KPa

200000 3=13.8KPa

150000 100000 50000 10

20

30

40

50

60

70

80

Esfuerzo desviador (KPa) Figura 4. efecto de la magnitud del esfuerzo desviador en el módulo de resiliencia. En la figura anterior podemos notar la clara influencia ya comentada que tiene el esfuerzo desviador en la resiliencia, donde se ven los módulos obtenidos para arcillas sometidos a esfuerzos principales mayor de 41.4, 27.6 y 13.8 KPa, los cuales se mantenían constantes. De lo anterior deducimos que se debe establecer una magnitud para el esfuerzo desviador, de manera que el módulo de resiliencia sea correctamente interpretado, pero debemos señalar que la magnitud de los esfuerzos principales también tienen cierta influencia. En la figura se observa que conforme se incrementa el esfuerzo desviador, las diferencias en el módulo de resiliencia para diferentes magnitudes de esfuerzos principales disminuyen, es por eso que generalmente se utiliza un esfuerzo desviador de 69 kPa (10 psi) para obtener el módulo, sin embargo lo más adecuado sería evaluar el estado de esfuerzos que estará presente en la subrasante.

d. Método de compactación Los estudios realizados sobre arcillas han demostrado que el método de compactación aplicado tiene un marcado efecto sobre el acomodo de las partículas de la muestra arcillosa. Parece ser que la estructura adoptada es debida principalmente al cortante inducido en el suelo durante el proceso de compactación. Como ejemplo podemos mencionar que para muestras compactadas a bajos grados de saturación no hay una deformación apreciable inducida por el método de compactación y las partículas de arcilla asumen un arreglo al azar, adquiriendo una estructura floculada. Pero cuando las muestra son compactadas a altos grados de saturación (más de 85%), como ocurre en el lado húmedo de la curva de compactación, la resistencia al esfuerzo cortante inducida durante la compactación puede variar CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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considerablemente. En suelos compactados por medio de amasado, el pisón que penetra en el suelo causa el levantamiento adyacente de la superficie del suelo como resultado de las deformaciones, y se tiende a adquirir una estructura dispersa, es decir, con las partículas alineadas en forma paralela. Y si ese mismo suelo se compacta por un método estático, de manera que no exista posibilidad de que se produzcan desplazamientos laterales, las partículas conservarán su estructura floculada. Si comparamos la resistencia a la compresión simple obtenida en muestras de arcilla compactadas (del lado seco) con métodos estáticos y por amasado, la diferencia no será significativa, sin embargo para las mismas muestras pero para altos grados de saturación la resistencia presenta gran variación. En la figura 5 se observan los valores de módulo resiliente desarrollados a 60000 aplicaciones. Se ven claras diferencias en el módulo para contenidos de agua entre 16 y 18% Módulo de deformación resiliente a 96000 ciclos (psi)

6500 5500 compactación estática

4500 3500

linea de óptima compactación por amasado

2500 1500 500 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Contenido de agua (%)

12 13 14

15 16 17

Peso espécifico seco (lb/ft)

122 118 114 110 106 102 98 94 18

19 20 21 22 23 24

Contenido de agua (%)

Figura 5. Efecto del método de compactación en las características de resiliencia.

e. Grado de compactación y contenido de agua En un estudio realizado a 35 muestras de arcilla de alta compresibilidad con pesos volumétricos entre 12 y 15 kN/m3 y contenidos de agua entre 14 y 36%. Estas muestras se sometieron a 20000 ciclos con un esfuerzo desviador de 69 kPa y una presión de confinamiento de 13.8 kPa.

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El módulo de resiliencia presentó un rango de variación comprendido entre 33800 y 186000 kPa, para los rangos de contenido de agua y peso especifico seco utilizadosSe tomo como base los datos obtenidos de módulo de resiliencia para construir líneas isocaracterísticas de igual valor de módulo resiliente y de esta manera observar su comportamiento en el espacio de compactación. Dicho comportamiento lo podemos apreciar en la figura 7.

En esta figura se puede notar que la 105aturaci del módulo de resiliencia para un valor de contenido de agua, aumenta con el peso especifico hasta cierto valor y 105aturac disminuye para grados de 105aturación elevados, sobre todo cuando sobrepasa a los contenidos óptimos de compactación.

Peso volumetrico seco (kN/m)

Figura 6. líneas isocaracterísticas para las condiciones de d = 69 kPa y d = 13.8 kPa 16 60% 70% 80% 90% 95%

Gw=100%

15 14

230000KPa 205000 180000

13 12

155000 130000 106000

11 12

90000

17

22

55000

27

30000

32

37

42

Contenido de agua (%) Líneas isocaracterísticas para las condiciones deeld=69KPa y KPa Factores que afectan módulo de resiliencia en materiales granulares a. Tipo de material Musharraf et al (1994) llevarón a cabo estudios con seis tipos de agregados, que consistieron en tres calizas, una arenisca, un granito y una riolita, que son los más comúnmente usados en la construcción de pavimentos de carreteras en el estado norteamericano de Oklahoma. En la figura 7 se presentan los resultados de ese estudio, se pueden ver los valores obtenidos de módulo de resiliencia para cada material dependiendo de la suma de esfuerzos principales aplicados. Se pueden apreciar la variación en el módulo de resiliencia con diferentes estados de esfuerzo, así como las debidas al propio material, que pueden variar entre 20 y 50%

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Módulo de resiliencia en MPa

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250 200 150

Murray Johnston Choctaw Creek Cherokee Comanche

100 50 0 0

150 300 450 600 Suma de esfuerzos verticales en KPa

750

Figura 7. Módulo de resiliencia dependiendo del tipo de material. b. Magnitud del esfuerzo aplicado Para estudiar los efectos de este factor en el valor del módulo de resiliencia se realizaron pruebas a cuatro muestras de diferente granulometría. Las curvas mostradas en la figura 8 que se identifican como GW1 y GW2 corresponden a materiales bien graduados. Debemos mencionar que la mayor parte de la curva granulométrica GW1 se localiza en la zona 1 especificada por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) y está totalmente dentro de la zona 1 que recomienda el Instituto Mexicano del Transporte (IMT). En cuanto a las curvas de GP1 y GP2 corresponden a materiales uniformes, los cuales se localizan fuera de las zopnas recomendadas por la SCT y el IMT De los resultados obtenidos se dedujo que el valor de módulo de resiliencia que alcanza un material granular en el momento en que la deformación recuperable llega a un valor estable, aumenta a razón directa al nivel de esfuerzo aplicado. La conclusión mencionada en el parrafo anterior puede entenderse mejor si se observa la figura 9, la cual fue elaborada con resultados de prueba de carga cíclica en tres muestras de igual granulometría, sometidas a esfuerzos ciclicos de 277547 y 1114 kPa.

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% que pasa

100 80 60 40 GW1

20 0

GP2 GW2

0.01

0.1

GP1

1

10

100

Tamaño en mm 22.1.1 Figura 8. Curvas granulométricas de los materiales estudiados

Modulo de resiliencia en MPa

400

300 11.14KPa 200 54.7KPa 100 277KPa 0 0

20000

40000 60000 Número de aplicaciones

80000

100000

Figura 9 Evolución de Mr con el número de ciclos. Por otro lado, cabe señalar que el módulo de resiliencia también fue estudiado para distintos niveles de esfuerzo aplicado, en las cuatro granulometrías, y es conveniente que observemos los resultados obtenidos, los cuales aparecen en la figura 10.

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figura 10. Evolución del Mr con el nivel de esfuerzos aplicados.

Módulo resiliente en MPa

400 300

GW2

GW1

GP2 200 GP1 100 0

200

800 400 600 1000 Esfuerzo aplicado en KPa

1200

c. Contenido de agua En la figura 11 podemos observar los resultados de módulo de resiliencia obtenidos al variar los contenidos de agua en 2% por abajo y por arriba del contenido óptimo de humedad de compactación. Se observa que excepto para niveles de esfuerzos muy pequeños el módulo resiliente disminuye en forma inversamente proporcional al contenido de agua Thompson reportó que para granulometrías con diferencias menores a las permisibles de material menor de 0.075mm, se tienen pequeñas diferncias en el módulo de resiliencia, pero para materiales de granulometría más abierta, con pocos finos, son materiales menos sensibles a la humedad y constituyen bases granulares de mejor comportamiento.

Utilización del Módulo de Resiliencia Son varias las metodologías que utilizan el módulo de resiliencia como un factor determinante de las propiedades de los materiales con que se va construir un pavimento, y por lo tanto lo incluyen en el análisis y diseño, ya sea para pavimentos rigidos o flexibles. 

Método AASHTO Es la propiedad fundamental para caracterizar los suelos de la subrasante. Aunque esta estipulado en la guia de 1986, aun quedan muchos cuestionamientos sobre metodos de prueba, equipo, entre otros, incluso el valor que debe considerarse y el esfuerzo que se debe aplicar a ciertos tipos de materiales.

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Métodos mecanicistas Caracteriza a los materiales que conformaran las capas del pavimento, considerándolo como una propiedad de elasticidad del suelo, la cual considera las características no lineales en su comportamiento, sobre todo respecto a su dependencia al nivel de esfuerzo.

P.-ENSAYO DE DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS. Es el porcentaje de pérdida de material en una mezcla de agregados durante el ensayo de durabilidad de los agregados sometidos al ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio. Este ensayo estima la resistencia del agregado al deterioro por acción de los agentes climáticos durante la vida útil de la obra. Puede aplicarse tanto en agregado grueso como fino. Objetivo: Determinar la resistencia a la desintegración de los agregados por la acción de soluciones de sulfato de sodio o de magnesio. Equipos de Laboratorio - Tamices Para ensayar agregado grueso: 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2” y 2½” Para ensayar agregado fino: Nº 50, Nº 30, Nº 16, Nº 8 y Nº 4 - Recipientes. Cestas de mallas metálicas que permiten sumergir las muestras en la solución utilizada, facilitando el flujo de la solución e impidiendo la salida de las partículas del agregado. El volumen de la solución en la cual se sumergen las muestras será, por lo menos, cinco veces el volumen de la muestra sumergida. - Balanzas. Capacidad de 500 gr. y sensibilidad de 0.1 gr. para el caso del agregado fino y otro de capacidad no menor a 5000 gr. y sensibilidad de 1 gr. para el caso del agregado grueso - Horno. Capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5ºC. Preparación de las Soluciones 1. Solución de Sulfato de Sodio de forma anhidra (Na2SO4), disolver 350 gr.; en caso de utilizar sulfato de sodio hidratado (Na2SO4.10H2O), disolver 750 gr. en un litro de agua a la temperatura de 25 a 30ºC. Dejar reposar la preparación por 48 horas a 21 ± 1ºC, antes de su empleo. Al concluir el período de reposo deberá tener un peso específico entre 1.151 y 1.174 gr/cm3. La solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso específico. 2. Solución de Sulfato de Magnesio de forma anhidra (MgSO4), disolver 400 gr.; en caso de utilizar sulfato de magnesio hidratado (MgSO4.7H2O), disolver 1400 gr. en un litro de agua a la temperatura de 25 a 30ºC. Dejar reposar la preparación por 48 horas a 21±1ºC, antes de su empleo. Al concluir el período de reposo deberá tener un peso específico entre 1.295 y 1.302 gr/cm3. La solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso específico. *Se utiliza esas medidas debido que estas sales no son completamente estables y es preferible que haya un exceso de cristales en la solución.

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Preparación de las Muestras Agregado fino. La muestra deberá pasar el tamiz 3/8” y ser retenido en la malla Nº50. Cada fracción de la muestra comprendida entre los tamices que se indican a continuación debe ser por lo menos de 100 gramos. Se consideran solamente las fracciones que están contenidas en 5% o más de los tamices indicados: Tabla N°1 Pasa Retiene malla malla 3/8” N°4 N°4 N°8 N°8 N°16 N°16 N°30 N°30 N°50 Lavar la muestra sobre la malla Nº50, secarlas en el horno a una temperatura de 110 ± 5ºC, separarlos en los diferentes tamices especificados anteriormente. Tomar 120 gr. de cada una de las fracciones, para poder obtener 100 gr. después del tamizado, colocarlas por separado en los recipientes para ensayo. Agregado grueso. Se ensayará el material retenido en el tamiz Nº4, cada fracción de la muestra comprendida entre los tamices debe tener el peso indicado en la Tabla Nº2; y cada fracción de la muestra debe ser por lo menos 5% del peso total de la misma. En el caso que alguna de las fracciones contenga menos del 5%, no se ensayará ésta fracción, pero para el cálculo de los resultados del ensayo se considerará que tienen la misma pérdida a la acción de los sulfatos, de sodio o magnesio, que la media de las fracciones, inferior y superior más próximas, o bien si una de estas fracciones falta, se considerará que tiene la misma pérdida que la fracción inferior o superior que esté presente. Tabla N°2 N°

Tamaño

%

2 1/2” a 1 1/2” 60 1 2 1/2” a 2” 40 2” a 1 1/2” 1 1/2” a 3/4” 2 1 1/2” a 1” 67 1” a 3/4” 33 3/4” a 3/8” 3 3/4” a 1/2” 67 1/2” a 3/8” 33 4 3/8” a N°4 Tamices mayores obtenidos en incrementos de 1”

Peso retenido (gr.) 5000 ± 300 3000 ± 300 2000 ± 200 1500 ± 50 1000 ± 50 500 ± 30 1000 ± 10 670 ± 10 330 ± 5 300 ± 5 7000 ± 1000

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Lavar la muestra y secarla a una temperatura de 110º ± 5ºC. Tamizarlo usando una de las gradaciones indicadas. Tomar los pesos indicados en la tabla y colocarlos en recipientes separados. En el caso de las fracciones con tamaño superior a ¾” se cuenta también el número de partículas. Cuando son rocas deberán ser rotas en fragmentos uniformes, se pesaran 100 gr. de cada una. La muestra de ensayo pesará 5000 gr. ± 2%. La muestra será bien lavada y secada antes del ensayo. Procedimiento de Ensayo  Sumergir las muestras preparadas en la solución de sulfato de sodio o magnesio por un período de 16 a 18 horas, de manera que el nivel de la solución quede por lo menos 13 mm por encima de la muestra. Tapar el recipiente para evitar la evaporación y contaminación con sustancias extrañas. Mantener la temperatura en 21±1ºC durante el período de inmersión.  Retirar la muestra de la solución dejándola escurrir durante 15±5 min., secar en el horno a 110º±5ºC hasta obtener peso constante a la temperatura indicada. Para verificar el peso se sacará la muestra a intervalos no menores de 4 horas ni mayores de 18 horas. Se considerará que se alcanzó un peso constante cuando dos pesadas sucesivas de una muestra, no difieren más de 0.1 gr. en el caso del agregado fino, o no difieren más de 1.0 gr. en el caso del agregado grueso.  Obtenido el peso constante dejar enfriar a temperatura ambiente y volver a sumergir en la solución para continuar con los ciclos que se especifiquen. Evaluación Cuantitativa  Al final de los ciclos se lava la muestra hasta eliminar los sulfatos de sodio o de magnesio, los últimos lavados deben efectuarse con agua destilada y mediante la reacción de cloruro bárico (BaCl2).  Secar a peso constante a una temperatura de 110±5ºC y se pesa.  Tamizar el agregado fino sobre los tamices en que fue retenido antes del ensayo, y el agregado grueso sobre los tamices indicados a continuación, según el tamaño de las partículas. Tamaño del agregado 2 1/2” a 1 1/2” 1 1/2” a 3/4” 3/4" a 3/8" 3/8" a N°4

Tamiz empleado para determinar el desgaste 1 1/4" 5/8" 5/16" N°5

Evaluación Cualitativa  En las partículas de diámetro mayor a ¾” se efectúa un exámen cualitativo después de cada inmersión y cuantitativa al término del ensayo.  La evaluación cualitativa consistirá en inspeccionar partícula por partícula con el fin de eliminar las partículas afectadas (fracturadas, fisuradas, astilladas, formación de lajas, etc.). Resultados Para obtener los porcentajes de pérdida, se efectuarán las siguientes anotaciones: Agregado Fino CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla Nº1 Peso de cada fracción antes del ensayo. Porcentaje de pérdidas de cada tamaño después del ensayo. Porcentaje de pérdidas corregidas que se obtienen multiplicando “1” por “3” y dividiendo entre 100  El total de pérdidas corresponde a la suma de las partículas parciales corregidas. Agregado Grueso    

Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla Nº2 Peso de cada fracción antes del ensayo. Porcentaje de pérdidas de cada tamaño después del ensayo. Porcentaje de pérdidas corregidas que se obtienen multiplicando “1” por “3” y dividiendo entre 100.  El total de pérdidas corresponde a la suma de los porcentajes de pérdidas de las dos fracciones de cada tamaño. Observaciones  Los resultados obtenidos varían según la sal que se emplee; se sugiere tener cuidado al fijar los límites en las especificaciones en que se incluya este ensayo. Dado que su precisión es limitada.  Para rechazar un agregado que no cumpla con las especificaciones pertinentes, debe confirmarse los resultados con otros ensayos más, ligados a las características del material. Q.-ENSAYOS DE CARGA FRACTURADA Algunas especificaciones técnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregado grueso con caras fracturadas con el propósito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la fricción entre las partículas. Otro propósito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; y dar fricción y textura a agregados empleados en pavimentación. La forma de la partícula de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocación; así como la cantidad de fuerza necesaria para compactarla a la densidad requerida y la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida de servicio. Las partículas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento (movimiento) en el pavimento, debido a que se entrelazan al ser compactadas. El mejor entrelazamiento se da, generalmente, con partículas de bordes puntiagudos y de forma cúbica, producidas, casi siempre por trituración. Objetivo: Este método describe la determinación del porcentaje, en peso, de una muestra de agregado grueso que presenta una, dos o más caras fracturadas.

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Equipos de Laboratorio    

Balanza. De 5 Kg. y sensibilidad al gramo Tamices. Partidor de muestras Espátula

Preparación de la muestra  Secar la muestra, cuartearla teniendo cuidado de obtener una masa representativa.  La muestra para el ensayo tendrá una cantidad mayor a los pesos mostrados en la siguiente tabla: Tamaño Máximo Peso mínimo para el Nominal ensayo (gr) 3/8” 200 1/2” 500 3/4" 1 500 1” 3 000 1 1/2” 7 500 2” 15 000 2 1/2” 30 000 3” 60 000 3 1/2” 90 000  Tamizar el material grueso y fino completamente, por la malla Nº4.  Para muestras con tamaño máximo nominal mayor o igual a ¾”, donde el contenido de partículas fracturadas va ser determinado por el material retenido en la malla Nº4 o más pequeño, la muestra puede ser separada en la malla de 3/8”, la fracción que pase la malla Nº3/8” puede luego ser reducida, de acuerdo a ASTM C-702 hasta 200 gr. Esto reducirá el número de partículas que serán separadas durante el procedimiento. En este caso, el porcentaje de partículas fracturadas CURSO: PAVIMENTOS ING. EDUARDO INJANTE LIMA CICLO: X SECCION: B

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se determina sobre cada porción; y un porcentaje promedio ponderado de partículas fracturadas se calcula basado en la masa de cada una de las porciones para reflejar el porcentaje total de partículas fracturadas en toda la muestra. Procedimiento  Lavar la muestra sobre la malla designada y remover cualquier fino. Secar  Determinar la masa de la muestra con una aproximación de 0.1%.  Extender la muestra seca sobre una superficie plana, limpia y lo suficientemente grande como para permitir una inspección. Para verificar si la partícula alcanza o cumple el criterio de fractura, sostener el agregado de tal manera que la cara sea vista directamente. Si la cara constituye al menos ¼ de la máxima sección transversal, considerarla como cara fracturada.  Usando la espátula separar en tres categorías. 1.- Partículas fracturadas dependiendo si la partícula tiene el número requerido de caras fracturadas; 2.- Partículas que no reúnen el criterio especificado; y 3.- Partículas cuestionables. Si el número requerido de caras fracturadas no se consigue en las especificaciones, la determinación será hecha sobre la base de un mínimo de una cara fracturada. Determinar el porcentaje en peso de cada una de las categorías. Si sobre cualquiera de los porcentajes más del 15% del total es cuestionable, repita la evaluación hasta que no más del 15% se repita en esta categoría. Informe Reporte el porcentaje en peso del número de partículas con el número especificado de caras fracturadas, aproximado al uno por ciento de acuerdo a la siguiente fórmula:

Donde: P F Q N

Porcentaje de partículas con el número especificado de caras fracturadas Peso o cantidad de partículas fracturadas con al menos el número especificado de caras fracturadas Peso o cantidad de partículas cuestionables Peso o cantidad de partículas en la categoría de no fracturadas que no cumplen el criterio de fractura

Reportar el criterio de fractura especificada. Reportar el total de masa en gramos, del agregado ensayado. Reportar la malla en el cual la muestra de suelo fue retenido al iniciar el ensayo. Reportar si el porcentaje de caras fracturadas fue reportado por masa o cantidades

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R.- ENSAYOS DE ADHERENCIA EN AGREGADOS La arena que forma parte de una mezcla asfáltica debe tener propiedades químicas adecuadas que permitan la elaboración de una mezcla uniforme, que cumpla con todos los requisitos de durabilidad; una de ellas es medir la adhesividad de los ligantes bituminosos respecto de una arena, natural o de machaqueo, cuando la mezcla árido-ligante se somete a la acción de soluciones de carbonato de sodio a concentraciones crecientes. Objetivo: El ensayo de Riedel Weber tiene por finalidad determinar el grado de adhesividad del agregado fino con el asfalto. Se describirán los métodos de ensayo en el siguiente orden: Norma Francesa D.E.E. MA8-1938, Norma Española NLT-355/74, Norma Chilena No. LNV10-86 y Norma MTC 220-1999 en forma paralela y se hará hincapié en caso los procedimientos sean diferente. El ensayo emplea material que pasa las siguientes mallas:

Este material se mezcla con asfalto y se ensaya con carbonato de sodio a diferentes concentraciones molares. Todas las normas pueden aplicarse a todos los ligantes bituminosos, betunes de penetración, betunes fluidificados, alquitranes y emulsiones bituminosas. Equipos de Laboratorio 

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Tamices. De abertura cuadrada correspondiente a la norma de ensayo y bandeja. La norma española emplea dos tamices de abertura cuadrada que estén de acuerdo con las normas UNE 7.050 (ASTM D:E11-70) de los siguientes tamaños: Tamiz 0.63 UNE (ASTM Nº30) y Tamiz 0.20 UNE (ASTM Nº70) Estufa. Que alcance y mantenga temperaturas de 145 ±5ºC Cápsula. De porcelana de 300 ml de capacidad Balanza. De 1 kg de capacidad, sensibilidad de 0.1 gr. Balanza. De 200 gr. de capacidad, sensibilidad de 0.01 gr. Tubos de ensayo. De 1.3 cm de diámetro y 15 cm de altura1, resistentes al calor (pirex) Soporte para tubos de ensayo Fiola. de 500 ml de capacidad resistente al calor (pirex) Vaso de pirex. De 400 ml de capacidad Espátula Mechero Cronómetro. De 10 minutos Chisguete de agua

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Preparación de la Solución El carbonato sódico puro (Na2CO3) anhidro y agua, H2O, destilada forman la solución de carbonato de sodio. Para preparar la disolución a diferentes concentraciones, se debe disolver el peso de Carbonato de Sodio indicado en la Tabla Nº1, según la concentración que se desee obtener, hasta completar un litro de agua destilada.

Procedimiento de ensayo  

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Extraer una muestra representativa por cuarteo. En el caso de la Norma Española y del MTC, si la muestra de árido recibido en el laboratorio proceda de piedra de cantera o de gravera, se procede a su cuarteo y posterior machaqueo hasta obtener una arena; si la muestra de árido recibida es una arena natural o arena de machaqueo se separa por sucesivos cuarteos el material necesario para el ensayo. Tamizar aproximadamente 200 gr de agregado fino por las requeridas según norma de ensayo. Norma Francesa, se tamiza el material por la mallas Nº30 y Nº80, usando la porción retenida en el tamiz inferior. Norma Española y MTC, la fracción del material obtenida por cuarteo se lava para eliminar totalmente el polvo que pueda contener, seguidamente se seca en estufa a la temperatura de 145±5ºC durante 1 hora. Norma Chilena, la muestra se tamiza por vía húmeda por la malla Nº200, se secar a 110±5ºC y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se procede a tamizar por las mallas Nº30 y Nº100.

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Si el ligante a emplear es: betún asfáltico de penetración, fluidificado o fluxado, o alquitrán, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 29 volúmenes de ligante (la relación correspondiente de masas se calcula a partir de las densidades respectivas).

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Además las normas Española, MTC y Chilena incorporan como ligante a la emulsión bituminosa de la siguiente manera: Norma Española y MTC, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 95 volúmenes de ligante al 50%. La norma Chilena, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 29 volúmenes de emulsión. 

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En la cápsula de porcelana precalentada a la temperatura de mezcla, se incorpora con una espátula caliente el árido con el ligante, debiendo lograr una mezcla homogénea y revestimiento total de las partículas. La temperatura de mezcla será de acuerdo a la Tabla Nº2. Dejar enfriar a temperatura ambiente aproximadamente por 1 hora. Para el caso de mezcla con emulsión las normas consideran: Norma Española y MTC, luego del período de enfriamiento, se decanta el líquido en exceso que acompaña la muestra y se deja reposar durante 24 horas. Norma Chilena, Una hora después de efectuada la mezcla se cura en horno durante 24 horas a la temperatura de 35±3ºC.

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Preparar 10 esferas de 0.50 gr. de la mezcla, pesadas en una balanza con precisión de 0.01gr. En 10 tubos de ensayo se introducen las esferas preparadas con la mezcla, enumerándolas de 0 a 9. En el tubo marcado con “0”, se incorpora 2.0 ml de agua destilada para la norma Francesa, y 6 ml en el caso de las normas Española y MTC, marcar en el tubo la superficie libre que alcanza el agua. Colocarlo sobre el mechero con ayuda de una pinza. En el momento en que entra en ebullición se controla 1 minuto con el cronómetro, retirar el tubo de ensayo y añadir agua destilada con chisguete hasta el nivel inicial. Agitar vigorosamente por 10 segundos y observar si existe desprendimiento del asfalto en el agregado fino. Si no se observa desprendimiento alguno, se repiten los pasos 9 y 10 con el tubo 1, incorporando el volumen (según punto 9) de carbonato de sodio a la concentración m/256; así sucesivamente hasta que se observe algún desprendimiento entre el ligante y la arena, para el caso de la norma Francesa. En las normas española, MTC y Chilena se continúa con el ensayo hasta que se produzca el desplazamiento total, si el desprendimiento es parcial continuar con mayores concentraciones molares. Se asignará el índice de adhesividad correspondiente a la concentración empleada, según la Tabla Nº1. Si no hay desprendimiento se asignará el grado 10.

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Evaluación 1. Norma Francesa: Como Indice de Adhesividad se le asignará al número correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce algún desprendimiento. 2. Norma Española y MTC definen los siguientes términos: Desplazamiento total, cuando prácticamente todos los granos de la arena aparecen limpios, pudiendo comprobarse porque los granos están sueltos o porque al hacer rodar entre los dedos el tubo de ensayo, los granos de arena siguen libremente la rotación imprimida al tubo (para ello se puede utilizar como referencia a un tubo de ensayo sin ligante, conteniendo de 5 a 6 ml de agua para comparar su aspecto o movimiento al rodar el tubo de ensayo entre los dedos. Desplazamiento parcial, cuando los granos de la arena aparecen semi-limpios manteniendo una liga o cohesión entre ellos, en este caso los granos de arena envueltos por el ligante permanecen aglomerados en el fondo del tubo de ensayo. Informe Norma Francesa En el informe se menciona el tipo de asfalto y como índice de adhesividad el número correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce algún desplazamiento del ligante bituminoso en la superficie del árido, de acuerdo con la Tabla Nº1. Normas española, MTC y Chilena  En el informe se menciona el tipo de asfalto y como índice de adhesividad el número correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce un desplazamiento total del ligante bituminoso de la superficie del árido, de acuerdo con la Tabla Nº1.  Si con alguna concentración inferior a la que produjo el desplazamiento total, se observó desplazamiento parcial, se expresará la adhesividad con dos números: el correspondiente a

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la concentración menor con la que se produce algún desplazamiento y el que produce el desplazamiento total.  Si se produjese desplazamiento total del ligante con solamente agua destilada, se asignará el Índice 0 de Adhesividad. Si la solución molar de carbonato de sodio M/1 no produce desplazamiento del ligante bituminoso, el índice de adhesividad de la mezcla es 10.

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CONCLUSIONES

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