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NORMA CHILENA OFICIAL NCh1726.Of80

Mecánica de suelos - Determinación de las densidadesmáxima y mínima y cálculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

Preámbulo

El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo elestudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de laINTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISIONPANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esosorganismos.

La norma NCh1726 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional deNormalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturalessiguientes:

Cemento MELON S.A., Depto. Asesoría Técnica Armando Soto O.Centro de Estudios, Medición y Certificación de Calidad,CESMEC Ltda. Henrique Scarella H.Consultoría en Mecánica de Suelos Issa Kort K.E.C. Rowe y Asociados Enrique C. Rowe M.Empresa Nacional del Petróleo, ENAP Pedro Carvajal A.Instituto de Investigaciones Geológicas Gloria Valenzuela B.Instituto Nacional de Capacitación, INACAP Rubén Figueroa G.Instituto Nacional de Normalización, INN Alfredo Cifuentes S.Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU,División de Desarrollo Urbano Jaime Téllez T.Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, DivisiónPolítica Habitacional, Depto. de Normalización

Eduardo Cuevas O.Alfonso Herrera A.

Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, SERVIUMetropolitano Walter Soto S.

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Ministerio de Obras Públicas, Dirección de Vialidad Pablo Gutiérrez D.Jorge Salgado A.

Ministerio de Obras Públicas, Servicio Nacional de ObrasSanitarias, SENDOS José Petit V.Particular Eduardo Soto F.Particular Francisco Dick V.Particular Miguel Sandor E.Sociedad Chilena de Mecánica de Suelos y Fundaciones,SOCHIMSYF Andrés Pérez M.Universidad Católica de Chile Guido Concha G.Universidad Católica de Chile, Ingeniería Estructural Arturo Morales M.Universidad Católica de Valparaíso, Escuela deConstrucción Civil Raúl Espinace A.Universidad de Concepción, Escuela de Ingeniería Arturo Gutiérrez T.Universidad de Chile, Sede Valparaíso, Depto. deTecnologías Eduardo Cruzat F.Universidad Técnica del Estado, Depto. Obras Civiles Carmen Norambuena P.

Gerardo M. Silva Ch.Universidad Técnica del Estado, Sede La Serena,Construcción Civil Mario Aguilera L.

Esta norma concuerda totalmente con la norma de la AMERICAN SOCIETY FOR TESTINGAND MATERIALS ASTM D 2049 - 69.

Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, ensesión efectuada el día 13 de junio de 1980.

Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº 286 defecha 03 de octubre de 1980, del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, publicado en elDiario Oficial Nº 30.797 de fecha 23 de octubre de 1980.

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NORMA CHILENA OFICIAL NCh1726.Of80

Mecánica de suelos - Determinación de las densidadesmáxima y mínima y cálculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

1 Alcance y campo de aplicación

1.1 Esta norma establece un procedimiento para determinar las densidades secas máximay mínima de suelos no cohesivos, no cementados, de flujo libre, con un tamaño máximonominal hasta 80 mm y que contienen hasta un 12% en masa de partículas menores que0,080 mm.

NOTA - En general se recomienda aplicar este procedimiento a aquellos suelos que, cumpliendo con 1.1,tengan un IP igual o menor que 5, determinado de acuerdo con NCh1517/2.

1.2 Esta norma es aplicable a suelos para los cuales la compactación por impacto noproduce una curva bien definida de relación humedad densidad y en los cuales la densidadmáxima por impacto resulta generalmente menor que la obtenida por métodos vibratorios.

1.3 Esta norma determina la densidad máxima mediante compactación por vibrado y ladensidad mínima mediante vaciado.

1.4 Esta norma indica además el procedimiento para calcular la densidad relativa (índicede densidad).

NOTA - Se recomienda emplear el término índice de densidad de acuerdo con el listado de la SociedadInternacional de Mecánica de Suelos y Trabajos de Fundaciones (SIMSTF).

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2 Referencias

NCh179 Mecánica de suelos - Símbolos, unidades y definiciones.NCh15081) Mecánica de suelos - Guía para la investigación y muestreo de

suelos y rocas.NCh1516 Mecánica de suelos - Determinación de la densidad en el terreno -

Método del cono de arena.NCh1517/1 Mecánica de suelos - Límites de consistencia - Parte 1:

Determinación del límite líquido.NCh1517/2 Mecánica de suelos - Límites de consistencia - Parte 2:

Determinación del límite plástico.NCh1532 Mecánica de suelos - Determinación de la densidad de partículas

sólidas.

3 Terminología

3.1 índice de densidad (densidad relativa): estado de compacidad de un suelo conrespecto a los estados más sueltos y más densos obtenidos mediante los procedimientosde laboratorio descritos en este método.

3.2 densidad máxima: densidad de un suelo en el estado más denso obtenible segúnensayo normal.

3.3 densidad mínima: densidad de un suelo en el estado más suelto obtenible segúnensayo normal.

3.4 Otros términos aparecen definidos en NCh179.

4 Aparatos

4.1 Aparato de compactación, compuesto por los siguientes elementos (ver figura 1):

4.1.1 Mesa vibradora, de acero, con cubierta vibradora de aproximadamente750 x 750 mm, apoyada sobre amortiguadores y accionada por un vibradorelectromagnético. El vibrador debe ser semisilencioso y con una masa igual o mayor que45 kg. Debe tener una frecuencia de 3660 vibraciones/min y una amplitud de vibradovertical entre 0,05 y 0,64 mm bajo una carga de 1 112 N (≈ 111,2 kgf).

4.1.2 Moldes metálicos, con una capacidad nominal de 2,8 y 14,2 litros respectivamente.Deben cumplir con los requisitos dimensionales de figura 2.

4.1.3 Tubos guía, metálicos, ajustables a cada tipo de molde. Con un sistema de ajusteconsistente en tres juegos de tornillos, dos de los cuales deben tener tuercas de fijación.(Ver figura 3).

1) En preparación.

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4.1.4 Placas base

Una placa de acero de 12,5 mm de espesor para cada tamaño de molde. (Ver figura 4).

4.1.5 Sobrecargas

Una para cada tamaño de molde. La masa total de la sobrecarga y su correspondienteplaca debe ser equivalente a 14 kPa para el molde en uso. (Ver figura 4).

4.1.6 Manilla

Una para cada placa base. (Ver figura 3).

4.1.7 Sujeción del calibre. (Ver figura 3).

4.1.8 Calibre

Deformómetro, comparador con indicador de dial, con un recorrido de 50 mm ygraduaciones de 0,01 mm.

4.1.9 Barra de calibración, de metal de 75 x 305 mm x 3 mm.

4.1.10 Aparatos de vaciado

Embudos de 12,5 mm y 25 mm de diámetro por 150 mm de largo, con descargacilíndrica. La boca de carga debe tener los bordes pestañados y contar con tarros demetal ajustables, de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura.

4.1.11 Bandejas de mezclado

De dos tamaños: una de aproximadamente 900 mm x 600 mm x 10 mm y la otraaproximadamente 400 mm x 400 mm x 50 mm.

4.1.12 Balanzas

Una de 100 kg de capacidad con una precisión de 100 g y otra de 20 kg de capacidadcon una precisión de 1 g.

4.1.13 Aparejo de izar

Cuerda, cadena o cable que soporte a lo menos 1 400 N (140 kgf) de carga y roldana.

4.1.14 Herramientas y accesorios

Una pala, una poruña, una brocha, un contador de tiempo o cronómetro que indiqueminutos y segundos, una regla metálica de 400 mm, un micrómetro de 0 a 25 mm conuna precisión de 0,01 mm, y un pie de metro.

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5 Calibración

5.1 Determinación del volumen del molde

Efectuar mediante uno de los procedimientos siguientes:

5.1.1 Por medición directa

Determinar la altura y el diámetro interior promedio del molde aproximando a 0,1 mm.Calcular y registrar el volumen interno del molde aproximando a 1 cm3 (1 ml).

Calcular y registrar el área promedio de la sección interna del molde aproximandoa 0,1 cm2.

5.1.2 Por llenado con agua:

a) colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal;

b) llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrasar con una placa de vidrio,eliminando burbujas de aire y el exceso de agua;

c) determinar la masa de agua que llena el mode (mw) aproximando a 1 g;

d) medir la temperatura del agua y determinar su densidad pw de acuerdo con latabla 1, interpolando si fuera necesario;

Tabla 1 - Densidad del agua según su temperatura

Temperatura ºCDensidad

g/cm3 (kg/l)16 0,999 09

18 0,998 59

20 0,998 20

23 0,997 54

26 0,996 78

29 0,995 94

e) determinar y registrar la capacidad volumétrica (Vc) aproximando a 1 cm3 (1 ml),dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad Vc = mw/ρw.

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5.2 Lectura inicial del calibre

Determinar y registrar los espesores de la placa base y la barra de calibración,aproximando a 0,01 mm.

Colocar la barra de calibración sobre el molde, a lo largo del diámetro que pasa por el ejede los anclajes guía.

Insertar la sujeción del calibre en cada uno de los anclajes guía, con el vástago del calibresobre un extremo de la barra de calibración y en el eje de los anclajes guía.

La sujeción del calibre debe colocarse siempre en la misma posición en los anclajes guía,mediante marcas de referencia en las guías y en la sujeción.

Obtener seis lecturas del calibre, tres en cada lado, y determinar el promedio de las seislecturas.

Computar y registrar la lectura inicial del calibre (Li) sumando el espesor de la placa basemás el promedio de las seis lecturas, y restando el espesor de la barra de calibración, conaproximación a 0,01 mm.

NOTA - La lectura inicial es constante para cada combinación de medida y placa base.

5.3 Determinación de la masa inicial del molde

Pesar y registrar la masa del molde vacío aproximando a 100 g para el molde de14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros.

6 Muestreo

Las muestras de suelo para los ensayos que se indican en esta norma se deben obtenerde acuerdo con lo indicado por la Especificación Técnica correspondiente en el caso decontroles de obra, o lo indicado por el profesional responsable en el caso de unaprospección.

NOTA - Ver NCh1508.

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7 Tamaño de la muestra de ensayo

7.1 Obtener una muestra de ensayo representativa del tamaño indicado en tabla 2, deacuerdo con el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio.

Tabla 2 - Tamaño de la muestra de ensayo

Tamaño máximo nominal de partículas, Dn

mmTamaño mínimo de la muestra de ensayo

kg80 45

40 10

20 10

10 10

5 10

8 Acondicionamiento de la muestra de ensayo

8.1 Secar la muestra a 110 ± 5 ºC y pasar por un tamiz de abertura suficientementepequeña para romper todas las partículas de suelo débilmente cementadas.

9 Determinación de la densidad mínima

(Correspondiente a índice de huecos máximo).

9.1 Seleccionar el aparato de llenado y el molde según tabla 3, de acuerdo con el tamañomáximo nominal de partículas.

Tabla 3 - Aparato de llenado y molde

Tamaño máximo nominal de partículasmm

Aparato de llenado para densidadmínima

Capacidad nominal de moldel

80 Pala o poruña 14,2

40 Poruña 2,8

20 Poruña 2,8

10 Embudo de 25 mm 2,8

5 Embudo de 12,5 mm 2,8

9.2 Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. Llenar el molde conmaterial de la muestra acondicionada y enrasar mediante uno de los procedimientossiguientes, según el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio, yevitando golpear y/o vibrar el molde.

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9.2.1 Tamaño máximo nominal igual o menor que 10 mm:

a) colocar el material en el molde tan suelto como sea posible, vaciándolo en un flujoconstante y ajustando la altura de la descarga de modo que la caída libre del suelo seade 25 mm. Simultáneamente mover el embudo en espiral desde la pared del moldehacia el centro, a fin de formar una capa de espesor uniforme sin segregación. Llenarhasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde; y

b) enrasar el material excedente mediante una pasada continua con la regla de aceroprocurando no compactar el material. Si no se remueve todo el material excedentedebe efectuarse una pasada adicional.

9.2.2 Tamaño máximo nominal mayor que 10 mm:

a) colocar el material en el molde de modo que se deslice, en lugar de caer, sobre elfondo del molde o el material previamente colocado. Al efecto, colocar el aparato dellenado tan cerca como sea posible y, si es necesario, sujetar con la mano laspartículas mayores para impedir que rueden fuera. Llenar hasta aproximadamente 25mm por sobre el borde del molde; y

b) enrasar el material excedente efectuando una pasada continua con la regla de acero(y ayudándose con los dedos, cuando sea necesario) de modo que cualquier leveproyección de las partículas mayores por sobre el borde del molde compenseaproximadamente los huecos superficiales mayores.

9.3 Pesar el molde con el suelo, determinar y registrar la masa seca del suelo que llena elmolde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de2,8 litros.

9.4 Repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.Registrar el valor más bajo conseguido.

10 Determinación de la densidad máxima

(Correspondiente a índice de huecos mínimo).

Determinar mediante uno de los procedimientos siguientes:

10.1 Método seco:

a) mezclar el material de la muestra acondicionada para obtener una distribuciónhomogénea de las partículas con la menor segregación posible;

b) colocar el tubo guía sobre el borde del molde y ajustar el sistema de fijación de modoque la pared interna del tubo quede alineada con la pared interna del molde;

c) ajustar las dos tuercas de fijación en sus respectivos tornillos. Soltar el tornillorestante y retirar el tubo guía;

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d) llenar el molde por el procedimiento establecido en 9.2.1 ó 9.2.2 según corresponda;

NOTA - Normalmente se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determinó la densidadmínima.

e) fijar el tubo guía al molde y colocar la placa base sobre la superficie del suelo. Colocarla sobrecarga encima de la placa base (empleando el aparejo de izar en el caso delmolde de 14,2 litros);

f) colocar el control del vibrador a la amplitud máxima y vibrar el molde cargado duranteun período de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tubo guía;

NOTA - En algunos casos es posible obtener una densidad mayor aplicando amplitudes de vibraciónmenores que la máxima.

g) obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa base.Determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a0,01 mm;

h) pesar el molde con el suelo. Determinar y registrar la masa seca del suelo que llena elmolde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de2,8 litros;

NOTA - Si se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determinó la densidad mínima, aplicarla misma (ms) del punto 9.3, a menos que se pierda una cantidad apreciable de finos durante la vibración.

i) repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.Registrar el valor más alto conseguido.

10.2 Método húmedo

a) el método húmedo puede efectuarse sobre el material de la muestra acondicionada alcual se agrega suficiente agua o, si se prefiere, sobre el suelo húmedo del terreno. Sise agrega agua al suelo seco, dejar transcurrir un período mínimo de remojo de ½ h;

b) llenar el molde con suelo húmedo por medio de una poruña o pala. Agregar la cantidadde agua suficiente para que una pequeña cantidad de agua libre se acumule sobre lasuperficie del suelo durante el llenado;

NOTA - La cantidad correcta de agua puede estimarse de acuerdo con el índice de huecos a la densidadmáxima esperada o por experimentación con el suelo.

c) durante y justo después del llenado del molde vibrar el suelo por un período total de 6min, cuidando de reducir la amplitud del vibrador tanto como sea necesario para evitarque se agite excesivamente. Durante los minutos finales de este vibrado remover elagua que aparezca sobre la superficie del suelo;

d) armar el conjunto de tubo guía, placa base y sobrecarga de acuerdo con 10.1 e);

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d) vibrar el molde cargado durante un período de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tuboguía. Obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa,determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a 0,01 mm;

e) retirar cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y secar hastamasa constante. Pesar y registrar la masa seca del suelo que llena el molde (ms)aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros; y

g) repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.Registrar el valor más alto conseguido.

NOTA - Aunque el método seco asegura resultados en un período más breve, en algunos suelos seobtiene una densidad máxima mayor en estado saturado. Al comienzo de un programa de ensayos, ocuando hay un cambio notorio de materiales, el ensayo de densidad máxima debe efectuarse en ambascondiciones, seca y húmeda, para determinar con cual de las dos se obtiene la mayor densidad máxima.Si la mayor densidad en más de 1% se obtiene con el método húmedo, en los ensayos sucesivos debeseguirse con este mismo método.

11 Expresión de resultados

11.1 Calcular la densidad seca mínima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la fórmulasiguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.

V

mmin s=

ρ

en que:

minρ = densidad seca mínima, g/cm3 (kg/l);

ms = masa seca del suelo que llena el molde, g; y

V = capacidad volumétrica del molde, cm3.

11.2 Calcular la densidad seca máxima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la fórmulasiguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.

c

s

V

m=máx

ρ

en que:

máxρ = densidad seca máxima, g/cm3 (kg/l);

ms = masa seca del suelo que llena el molde, g; y

Vc = volumen del suelo compactado, de acuerdo con la fórmula siguiente,aproximando a 1 cm3.

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Α⋅−

−=10

)( fLiLVcV

en que:

Li = lectura inicial del calibre, mm;

L f = lectura final del calibre, mm; y

Α = área seccional del molde en cm2.

11.3 Densidad del suelo en el terreno

Se debe determinar por el método del cono de arena, de acuerdo con NCh1516.

NOTA - Alternativamente puede determinarse por el método del balón de goma o por métodos nucleares. Entanto se elaboran las Normas chilenas correspondientes pueden aplicarse provisoriamente las NormasASTM D 2167 Test for Density of Soil in Place by the Rubber-Balloon Method o ASTM D 2922 Density of Soilin Place by Nuclear Methods, respectivamente.

11.4 Indice de densidad

Calcular el índice de densidad como porcentaje de acuerdo a la fórmula siguiente:

[ ] 100)(/)( ⋅−−= minmaxdmindmaxDI ρρρρρρ

en que:

DI = índice de densidad, %;

dρ = densidad del suelo en el terreno, g/cm3 (kg/l);

mínρ = densidad seca mínima, g/cm3 (kg/l); y

.máxρ = densidad seca máxima, g/cm3 (kg/l).

NOTA - El índice de densidad puede expresarse también en términos del índice dehuecos, de acuerdo con la fórmula siguiente:

[ ] 100)/()( máxmáx ⋅−−= minD eeeeI

en que:

máxe = índice máximo de huecos, %;

e = índice de huecos del suelo en el terreno, %; y

míne = índice mínimo de huecos, %.

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Para valorar los índices de huecos se determina previamente la densidad de partículassólidas de acuerdo con NCh1532.

12 Informe

El informe debe incluir lo siguiente:

a) método empleado para la densidad mínima (embudo o poruña);

b) método empleado para la densidad máxima (seco o húmedo);

c) tamaño del molde;

d) densidad mínima y densidad máxima;

e) densidad en el terreno indicando el procedimiento empleado;

f) densidad relativa;

g) cualquier información específica relativa al ensayo o al suelo en estudio; y

h) la referencia a esta norma.

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Dimensiones en milímetros

Figura 1 - Conjunto de aparatos (con molde de 2,8 l)

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Tamaño nominal delmolde l

Dimensiones (mm)

A B C D E F 2,8 152,4 155,2 180,4 165,1 12,7 28,614,2 279,4 230,9 307,4 241,3 15,9 50,8

Figura 2 - Detalle de moldes

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Dimensiones en milímetros

NOTAS

1. Esta pieza debe ser una placa de acero con una sección de 38 mm x 12,5 mm y la longitud necesariapara producir las dimensiones indicadas desde el interior del tubo guía. Soldar tres sistemas de ajusteigualmente espaciados al tubo guía.

2. Ver la tabla siguiente:

Tamañonominal del

molde, l

Amm

Bmm

Tubo guía, mm

Diámetro int. Espesor Alto2,8 12,7 34,9 152,4 6,4 30514,2 15,9 38,1 279,4 9,5 203

3. Estas dimensiones deben cambiarse para fijar el calibre empleado.

Figura 3 - Detalles

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Tamaño nominal delmolde, l

Dmm

Hmm

Tubomm

Masa totalkg

2,8 150,8 228,6 101,6 25,9 ± 0,214,2 276,2 152,4 254,0 86,2 ± 0,4

NOTAS

1. Todas las placas deben ser de 12,5 mm de espesor.

2. Las placas superiores de la sobrecarga pueden ser cortadas con soplete pero sus cantos deben serpulidos tan lisos como sea posible. Las placas base deben ser rectificadas al diámetro especificado.

3. Las manillas de las sobrecargas deben tener la misma forma que las de la placa base.

Figura 4 - Placa base y sobrecarga

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Mecánica de suelos - Determinación de las densidadesmáxima y mínima y cálculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

Soil mechanics - Determination of maximum densities and calculation of relative densityon cohesionless soils

Primera edición : 1980Reimpresión : 1999

Descriptores: mecánica de suelos, ensayos, densidad, compactación

CIN 93.020

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