CURSO: PAVIMENTOS

TEMA: Estudios y ensayos de suelos para

el

diseño

de pavimentos

ALUMNO:

De la cruz Jalisto Jhosep

DOCENTE: Ing. Eduardo Injante Lima

CICLO: X - B

SEMESTRE: 2015 - I

EL SUELO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD

NACIONAL

El suelo es un cuerpo natural, no consolidado, compuesto por sólidos(material mineral y orgánico), líquidos y gases, que se caracteriza por tener horizontes o capas diferenciales, resultado de las adiciones, pérdidas, transferencias y transformaciones de energía y materia través del tiempo.

1-.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.

PROPIEDADES QUIMICAS -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 la plantas.-El PH: indica la acidez, la neutralidad o alcalinidad del suelo.PROPIEDASDES FISICASLitosoles Se considera un tipo de suelo que aparece en escarpas y afloramientos rocosos, su espesor es menor a 10cm y sostiene una vegetación baja, se conoce también como leptosales que viene del griego leptos que significa delgado.Cambisoles Son suelos jóvenes con proceso inicial de acumulación de arcilla. Se divide en vértigos, gleycos, eutrícos y crómicos.Luvisoles Presentan un horizonte de acumulación de arcilla con saturación superior al 50%. Acrisoles Presentan un marcado horizonte de acumulación de arcilla y bajo saturación de bases al 50%.Gleysoles Presentan agua en forma permanente o semipermanente con fluctuaciones de nivel freático en los primeros 50 cm

A) COMPOSICIÓN QUÍMICA Y MINERALOGICA

COMPOSICIÓN QUÍMICA del SUELO: El Suelo se compone químicamente de Componentes Inorgánicos y Orgánicos. Los componentes INORGÁNICOS son de naturaleza mineral, siendo el más importante el SILICIO, que en sus distintas combinaciones con otros elementos forma la arcilla, el limo y las arenas. Los componentes inorgánicos son el resultado del menor o mayor desgaste de las rocas como consecuencia de la acción de los agentes de la erosión. Los fragmentos desprendidos de las rocas son transportados por el viento y el agua y se acumulan rellenando las zonas más bajas del terreno, tomando la disposición en estratos de acuerdo a su peso y tamaño. Y las partículas más grandes y pesadas (grava, arenas) quedan bajo montos de otros materiales de partículas más pequeñas y livianas (limo, arcillas). 

Los Componentes ORGÁNICOS son los restos de vegetales y animales muertos que por el proceso que realizan los Descomponedores como Hongos y Bacterias forman el HUMUS o

tierra negra. Además, los Componentes del suelo se pueden dividir en sólidos, líquidos y gaseosos. SÓLIDOS: Entre estos componentes sólidos del suelo se destacan los Silicatos, tanto residuales o no completamente meteorizados (MICAS, FELDESPATOS y CUARZO). Los minerales de ARCILLA (caolinita, illita, etc.). Óxidos e Hidróxidos de Hierro (hematites, limonita, goetita) y de Aluminio (gibsita, bohemita), liberados por el mismo procedimiento que las arcillas. Otros diversos compuestos minerales cuya presencia o ausencia y abundancia condicionan el tipo de suelo y su evolución son los CARBONATOS (calcita, dolomita), SULFATOS (yeso) y CLORUROS y NITRATOS. LÍQUIDOS: Formada por una disolución acuosa de las SALES y los IONES más comunes como Sodio, Potasio, Calcio, Cloro, etc. GASES: La fracción de gases está constituida fundamentalmente por los gases atmosféricos y tiene gran variabilidad en su composición, por el consumo de O2 y la producción de CO2. El primero siempre menos abundante que en el aire libre y el segundo más, como consecuencia del metabolismo respiratorio de los seres vivos del suelo, incluidas las raíces.

Composición mineralógica

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 del 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.- 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 ferro magnesianos.- Corresponden al grupo de los silicatos que contienen tanto hierro como magnesio. Este grupo contiene las variedades de: piroxena, anfíbola, hornblenda 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.

B) Tamaño de sus partículas.Las propiedades físicas de un suelo dependen fundamentalmente de su textura y de su estructura. La importante de estas propiedades es muy grande, ya que de ellas depende el comportamiento del aire y del agua en el suelo, y por lo tanto, condicionan los fenómenos de aireación, de permeabilidad y de asfixia radicular. Por otra parte, las propiedades físicas son más difíciles de corregir que las propiedades químicas, de ahí su interés desde el punto de vista de la fertilidad de un suelo.

Entre las pequeñas partículas minerales de los suelos se incluyen la arena, el limo y la arcilla. Algunos suelos presentan además otras partículas de mayor tamaño denominadas piedras, guijarros o gravillas. La textura define la cantidad de arena, limo y arcilla que existe en el suelo. A continuación se muestra el tamaño de diferentes partículas de diversos componentes del suelo.

Las partículas de arena son las de mayor tamaño y se caracterizan por presentar un tacto grumoso. El limo es la partícula de tamaño intermedio, situada entre la arena y la arcilla. La arcilla es la partícula más pequeña. Las combinaciones de arena, limo y arcilla normalmente se describen de la siguiente manera:- Textura fina: suelos formados por partículas de arcilla- Textura media: suelos de naturaleza limosa- Textura gruesa: suelos con un alto contenido en arenaPor tanto, la textura define la cantidad y el tamaño de los espacios que existen entre las partículas del suelo. Estos espacios determinan la facilidad que tiene el agua para circular a través del suelo y la cantidad de agua que el suelo puede retener. El tamaño de las partículas también influye sobre el arado y laboreo de los suelos, de igual manera que sobre el cultivo.

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:

1.14

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.

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:

1.15

siendo Dd el diámetro del circulo cuya área es igual a la de la proyección de la partículasobre 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:

1.16

siendo De el diámetro equivalente de una esfera cuyo volumen sea el mismo de la particula, 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.

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:

1.17

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

1.18

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.

2-.Clasificación de los suelosEn la Clasificación de Suelos se refiere a la agrupación con un rango de propiedades similares (químicas, físicas y biológicas) a unidades que puedan ser geo-referenciadas y mapeadas. De hecho, los suelos se consideran como un recurso natural mucho más complejo que otros elementos como el aire y el agua.

A) El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (Unified Soil Classification System (USCS))

Es un sistema de clasificación de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras. Cada letra es descrita debajo (con la excepción de Pt). Para clasificar el suelo hay que realizar previamente una granulometría del suelo mediante tamizado u otros.

Primera y/o segunda letra

Símbolo Definición

Segunda letra

Letra Definición

G grava

S arena

M limo

C arcilla

O orgánico

P pobremente gradado (tamaño de partícula uniforme)

W bien gradado (tamaños de partícula diversos)

H alta plasticidad

L baja plasticidad

Si el suelo tiene entre un 5-12% de finos, pasantes del tamiz #200 se considera que ambas distribuciones de granos tienen un efecto significativo para las propiedades ingenieriles del material. Estaríamos hablando por ejemplo de gravas bien graduadas pero con limos. En esos casos se recomienda usar doble notación, por ejemplo: GW-GM correspondiente a "grava bien graduada" y "grava con limo"

Si el suelo tiene más del 15% del peso retenido por el tamiz #4 (R#4 > 15%), hay una cantidad significativa de grava, y al sufijo "con grava" se le puede añadir el nombre del grupo, pero el símbolo del grupo no cambia. Por ejemplo, SP-SM con grava se refiere a "Arena pobremente graduada con limo y grava"

Tabla de símbolos

Divisiones mayoresSímbolo

del grupoNombre del grupo

Suelos granulares gruesosmás del 50% retenido en el tamiz nº200 (0.075 mm)

Grava> 50% de la fracción gruesa retenida en el tamiz nº4 (4.75 mm)

grava limpia menos del 5% pasa el tamiz nº200

GWgrava bien gradada, grava fina a gruesa

GPgrava pobremente gradada

grava con más de GM grava limosa

12% de finos pasantes del tamiz nº 200

GC grava arcillosa

A rena ≥ 50% de fracción gruesa que pasa el tamiz nº4

Arena limpia

SWArena bien gradada, arena fina a gruesa.

SPArena pobremente gradada

Arena con más de 12% de finos pasantes del tamiz nº 200

SM Arena limosa

SC Arena arcillosa

Suelos de grano finomás del 50% pasa el tamiz No.200

limos y arcillaslímite líquido < 50

inorgánico

ML limo

CL arcilla

orgánico OLLimo orgánico, arcilla orgánica

limo y arcillalímite líquido ≥ 50

inorgánicoMH

limo de alta plasticidad, limoelástico

CH Arcilla de alta plasticidad

orgánico OHArcilla orgánica, Limo orgánico

Suelos altamente orgánicos Pt turba

B) Clasificación por el método AASHTO.

El requerimiento de parámetros de diseño correspondientes a las características del suelo, determina que la clasificación de suelos se realice por el Método AASHTO (M 145), principalmente con el fin de obtener el Índice de Grupo.

Este método clasifica a los suelos, de acuerdo a su composición granulométrica, su límite líquido y su índice de plasticidad, en siete grupos de A-1 a A-7. Los suelos cuyas partículas pasan el tamiz No. 200 (0,075 mm) en un porcentaje menor al 35 %, forman los Grupos A1, A2, A3 y los subgrupos que corresponden. En cambio los suelos finos limo-arcillosos que contienen más del 35 % de material fino que pasa el Tamiz No. 200, constituyen los Grupos A-4, A-5, A-6, A-7 y los correspondientes subgrupos.

La ventaja de este método radica en la posibilidad de evaluar la calidad del suelo a través del “Índice de Grupo”. Los suelos que tienen similar comportamiento se encuentran en el mismo grupo y están representados por un determinado Índice.

Los índices de grupo de los materiales granulares están comprendidos entre 0 y 4, los correspondientes a suelos limosos entre 8 y 12, y los correspondientes a suelos arcillosos entre 11 y 20 ó un número mayor.

El índice de grupo debe ser escrito entre paréntesis, su valor puede ser determinado mediante la fórmula siguiente:

La clasificación de suelos por el Método AASHTO se muestra en las tablas V.1 y V.2.

3.-Ensayos de suelos a realizarA) DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD.

Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, esta formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica. La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas, o sea:

Método según NCh 1515 Of. 79 . - Equipo necesario. - Horno de secado (figura 1.1.) con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º ± 5º C. - Balanza (figura 1.2.). Su precisión variará de acuerdo a la cantidad de muestra a pesar, según lo indicado en la tabla 1.3 - Herramientas y accesorios. Recipientes de porcelana, guantes, espátula y brocha. - Procedimiento. Se toma una muestra representativa de suelo, de acuerdo al tamaño máximo de las partículas, según figura 1.4 A continuación, se coloca la muestra húmeda en un recipiente previamente tarado (Mr), para proceder a pesar la muestra húmeda más el recipiente, obteniendo Mh. Luego se coloca el conjunto dentro del horno durante 24 horas, a una temperatura de 110º ± 5º C. Transcurrido dicho tiempo, se determina el peso del recipiente con la muestra seca (Ms).

Observaciones. - Se recomienda usar el horno a 60º C, para no falsear la humedad en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica, yeso o ciertos tipos de arcillas. - E n la mayoría de los casos , el tiempo de secado varí a dependiendo del tipo de suelo. Por ejemplo una muestra de arena puede secarse en sólo algunas horas, ciertas arcillas podrán tardar más de 24 horas. En caso de que el tiempo establecido sea insuficiente, la muestra continuará en el horno hasta obtener pesadas consecutivas constantes transcurridas 4 horas entre ellas. - Para evitar pérdidas de humedad, como también absorción de humedad atmosférica luego de extraer la muestra del horno, se recomienda el empleo de recipientes herméticos con tapa. - Las muestras ensayadas para determinar la humedad, deberán ser descartadas y no se utilizarán en ningún otro ensayo.

B) Peso especifico

C) ANALISIS GRANULOMETRICO DE LOS SUELOS

GENERALIDADES

El tamaño de los granos de un suelo se refiere a los diámetros de las partículas que lo forman, cuando es indivisible bajo la acción de una fuerza moderada. Las partículas mayores son las que se pueden mover con las manos, mientras que las más finas por ser tan pequeñas no pueden ser observadas con un microscopio.

OBJETIVOS

Determinar la cantidad en % de diversos tamaños que constituyen el suelo, e n cuanto al total de al muestra utilizada.

Verificar si el suelo puede ser utilizado para la construcción de proyectos.

Conocer la utilización de los instrumentos del laboratorio.

Conocer y definir ciertas características importantes del suelo como son: La Permeabilidad, Cohesión, altura de ascenso capilar, y facilidad de drenaje.

METODOS DE ENSAYO

Existen diferentes métodos, dependiendo de al mayor proporción de tamaños que existen en la muestra que se va a analizar. Para las partículas Gruesas, el procedimiento utilizado es el Método

Mecánico o Granulometría por Tamizado. Pero para las partículas finas, por dificultarse mas el tamizado se utiliza el Método del Sifoneado o el Método del Hidrómetro, basados en la Ley de Stokes.

GRANULOMETRIA POR TAMIZADO

Es un proceso mecánico mediante le cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes tamaños, denominado a la fracción menor (Tamiz No 200) como limo, Arcilla y Coloide. Se lleva a cabo utilizando tamices en orden decreciente. La cantidad de suelo retenido indica el tamaño de la muestra, esto solo separa una porción de suelo entre dos tamaños.

EQUIPOS

-Tamices (3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/5”, ¼”, No 4, No 10, No 40, No 60, No 100, No200)

Balanza con capacidad de 20Kg

Horno eléctrico (temperatura 105 ± 5)

Bandejas, agitador de vidrio, brochas de cerda.

Vaso precipitado.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

FRACCION GRANULAR GRUESA

Primero que todo la fracción granular gruesa se pesa en la balanza y el peso se anota en la hoja de registro 5.1. Luego de lleva a cabo el tamizado para separar las diferentes partículas 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, 3/8”, ¼”, y No 4, comenzando en orden decreciente, teniendo en cuenta de no mezclar las partículas tamizadas. Al mismo tiempo de tara una ponchera en la balanza de 20Kg de capacidad y 1gr de sensibilidad. Y se determina el peso de cada fracción retenida. Se debe verificar que la suma de los pesos retenidos en cada tamiz de igual al peso de la Fracción Granular gruesa, con una tolerancia de 0.5%.

FRACCION GRANULAR FINA

Se toma todo el material pasante el tamiz No 4 (Ba), se pesa en la balanza de 20kg y se anota en la hoja se registro 5.1. Se vierte la muestra en el Tamiz No 200, teniendo el cuidado de no perder el material. Luego se elimina las partículas inferiores al Tamiz No 200 (limo, arcilla y coloides) lavando el material. Hasta que el agua salga limpia y clara. No se debe remover el material con las manos dentro del tamiz. Todo el material retenido en el Tamiz No 200 será arena, ya que los finos fueron lavados, se coloca en un recipiente, teniendo en cuenta de no dejar material adherido en el tamiz. Se pasa el material a una escudilla de 600 ml, haciendo uso del frasco lavador. Se descanta el agua y se seca la muestra en el horno a una temperatura de 105±5 C por 18 horas aprox. Luego

se deja enfriar y se separa por medio de tamices No 10, No 40, No 60, No 200. Se pesan las fracciones retenidas en cada uno de tamices y se anotan en la hoja de registro 5.1.

CALCULOS

1. - Se calcula el peso total de la muestra

(T): peso total de la muestra (T)

(A): Fracción Granular Gruesa (A)

(Ba) Fracción Granular Fina

T = A + Ba

2. - Se determina el Peso pasante del tamiz No 200

Peso pasa No 200= Bb - "(peso retenidos tamices No 10,40,60,200)

3. - Se calcula el peso retenido en los tamices inferiores. Al tamiz No 4 con respecto a (Ba)

Peso ret. En Tamiz < No4= _Ba_ x Peso ret. En dicho Tamiz Bb

4. - Determinar el % retenido en cada tamiz, en cuanto a (T):

%retenido parcial Tamiz X=100 X Peso ret. tamiz X T

5. - Calcula el % retenido acumulado,% ret. Acum. Tamiz X =% ret. Acum tamiz anterior + % ret parcial tamiz X

6. - Obtener % pasante de cada tamiz % Pasante Tamiz X= 100 - % ret. Acumul tamiz X

7. Se construye la curva granulometrica

8. - Se determina la Gradación del suelo, mediante los Coeficientes de Uniformidad y Curvatura.

CLASIFICACION POR TAMAÑOS A.S.T.M.

Piedra =

Grava =

Grava gruesa =

Grava Fina =

Arena =

Arena gruesa =

Arena media =

Arena Fina =

Limo y Arcilla =

D) Ensayo límite de consistencia.

 Límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse.El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico.Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:• Índice de plasticidad: Ip ó IP = wl - wp• Índice de fluidez: If = Pendiente de la curva de fluidez• Índice de tenacidad: It = Ip/If• Índice de liquidez (IL ó IL), también conocida como Relación humedad-plasticidad (B):IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp) (Wn = humedad natural)

WP=limite plásticowl=limite liquido

OBJETIVO GENERAL

• Determinar el PW de un Suelo para evaluar su consistencia.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Determinar el contenido de PW en el Limite de Plástico.• Analizar la cantidad de PW en el Limite Liquido.• Estudiar la Relación entre el Limite Plástico y el Limite Liquido queda como un resultado el Índice de Plasticidad.• Estudios Realizados han definido como consistencia los términos seco, húmedo y mojado.

MARCO TEORICO

La consistencia: es la característica física que gobierna las fuerzas de cohesión-adhesión, responsables de la resistencia del suelo a ser moldeado o roto.

Dichas fuerzas dependen del contenido de humedades por esta razón que la consistencia se debe expresar en términos de seco, húmedo y mojado.

Se refiere a las fuerzas que permiten que las partículas se mantengan unidas; se puede definir como la resistencia que ofrece la masa de suelo a ser deformada o amasada.- Las fuerzas que causan la consistencia son: cohesión y adhesión.

Cohesión: Esta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a que las partucilas de arcilla presentan carga superficial, por una parte y la atracción de masas por las fuerzas de Van der Walls, opr otra (gavande, 1976)… Además de estas fuerzas, otros factores tales como compuestos orgánicos, carbonatos de calcio y óxidos de hierro y aluminio, son agentes que integran el mantenimiento conjunto de las partículas.

La cohesión,, entonces es la atracción entre partículas de la misma naturaleza.

Adhesión: Se debe a la tensión superficial que se presenta entre las partículas de suelo y las moléculas de agua. Sin embargo, cuando el contenido de agua aumenta, excesivamente, la adhesión tiende a disminuir. El efecto de la adhesión es mantener unidas las partucilas por lo cual depende de la proporción Agua/Aire.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto se puede afirmar que la consistencia del suelo posee dos puntos máximos; uno cuando esta en estado seco debido a cohesión y otro cuando húmedo que depende de la adhesión.

límite Plástico: Se puede llamar una tira cilíndrica cuya finalidad es hacer una pasta de suelo con agua luego es amasada hasta crear o formar un cilindro de 10cm x 0.5cm el grosor.

Límite Liquido: En este limite el contenido de humedad (PW) en la película de agua se hace tan gruesa que la cohesión decrece y la masa de suelo fluye por acción de la gravedad. Se realiza este proceso en la cazuela y se hace una pasta de suelo.

Índice de Plasticidad: Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente en el suelo, por otra: Se obtiene de la diferencia entre el limite liquido y el limite plástico:

IP = LL – LP > 10 plástico.

IP = LL – LP < 10 no plástico.Valores Menores de 10 indican baja plasticidad, y valores cercanos a los 20 señalan suelos Muy plásticos.ESTADOS DE CONSISTENCIAPara medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad no es

una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno. Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.

1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión.2.-Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso.3.-Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente.4.-Estado semi sólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

SELECCIÓN PARA LA DETERMINACION DE LOS LIMITES DE PLASTICIDAD

Es importante que las muestras seleccionadas

para determinar los límites sean lo más homogéneas que se pueda lograr. A este respecto, ha de tenerse en cuenta, que el aspecto de una arcilla inalterada es muy engañoso; a simple vista puede no presentar la menor indicación de estratificación, ni cambio de color y ello no obstante, su contenido natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra extraída del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los límites líquidos.

Figura: Variación de la Fuerza de cohesión y adhesión.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Procedimiento del Límite Plástico:

1. Se toma una porción de suelo, de 20 a 30gr y se adiciona agua hasta formar una pasta.2. Se coloca sobre un vidrio y se amasa hasta formar un cilindro de aproximadamente 3mm de diámetro.3. Con la Espátula corte el cilindro en pequeños trozos y reúnalos para formar nuevamente el cilindro.4. Si no se fragmente el cilindro, repita el paso 3 de lo contrario tome una muestra y páselo a una cápsula para determinar el PW.

Procedimiento del Límite Líquido:

1. Se toma una porción de suelo de aproximadamente 100gr, en una cápsula de porcelana y agregar agua hasta formar una masa pastosa con ligero brillo.2. Colocar una porción en la casuela de Casa Grande de tal manera que la parte mas gruesa alcance un milímetro de profundidad.3. Con la espátula trapezoidal, se hace una incisión en el entro de la masa.4. nicialice el contador del aparato en cero, y girando la manivela, deje golpear la cazuela, de 20 a 25 golpes o veces. En este momento las 2 mitades de la masa, de suelo, deben unirse en una longitud, de 1.5cm aproximadamente, si esto no se logra en el primer intento, haga una proporción suelo agua hasta conseguirlo,5. Toma una porción de la masa y determine su PW.

CONCLUSION

Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregarsele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:1. Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado plástico y puede moldearse. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.2. Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe.3. Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.

CALCULO DEL INDICE DE PLASTICIDAD

Se puede definir el Índice de Plasticidad de un suelo como la diferencia entre su

Límite líquido y su límite plástico.

Índice de Plasticidad = Límite Líquido - Límite Plástico.

- Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, elÍndice de Plasticidad se informará con la abreviatura NP (No plástico).

- Asimismo cuando el límite plástico resultante igual o mayor que el límite Líquido, el índice de plasticidad se informará como NP.

PRECISION Y TOLERANCIAS

Investigaciones realizadas han demostrado que los resultados se repiten muy Bien para un mismo operador, con tal de que posea experiencia aceptable. La Principal fuente de incertidumbre radica en las diferencias en la apreciación del Punto crítico por operadores diferentes.

Límites de Contracción

Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo .

Los cambios en el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad correspondiente al límite de contracción.

EQUIPO Y MATERIALES

Cápsula de contracción

Plato de evaporación

Recipiente volumétrico de vidrio para medir la cantidad de volumen que ocupa el suelo

Espátula

Placa Plástica con tres apoyos

Probeta graduada de 25 ml. y graduada cada 0.2 ml.

Balanza con sensibilidad de 0.1 gr.

Tamiz N°40

Mercurio.

Grasa lubricante

1ro

2do

3ro

4to

5to

6to

7mo

8vo

9no

E) Ensayos de permeabilidad

Uno de los principales inconvenientes que se tiene al realizar ensayos de permeabilidad en suelos finos (arcillosos) usando el permeámetro de pared rígida es que no se sabe con certeza si el espécimen esta completamente saturado, otro inconveniente es el tiempo que tarda el fluido en atravesar el espécimen (en muestras compactadas a la densidad del ensayo Proctor Modificado se tarda aproximadamente dos semanas). Es por las razones indicadas que el Laboratorio Geotécnico del CISMID se vio en la necesidad de adquirir el equipo de Permeabilidad de Pared Flexible.

ALCANCES

Por las razones indicadas que el Laboratorio Geotécnico del CISMID se vio en la necesidad de adquirir el equipo de Permeabilidad de Pared Flexible

Este método de ensayo cubre las mediciones de laboratorio de la conductividad hidráulica (también referida como coeficiente de permeabilidad) de materiales porosos saturados en agua con un permeámetro de pared flexible. Este método de ensayo puede utilizarse con muestras

inalteradas o remoldeadas (compactadas), que tienen una conductividad hidráulica menor o igual que 1x10-5m/s (1x10-3cm/s). La conductividad hidráulica de materiales con conductividad mayor que 1x10-5m/s puede ser determinada por el método de ensayo ASTM D2434, que utiliza el permeámetro de pared rígida.

DEFINICIONES

Conductividad Hidráulica (k).-Es la velocidad de descarga de agua bajo condicionesde flujo laminar a través de una sección transversal unitaria de un medio poroso y bajocondiciones de temperatura estándar (20ºC).)

Flujo unidimensional en el suelo

F)Capilaridad en la Construcción. Se denomina capilaridad a la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido, por ejemplo, en las paredes de un tubo Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de liquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares, es decir, tubos de diámetro muy pequeño.

La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático.

La absorción de agua por una esponja y la ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares de ascensión capilar.

G) Ensayo de compactación Proctor: El ensayo Proctor es prácticamente la referencia universal para el diseño y control de compactación de suelos mixtos (es decir, suelos que no son puramente limpios o cohesivos)

1.-Proctor estándar :

2.- Proctor Modificado:

H) Ensayo de CBR

Este ensayo fue inventado por la División 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 (California Bearing Ratio) se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.

La relación C.B.R. generalmente se determina para 0.1” y 0.2” de penetración, osea 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 crítica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R. se sumergen en agua hasta obtener su saturación. Los ensayos C.B.R. se puede efectuar también sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio.

EQUIPO

Molde CBR, con collarín y la base perforada. Disco espaciador. Pistón o martillo (10 lb. Y altura de caída de 15- 18 pulg.). Plato y vástago. Trípode y extensómetro. Pistón cilíndrico. Marco de carga CBR. Tanque para inmersión. Balanza Cronómetro. Horno.

TÉCNICA DEL ENSAYOReparación de la muestra.

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 reeplazado por un peso igual de material, pero con partículas que sean retenidas en el tamíz ¼” y que pasen por el tamiz ¾”.

Se determina la humedad óptima 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 óptima (25 libras aproximadamente), se mezcla con una cantidad suficiente de agua para producir en contenido de humedad necesario 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 despúes de compactada y la última capa debe estar ½” más arriba de la unión del molde con su collarín. La humedad de las muestras así compactadas no debe ser ni mayor ni menor que 0.5% de la humedad óptima; de otra forma se debe repetir el ensayo.

Se retira el collarín del molde y se lo pesa junto con la muestra compactada, el disco espaciador y la placa de 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.

Método de sumergir la muestra y medir los cambios volumétricos. 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 muestra sobrepeso de 5 libras (esto representa aproximadamente 3” de material). Por lo tanto si 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.

Se sumerge la muestra en el recipiente y se deja allí durante cuatro días hasta que esté completamente saturada y no tenga más cambios volumétricos; se debe tomar la lectura de los extensómetros todos los días.

Al cabo de 4 días se saca el molde del agua, se seca y se deja escurrir por espacio de 15 minutos.

Se quitan los sobrepesos y se pesa la muestra saturada con el fin de apreciar la cantidad de agua absorbida por el espécimen. La muestra se encuentra lista para la penetración del pistón.

Procedimiento (Penetración del Pistón)

Se colocan de nuevo los sobrepesos sobre la muestra saturada.

Se coloca la muestra sobre la plataforma de prensa del C.B.R. La muestra debe estar alineada con el pistón; se levanta la plataforma por medio del gato hidráulico hasta que el pistón esté en contacto con la muestra y se le esté aplicando una carga de 10 libras. Después se vuelve a colocar en cero el indicador de carga. Se coloca también el extensómetro en cero.

Se aplica la carga por medio del 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, 0.3, 0.4 y 0.5” de penetración del pistón.

Se saca la muestra de la prensa del C.B.R. y se toma la muestra de humedad alrededor del orificio dejado por el pistón.

Para sacar la muestra del molde se usa el extractor de muestras con la placa de 6” de diámetro.

CÁLCULOS

Se calculan los Esfuerzos Aplicados dividiendo la carga para el área del pistón. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por la constante del aparato.

Se dibujan las curvas Esfuerzo vs. Penetración para cada molde, colocando en las abscisas 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 así compensar los errores debidos a irregularidades en la Superficie de las muestras y para corregir la curva si esta empieza cóncava hacia arriba

.

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, osea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón, respectivamente. De estos dos 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:

Para el caso de que la muestra ensayada corresponda a suelo de Subrasante, se reportará el C.B.R. que corresponda al 95% de la Densidad Seca Máxima.

I) Ensayos de corte

  Generalidades

Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:a.     Por deformación elástica de las partículas.b.     Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del líquido

existente en los huecos entre las partículas.c.     Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran

masa de suelo.  El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la consolidación.            El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastróficos y para evitarla se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea económicamente factible de llevar a cabo.Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo.Por tanto el problema  de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. En efecto, una valoración correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de éxito cualquier aplicación de la Mecánica de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras civiles.El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.

 

Corte Directo

 El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado  mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.

Principio del ensayo de corte directo:

      Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías:a. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo.b. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo.c. Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.d. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida. Ensayos de resistencia al esfuerzo de corte en suelos

            Los tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en  Laboratorio son: Corte Directo, Compresión Triaxial, Compresión Simple.

Durante muchos años, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prácticamente la única usada para la determinación de la resistencia de los suelos: hoy, aún cuando conserva interés práctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresión Triaxial.

Aplicaciones de los resultados del ensayo a fallas de terreno

a. Capacidad de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas homogéneas saturadas, inmediatamente después de la construcción. El terreno bajo una fundación, es presionado por la falla y asume fallar por corte, en la forma como indica la figura 5.23ab. La presión de tierra en el muro de contención, prevalece inmediatamente después de la construcción. Figura 5.23bc.  Presión de tierra contra la entibación de una excavación temporal. Figura 5.23cd.  Prevención contra el levantamiento de fondo de las excavaciones. Figura 5.23de. Estabilidad de los taludes, inmediatamente después de la excavación. Figura 5.23ef.  Estabilidad en diques de tierra, durante períodos cortos de construcción. Figura 5.23f

 

En los problemas de estabilidad a corto plazo, el valor de la resistencia o cohesión aparente debido al deslizamiento de tierra, es aplicable en el uso de cálculos. El ángulo de resistencia al corte Φ, es requerido para obtener los coeficientes de presión o coeficientes de la capacidad de fuerza en diferentes cálculos. Estos coeficientes son dados en libros y  textos de Ingeniería de Fundaciones.

 Para el análisis a largo plazo en estabilidad de taludes, muros de contención, diques de tierra, los parámetros c y Φ son requeridos para determinar la resistencia al deslizamiento. La estabilidad de taludes en una arcilla preconsolidada, está basada en los parámetros cr y σr de resistencia residual.Ensayo

El ensayo está normalizado en ASTM 3080. La caja de corte es del tipo cuadrada de 100 * 100 mm.

El “set” de presiones normales aplicadas a la muestra queda a criterio del constructor. Se recomienda usar valores de 50%; 100%; 150% y 200% del valor de terreno. Es decir si la estructura descarga en su fundación una tensión de compresión de 2 (Kg/cm²), se recomienda usar valores de 1,2,3 y 4 (kg/cm2), lo que traducido a pesos significan 100, 200, 300 y 400 kg respectivamente.

Aparatos

- Máquina de corte Directo.

- Caja de corte directo.

Fig. 5.25 Placas de la caja de corte

Preparación de la muestra

El procedimiento depende del tipo de suelo y de las condiciones en que será ensayado. El tamaño máximo de las partículas para la caja de 10 cm de lado es de 3,35 mm.

Arena Seca

Se ensaya generalmente a una densidad predeterminada, la muestra se prepara colocando el material en la caja de corte y compactándola en ella, el peso de la muestra se calcula por diferencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja vacía. El nivel a que se coloca es del orden de 5 mm por debajo del nivel superior.

Coloque la placa ranurada, en la superficie de la muestra con las ranuras en dirección perpendicular al movimiento. Mida la distancia entre el borde superior de la caja y la superficie de la placa, en las cuatro esquinas o en el centro de los cuatro lados, el promedio de estos valores lo llamaremos X.

Determine la altura de la muestra a partir de la expresión siguiente:

H = B - ( t1 + 2t2 + X ) [cm]

Donde

B : Altura total de la caja

t2 : p + nqr/L

- Arena seca densa

Se recomienda vibrar la muestra al interior de la caja.

- Arena seca suelta

Dejar caer la muestra desde una pequeña altura en el interior de la caja. Evite golpear la caja al instalarla, puesto que la arena suelta es muy sensible a los golpes.

- Arena saturada

En estas condiciones agregue agua a la muestra y colóquela en la caja. No se debe obtener densidades bajas, sólo densidades medias o altas.

Procedimiento de ensayo

- Suelo no cohesivo

- Pesar un plato grande de arena seca (o mojada con el contenido de humedad conocido con exactitud) con suficiente material para hacer por lo menos tres ensayos a la misma densidad.

- Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separación existente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posición. Obtener la sección transversal A de la muestra.

- Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeño y verificar la nivelación del pistón o bloque de carga.

Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la muestra. Obtener a continuación una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando en varios puntos el borde del pistón o bloque de carga alrededor del perímetro con respecto a la altura de la caja de corte.

Ejemplo الt= 1.92 g/cm3 Volumen de la caja = 365.84 cm3

Entonces la masa de ensayo será de 702.4 g

- Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical (con precisión de 0,01 mm por división). Recordar incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso Pv.

- Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debería ser ligeramente superior (al ojo) que el tamaño más grande de partículas presente en la muestra. A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente después de separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este

momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.

- Ajustar el deformímetro de carátula (0,01 mm/división) para medir el desplazamiento en cortante.

- Para ensayos saturados, saturar la muestra llenando la caja de muestra y permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la saturación.

Asegurarse de que las piedra porosas que se encuentran en la caja de corte estén saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.

- Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga, del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformación unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas a desplazamientos horizontales de:5, 10, y cada 10 ó 20 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria más rápidas, pues existe el peligro de que se presente el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra “falle” entre 3 y 5 min.

- Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojalá dentro de los 5 g y no más de 10 g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso N° 3.

En el paso anterior usar un valor diferente de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por ejemplo, 4, 8, 16 kg más el peso del bloque o pistón de carga para esos tres ensayos ó 5, 10, 20 kg, etc.).

Fig. 5.26 Detalles del ensayo y la caja de corte directo

En la figura 5.26 se aprecian los siguientes componentes: (a)Deformímetro para medir desplazamientos verticales (b)barra de carga (c)pasadores de alineación (d)tornillos para separar las partes de la caja de corte (e)bordes estríados para retener la muestra (f)espacio mayor que el tamaño de la máxima partícula en la muestra (g) Deformímetro (h) juego de tornillos para fijar en posición la cabeza de carga.

- Suelo cohesivo

- Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamaño (y, ojalá, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra. [Qué constituye “apreciable” comparado con el tamaño de la muestra (del orden de 5 cm² x 20 a 25 mm de espesor) es un asunto de criterio personal]

Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparación de la máquina de corte y los demás tipos de ensayo.

- Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra.

- Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistón de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal Pv y ajustar el deformímetro de carátula vertical.

Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.

- Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más grande presente en el suelo, retroceder los tornillos de separación y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propósito. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser extruido fuera de la caja por la zona de separación - utilizar en esos casos cargas verticales pequeñas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidación antes de la separación de cajas.

- Acoplar el deformímetro de deformación constante, fijar en cero tanto el deformímetro horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de la muestra.

- Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte esté entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra “falle” en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo con drenaje. Puede hacerse una gráfica de la lectura de deformación vertical contra el log del tiempo similar a la del ensayo de consolidación del suelo.

- Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o más muestras adicionales. Si el suelo está preconsolidado y se utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un rango de tres cargas normales a cada lado del esfuerzo de preconsolidación.

Cálculos

Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.

a. Densidad de la muestra: Si durante el ensayo ocurren asentamientos importantes la densidad varía de la siguiente forma:

0ال γ = H xال

H – ∆

.γ : Densidad en función del asentamientoال

H : Altura inicial de la muestra

∆ : Asentamiento (Deformación vertical)

0ال : Densidad inicial

b. Calculo de Esfuerzos normales

σ = Pv

A

Donde:

Pv = Carga aplicada normal

A = Area de la muestra (100 cm2)

Los esfuerzos normales con los que se trabajará son:

σ N1 = 0, 25 (Kg/cm2) σ N2 = 1,00 (Kg/cm2) σ N3 =4.0 (Kg/cm2)

c. Calculo del Esfuerzo Cortante Ultimo

T= Fuerza rasante dada por el anillo de carga

d. Construir la Envolvente de Falla

- Dibujar el valor del esfuerzo cortante contra el esfuerzo Normal.

- Trazar una línea recta a través de los puntos dibujados.

- Obtener el intercepto de cohesión (si existe) con el eje ordenado y medir la pendiente de la línea para obtener el ángulo de fricción interno.

e. Deformación Unitaria

- Dibujar una curva de esfuerzo de deformación Unitaria contra esfuerzo cortante.

- Entregar el dato de deformación máxima en milímetros

f. Esfuerzos de corte y cambios de volumen

Confeccione un gráfico que lleve en las abscisas el desplazamiento y en las ordenadas los esfuerzos de corte. Usando la misma escala para los desplazamientos horizontales, confeccione

otro gráfico, llevando en las ordenadas los cambios de volumen. Las curvas para un set de ensayos, deben ir en un solo grafico, como se indica en la figura 5.27.

Envolvente de Coulomb

Confeccione un gráfico llevando en las ordenadas el esfuerzo de corte de falla, y en abscisas los esfuerzos normales. Las escalas vertical y horizontal deben ser las mismas. Dibuje una línea que represente a los puntos del gráfico. Si el suelo es granular y no cohesivo, esta recta debería pasar por el origen (c=0) que puede considerarse como otro punto del ensayo. Esta recta es la llamada envolvente de falla o de Coulomb.

Determine la inclinación de esta recta (tg Φ), que indica el ángulo de fricción interna. Determine la intercección con el eje vertical que nos indica la cohesión del suelo.

Fig. 5.27 Gráficos típicos para un ensayo de corte

Ensayo de corte in situ .

Estos ensayos son análogos a los de corte directo en laboratorio y su aplicación hoy se extiende tanto a suelos como a rocas. Básicamente consisten en tallar bloques generalmente dentro de calicatas de reconocimien to, en su base o paredes, lo que induce el plano de falla del bloque (figura 3.10.). Este tipo de ensayos es de interés en todos aquellos casos en que la toma de muestras o el tallado de éstas sea difícil, como sucede en suelos con proporción importante de piedras, o en suelos residuales, en los que existen con frecuencia trozos de roca semi-descompuesta. El bloque se rodea con un marco metálico, el cual se une al bloque con mortero de cemento. El gato hidraúlico que aplicará la fuerza horizontal, por lo general, se ancla a las paredes del pozo con hormigón. La presión vertical también es aplicada con un gato hidráulico.

Se deben medir los movimientos de las cuatro esquinas de la cara superior del bloque en dirección vertical como horizontal. Las cargas generalmente se miden con un anillo dinamométrico o mediante células de presión y se aplican en forma similar al ensayo de corte directo convencional, es decir, primero la fuerza vertical de confinamiento y luego la fuerza horizontal, que provoca el esfuerzo cortante.

Las dimensiones del bloque oscilan entre 40*40 cm. y 100*100 cm., aunque se han ensayado muestras de hasta 400*400 cm. Una variante del ensayo de corte típico, es el ensayo con saturación previa empleado usualmente en obras hidráulicas.Para esto, se aplica agua a presión que disuelve el aire incluído en el bloque. En arcillas fisuradas se realiza ensayo de corte in situ sin

drenaje con el objeto de ensayar bloques de tamaño adecuado, aplicando una carga normal a la muestra (aunque esté saturada) para cerrar las fisuras. En este tipo de suelos se ha visto que la resistencia en planos horizontales es menor a la obtenida en muestras de menor tamaño en laboratorio, siendo la diferencia de tamaño la ca usa principal, lo que se interpreta como que las muestras pequeñas vienen de trozos intactos no afectados por las fisuras, por lo tanto presentan una mayor resistencia.

J) ENSAYO DE CONSOLIDACION

Cuando se somete un suelo cohesivo saturado a un incremento de carga, ocurre un traspaso de esta carga del 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.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 pre consolidación que, como se verá más adelante, se obtiene de la curva de consolidación.

Equipos

• consolidómetro (también llamado edómetro)

• deformímetro

• equipo de cargas

• cronómetro

• elementos necesarios para el moldeo de la muestra

Procedimiento

1 Moldee cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidación (consolidómetro);

de la raspadura resultante del proceso de moldeo, tome una muestra representativa y utilícela para determinar el contenido de humedad,

2 coloque cuidadosamente la muestra de suelo en el anillo con piedras porosas saturadas en

contacto con las caras superior e inferior; asegúrese de que las piedras porosas entren en el

anillo y no haya posibilidad de contacto entre las piedras porosas y el anillo durante el

proceso de carga,

3 coloque el consolidómetro en el aparato de carga y ajuste el deformímetro; recuerde que paralas lecturas debe considerarse una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.

4 aplique una carga de inicialización de 0.05 kg/cm2 para suelos blandos y de 0.10 para suelos firmes; verifique nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo; coloque el deformímetro en 0,

5 aplique el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tome lecturas de deformación a tiempos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120 min., y a continuación por ejemplo, 4, 8, 16, horas, etc. Hasta que las variaciones de lecturas de deformación resulten muy pequeñas,

6 después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el ΔH entre dos lecturas sea

suficientemente pequeño, incrementar la carga y nuevamente tomar lecturas a intervalos de

tiempo controlados como en el paso anterior; si se utiliza el proceso de ensayo “rápido”, se

deben tomar suficientes tiempos en las lecturas en el tercero y cuarto incremento de carga,

para establecer la pendiente que permitirá calcular la consolidación secundaria,

7 continúe incrementando cargas y tomando lecturas de deformación versus tiempo hasta

llegar a la carga que el instructor les indique,8 al final del experimento, coloque la muestra en el horno, incluyendo todas las partículas que se hayan caído fuera del anillo, para obtener el peso de los sólidos WS y obtenga por

diferencias el volumen final de agua Vwf; compare WS con el valor calculado a partir del

contenido de humedad inicial en el paso 1 (si se hizo la determinación del contenido de

humedad).

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

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, σpc’.

En el gráfico e – Log σv’:

1. Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura

2. Trazar la recta 2, tangente por el punto 1

3. Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1

4. Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3

5. Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada

6. La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de σpc’

• Estableciendo si la Arcilla es NC o PC

Debemos comparar la tensión vertical efectiva de terreno, σvo’ con la tensión depreconsolidación, σpc’, para saber si la arcilla está normalmente consolidado (NC) opreconsolidada (PC).• Si σvo’ ~ σpc’ se trata de una arcilla NC Si σvo’ < σpc se trata de una arcilla PC, siempre que estas diferencias sean significativasEn la curva de consolidación (figura 2):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 elIndice de Compresibilidad, Cc.

• Métodos de Determinación del Coeficiente de Consolidación, cv

(a) Según método de Taylor

En el gráfico deformación vs raíz cuadrada del tiempo (Figura 3):1. Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del gráfico2. La intersección entre la recta definida en 1 con el eje de las abscisas, define una distancia “a”.3. Se define en el eje de las abscisas el punto A distanciado del origen en 1.15A4. Se une el punto 0’ y A.5. La intersección de esta recta con la curva define el valor t90 en el eje de las abscisas.6. Con este valor de t90 calcular el coeficiente de consolidación con la fórmula:

Cv se calcula para todos los incrementos de carga del ensayo, lo cual permite graficar cv en

función de σv’. El valor de cv a utilizar será aquel correspondiente al incremento de carga que se tendrá en terreno, es decir, desde σvo’ a la tensión vertical efectiva final.

(b) Según método de CasagrandeEn el gráfico deformación vs log t (figura 4):1. En la parte inicial parabólica de la curva marcar t1 (si la parte inicial no es parabólica, utilizarD0 asociado a t = 0 y seguir en el paso 4)82. Marcar t2 = 4 t1. Definidos t1 y t2, ellos determinan sobre la curva la distancia vertical Δ.3. Dibujar la distancia 2Δ, y encontrar D0 en el eje de las ordenadas.

4. Dibujar la proyección horizontal del final de la curva de deformación e intersectarla con el eje de las ordenadas, punto que define D100.5. Encontrar D50, como la distancia promedio entre D0 y D100 en el eje de las ordenadas.6. Proyectar D50 en la curva de deformación y encontrar t50 en el eje de las abscisas.7. Calcular cv como:

K) Ensayo de carga directa.El ensayo de carga directa es un ensayo in-situ que permite la estimación de la capacidadportante del suelo mediante métodos empíricos. Este ensayo es sólo una parte de losprocedimientos 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 eldiámetro de la placa a partir del nivel de ensayo, y toma en cuenta sólo parte del efecto deltiempo.EQUIPOPara 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 parasuministrar la carga total requerida en el terreno. Para este fin se puede utilizar uncamión cargado, con un peso total mayor o igual a 20 TM.- Gata hidráulica: De suficiente capacidad para proveer y mantener la carga máximaestimada para las condiciones específicas del suelo, pero no menor de 50 ton. encualquier caso.Para registrar la fuerza aplicada por la gata hidráulica se debe contar con un medidor depresión (manómetro), un anillo de carga o una celda de carga electrónica. Estosdispositivos 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 nomenores 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 cuadradasde áreas equivalentes.- Dispositivos de registro de asentamientos: Se requiere de 3 extensómetros, capacesde medir el asentamiento de la placa de carga con una precisión de por lo menos 0.01pulgadas (0.25 mm).- Aparatos diversos: Incluye una columna de acero (tubo) para transmitir la carga de laplataforma a la placa, y otras herramientas y equipos requeridos para la preparación delensayo y el montaje del equipo (nivel, plomada, etc).El montaje del equipo puede variar ampliamente dependiendo de las condiciones detrabajo, requerimientos del ensayo y equipo disponible. Un montaje típico para realizar elensayo de carga se muestra en la Figura Nº1.PROCEDIMIENTO- Selección del área de ensayo: Una selección representativa de la ubicación delensayo se realiza en base a los resultados de los sondajes de exploración y de losrequerimientos de la estructura. Se debe realizar el ensayo de carga a la profundidad decimentación propuesta y en las mismas condiciones a las que ésta estará sujeta, amenos que se especifiquen condiciones especiales.- Pozos de prueba: Se requieren por lo menos tres pozos, los cuales deben estarespaciados 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 cambiosde humedad del suelo, a menos que se espere un humedecimiento de éste en untiempo futuro, como en el caso de estructuras hidráulicas. En este caso, prehumedecerel suelo en el pozo hasta una profundidad no menor que el doble del diámetro o el largode la placa.- Plataforma de carga: Soportar la plataforma de carga o cajón en puntos tan distantesdel área de ensayo como sea posible, preferiblemente a distancias no menores que 8pies (2.4 m). La carga total requerida deberá estar disponible en el sitio antes de iniciarel ensayo.- Carga muerta: Pesar y registrar como peso muerto todo el equipo usado, tal como laplaca de acero, columna de transmisión de carga y gata hidráulica, etc., que es colocadaen el área previa a la aplicación de los incrementos de carga.-Viga de referencia: Soportar independientemente la viga de referencia, que sostendrálos 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 portanteestimada para el área a ser ensayada. Asegurarse de medir cada carga, y aplicar éstade manera que el suelo sea cargado en forma estática, sin impactos, fluctuaciones oexcentricidades.- 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 15minutos. Intervalos de tiempo mayores deben ser determinados manteniendo la cargaconstante hasta que el asentamiento cese o hasta que la razón de asentamiento seauniforme. Mantener el mismo intervalo de tiempo seleccionado para cada incremento decarga 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 despuésde la aplicación de cada incremento de carga, y en intervalos de tiempos iguales cuandoésta es mantenida constante. Realizar por lo menos 6 mediciones del asentamientoentre las aplicaciones de carga.- Término del ensayo: Continuar cada ensayo hasta que la carga pico sea alcanzada ohasta que la relación de incremento de carga a incremento de asentamiento resulte unmínimo. Si existe suficiente carga disponible, continuar el ensayo hasta que elasentamiento total alcance por lo menos el 10% del diámetro de la placa, a menos queuna falla bien definida sea observada.Después de terminar las observaciones para el último incremento de carga, liberar lacarga aplicada en aproximadamente tres decrementos iguales. Continuar registrando larecuperación del suelo hasta que la deformación cese, o por un período no menor que elintervalo de tiempo seleccionado para la carga.NOTA: El siguiente procedimiento alternativo es también permitido. Aplicar la carga alsuelo en incrementos correspondientes a incrementos de asentamientos deaproximadamente 0.5% del diámetro de la placa. Después de la aplicación de cadaincremento de asentamiento, medir la carga en intervalos de tiempo fijados; por ejemplo30s, 1, 2, 4, 8 y 15 min. después de la aplicación de carga, hasta que la variación deésta 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 delensayo y la descarga se realiza de manera similar a la indicada anteriormente.EVALUACION DE LOS RESULTADOS- Capacidad admisible del terreno: Existen varios criterios para evaluar la capacidadadmisible del terreno en base a los resultados del ensayo de carga in-situ. El ComitéFrancés de Mecánica de Suelos 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 enmilímetros. El valor de qad se toma como la carga correspondiente en la curva esfuerzodeformación,que es producto de la intersección de una recta paralela a la curva dedescarga que pasa por los valores de deformación en milímetros indicados y la curvareferida.También existe el criterio de Terzaghi y Peck que indica que la carga admisible de unensayo 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, dediámetro puede ser relacionada con los asentamientos esperados de la cimentación. Existenvarios métodos empíricos para este fin, una relación sugerida por Terzaghi y Peck (1967) es:

donde la notación usada es la misma que para la expresión de Terzaghi y Peck. Elcoeficiente adimensional "n" depende del suelo y puede ser determinado por larealización de dos o más ensayos de placa con diferentes diámetros y resolviendo laecuación 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.NOTA: las relaciones anteriores sólo se consideran aplicables para la estimación delasentamiento en suelos no cohesivos, donde la dependencia del tiempo de lasrelaciones 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 verticaldel 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; ademása partir de este valor se puede obtener el módulo de corte G, mediante la siguienteexpresión:

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

L) Ensayo para obtener el módulo de BALASTO.DETERMINACION DEL MODULO DE REACCION (PLACA DE CARGA).

Los ensayos de placa de carga permiten determinar las características resistencia-deformación de un terreno. Consisten en colocar una placa sobre el suelo natural, aplicar una serie de cargas y medir las deformaciones. El resultado del ensayo se representa en un diagrama tensión deformación. A partir de este ensayo se pueden obtener numerosos datos entre los que se destacan: - obtención de la capacidad de carga del suelo para el asentamiento determinado, - determinación del módulo de reacción ó coeficiente de Balasto (K), - determinación de las características de la curva carga contra deformación del suelo, - obtención del coeficiente de elasticidad del suelo (E) - realización de estudios sobre la estabilidad de pavimentos ó bases de caminos ya existentes. La información proporcionada es posible usarla en la evaluación y diseño de pavimentos de tipo rígido ó flexible de carreteras y/o aeropuertos y aplicarse tanto a suelos en estado natural como compactados. Algunos términos utilizados en este ensayo son: - Módulo de reacción. Es la presión que ha de transmitirse a la placa para producir al suelo una deformación prefijada. - Deflexión. Es el descenso vertical de una superficie debido a la aplicación de una carga

sobre ella. - Deflexión residual. Es la diferencia entre el nivel original de una superficie y su posición final a consecuencia de la aplicación y retiro de una o más cargas en la superficie. - Deflexión elástica. Es la recuperación de la deformación vertical que tiene lugar cuando la carga se retira de la superficie

Ensayo de placa de carga estática no repetida (LNV 98-86) (ASSHTO T 222-81) . - Equipo necesario. - 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 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. - V i g a p o r t a d i a l , s o b r e l a c u a l s e m o n t a n l o s d i a l e s 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. - 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.

- Procedimiento. - Preparación del área de ensayo. - P a r a u n e n s a y o d e c a r g a n o c o n f i n a d o e f e c t u a d o directamente sobre un 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. - P a r a u n e n s a y o d e c a r g a n o c o n f i n a d o c u a n d o l a subrasante sea construida con material de relleno, deberá realizarse un terraplén o cancha de prueba de no 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. - 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. - 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. - Cálculos. - Calcular el módulo de reacción no corregido del suelo (Ku), mediante la siguiente expresión: Ku = 70 Kpa / deflexión promedio en mm. donde: Ku = módulo de reacción del suelo no corregido por saturación (Mpa/m) - Calcular el módulo de elasticidad (E) o deformación elástica del suelo mediante la siguiente expresión:

- Correcciones y gráficos. - Curva carga-deformación. Como antes se señaló si Ku<56 Mpa/m, el ensayo está terminado y no es necesario trazar la curva de carga-deformación. En caso contrario, si Ku ≥ 56 Mpa/m, es necesaria la curva y debe corregirse por efectos como asentamiento deficiente de las placas, comportamiento carga deformación no lineal o falla por corte. La carga unitaria, (70 o 210 Kpa. dependiendo del valor de Ku) se dibuja en función de la deflexión promedio de cada incremento de carga. La deflexión se obtiene de las lecturas de cada dial entre cero y el final de cada incremento de carga. Si la relación carga-deformación corresponde a una línea recta que no pasa por el origen, la curva deberá corregirse. Generalmente la curva carga-deformación se aproximará a una línea recta entre las cargas unitarias de 70 y 210 Kpa. La corrección consiste en dibujar una línea recta paralela a la porción recta de la curva trazada y que pase por el origen. Si la curva no es lineal en toda su extensión, la corrección de la línea recta se basará en la pendiente promedio de la curva a través de a lo menos tres puntos en la región de la curva que tenga menor curvatura (figura 3.24.). Si la curva carga-deformación es innecesaria (Ku <56 Mpa/m)la deflexión promedio, es el promedio de la deflexión total registrada en cada uno de los tres diales entre el cero y el término del incremento de carga.Si se requiere la curva, la deflexión promedio será el valor obtenido de la curva corregida para una carga de 70 Kpa.

Figura 3.24. Gráfico de correción de curvas presión-deformación. Fuente: Geotecnia LNV., 1993.

El valor de K u calculado anteriormente (Ku ≥ 5 6 M p a / m ) , debe ser corregido po r flexión de las placas soportantes . Esta flexión redunda en una mayor deflexión entre el centro de la placa que en el borde donde se miden las deflexiones, por lo tanto el valor de K u es mayor que el real. La corrección se hace por medio de un gráfico (figura 3.25.), donde se entra con el valor de K u por la ordenada y se proyecta horizontalmente hasta interceptar la curva dibujada. Luego el valor de K u corregido es determinado proyectando verticalmente la intersección del gráfico y leyendo su valor en la abscisa.

- corrección por saturación . El diseño de pavimentos se basa generalmente en el módulo de reacción del suelo saturado. Como no es factible saturar el suelo en el momento del ensayo, ni tampoco el suelo en estado natural se presenta en ese estado, se debe corregir para estimar el valor en el caso de que el suelo estuviera saturado. Si el ensayo se realiza sobre un suelo cohesivo, no es necesaria la corrección por saturación. En cambio si el ensayo se ejecuta sobre material no cohesivo, pero que descansa sobre material cohesivo, la corrección debe realizarse con ensayos sobre el material cohesivo. El factor de corrección por saturación es la razón de deformación entre una probeta de consolidación con humedad natural y la deformación de una probeta saturada, ambas bajo una presión de 70 Kpa. Cada probeta se someterá a la misma carga de asentamiento (7 o 14 Kpa.) usada en el ensayo de terreno. La carga de asentamiento se mantiene aplicada sobre la probeta que tiene humedad natural hasta que se produzca toda la deformación. En ese momento se realiza la lectura cero del dial de deformación vertical. Sin retirar la carga de asentamiento se aplica una carga adicional de 70 Kpa. y una vez completada la deformación, se toma la lectura del dial de deformación vertical. La otra muestra se deja saturando en el consolidómetro bajo la carga de asentamiento de 7 o 14 Kpa. Una vez saturada se registra la lectura cero. Al igual que el caso anterior, se aplica una carga adicional de 70 Kpa. sin retirar la carga de asentamiento. La carga adicional se mantiene hasta completar la deformación tras lo cual se

registra la lectura final del dial. Si el suelo es propenso al hinchamiento, el anillo del consolidómetro no debe quedar completamente lleno, sino dejando una huelga de 1,5 mm. para permitir el hinchamiento. La corrección por saturación será aplicada en proporción a la deformación de las dos probetas bajo una carga unitaria de 70 Kpa., mediante la siguiente expresión:

M) Ensayo de equivalente arena.

OBJETIVO

Determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los

suelos o agregados finos. Es un procedimiento rápido del campo.

2.-APARATOS

Cilindro graduado de plástico, con diámetro interior de 31,75 ± 0.381 mm (1 ¼ ± 0,015") y altura

de 431,8 mm (17") aproximadamente, graduado en espacios de 2,54 mm (0.1"), desde el fondo

hasta una altura de 381 mm (15"). La base del cilindro debe ser de plástico transparente de 101,6 x

101,6 x 12.7 mm (4" x 4" x 1/2") bien asegurada al mismo, como se muestra en la Figura 1.

(Montaje B).

2.2 Tapón macizo de caucho o goma, que ajuste en el cilindro.

2.3 Tubo irrigador, de acero inoxidable, de cobre o de bronce, de 6,35 mm (1/4 de diámetro

exterior y 0,89 mm (0,035") de espesor, con longitud de 508 mm (20"), con uno de sus extremos

cerrado formando una arista. Las caras laterales del extremo cerrado tienen dos orificios de 1 mm

de diámetro (calibre No. 60), cerca a la arista que se forma. Figura 1 (detalles).

2.4 Tubo flexible (de plástico o caucho) de 4,7 mm (3/16") de diámetro y de 1,20 m de largo,

aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del liquido a través del mismo. Este

tubo conecta el sifón con el tubo irrigador.

2.5 Dos botellas de 3,785 l (1 galón) de capacidad, el primero destinado a contener la solución de

trabajo de cloruro de calcio; el tapón de este frasco lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y

el otro para entrada de aire; el frasco debe colocarse a 915 ± 25 mm (36 ± 1”) de altura sobre la

mesa de trabajo. Mientras que el segundo destinado para contener la solución Stock.

Nota 1. Puede usarse un recipiente de cristal o plástico de mayor tamaño, siempre que el nivel de

la solución en su interior se mantenga entre 0,914 y 1,14 metros (36" y 45") por encima de la

superficie de trabajo.

2.6 Dispositivo para tomar lecturas. Un conjunto formado por un disco de asentamiento, una barra

metálica y una sobrecarga cilíndrica. Este dispositivo está destinado a la toma de lecturas del nivel

de arena y tendrá un peso total de 1 kg La barra metálica tiene 457 mm (18") de longitud; en su

extremo inferior lleva enroscado un disco metálico de cara inferior plana perpendicular al eje de la

barra; la cara superior de este disco de asentamiento es de forma cónica. El disco lleva tres

tornillos pequeños que sirven para centrarlo en el interior del cilindro.

2.7 Recipiente metálico, de diámetro 57 mm (2 1/4") aproximadamente, con una capacidad de 85

± 5 ml.

2.8 Embudo, de boca ancha, de 100 mm (4") de diámetro.

2.9 Reloj o cronómetro, para lecturas de minutos y segundos.

2.10 Un agitador, que puede ser:

Mecánico, que tenga una carrera de 203,2 ± 1,02 mm (8,00 ± 0,04") y que opere a 175 ± 2

ciclos por minuto (2,92 ± 0,03Hz)

Nota 2. El agitador mecánico debe estar provisto de dispositivos de seguridad para protección del

operador.

De operación manual. Que sea capaz de producir un movimiento oscilatorio a una razón de

100 ciclos completos en 45 ± 5 segundos, con ayuda manual y un recorrido medio de 127 ± 5

mm (5,0 ± 0.2").

3. SOLUCIONES

3.1 La solución Stock tipo cloruro de calcio (CaCI2), se prepara de la siguiente forma:

454 g (1 lb) de cloruro de calcio anhidro.

2050 g (1 640 ml) de glicerina Q.P.

47g (45 ml) de formaldehído (en solución al 40 % en volumen).

Preparación. Se disuelve la cantidad indicada de cloruro de calcio (CaCI2) en 1,90 l (1/2

galón) de agua destilada. Se deja enfriar esta solución y se pasa por papel de filtro rápido. A

la solución filtrada se agregan los 2050 g de glicerina y la cantidad indicada de formaldehído.

Se mezcla bien y se diluye hasta que la solución llegue a los 3,785 l (1 galón) de volumen. El

agua que se adiciona a esta solución será igualmente destilada.

3.2 Solución de trabajo de cloruro de calcio (CaCI2) Se obtiene con 88 ml de la solución Stock,

diluida en agua destilada hasta completar 3 785 l (1 galón).

Nota 3. Se podrá usar agua potable o desmineralizada en lugar de agua destilada, siempre que no

se afecten los resultados del ensayo. El efecto de estas aguas puede determinarse por

comparación de resultados de tres ensayos efectuados utilizando agua destilada y local. Los seis

especimenes de ensayo empleados para esa comparación deben prepararse de la misma muestra

de material secada al horno.

4. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

4.1 Obténganse al menos 1 500 g de material que pase el tamiz de 4,76 mm (No. 4), de la siguiente

forma:

Sepárese la muestra por tamizado a mano o por medio de un tamizador mecánico.

Antes de seleccionar la muestra de ensayo se deben desmenuzar todos los terrones de material fino.

Remuévase cualquier cubierta de finos que se adhiera al agregado grueso: estos finos pueden ser removidos por secado superficial del agregado grueso, y frotación entre las manos sobre un recipiente plano. Añádase el material así removido a la porción fina de la muestra.

4.2 Para determinar la cantidad del material para el cuarteo, se pesará o se determinará el volumen de una porción de material igual a 4 moldes de medida, en la siguiente forma:

Humedézcase el material para evitar segregación o pérdida de finos durante el proceso de separación o cuarteo, teniendo cuidado, al adicionar agua a la muestra, para mantener una condición de flujo libre de material.

Usando el recipiente de medida, sáquense cuatro (4) de esas medidas de la muestra.

Cada vez que obtenga una medida golpéese la parte inferior del recipiente sobre una superficie dura al menos cuatro (4) veces, para obtener una medida de material consolidado hasta el borde del recipiente.

Determínese la cantidad de material contenido en estas cuatro (4) mediciones, ya sea por peso o por volumen del cilindro plástico.

Retórnese este material a la muestra y realícese el cuarteo haciendo los ajustes necesarios

para obtener el peso o el volumen anteriormente determinado. De este cuarteo se debe

obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad suficiente de muestra para llenar la medida.

Séquese cada espécimen de muestra hasta peso constante a 105 ± 5 °C (230 ± 9 °F) y

enfríese a temperatura ambiente antes de empezar el ensayo.

Nota 4. Los resultados del ensayo del equivalente de arena en muestras que no han sido secadas,

generalmente serán menores que los resultados obtenidos de muestras de ensayo idénticas que

han sido secadas.

Cuando el ensayo se efectúe para controlar el cumplimiento de las especificaciones, puede

permitirse, en muchos casos, ejecutarlos sin antes secar el material. Sin embargo, aquellos

materiales que den valores menores que el mínimo especificado, deben volverse a ensayar con el

material secado al horno. Si el equivalente de arena determinado en un ensayo con una muestra

seca está por debajo del mínimo, será necesario realizar dos (2) ensayos adicionales con

especimenes secos de la misma muestra.

4.3 Prepárese el número deseado de especimenes de la muestra de ensayo, así:

Humedézcase el material para evitar segregación o pérdidas de finos, manteniendo una

condición de flujo libre.

Sepárense por cuarteo de 1000 a 1500 g de muestra. Colóquese en un recipiente circular y

mézclese hacia el centro, por lo menos durante 1 minuto, para lograr uniformidad. Revísese

que la muestra tenga la humedad necesaria, exprimiendo firmemente una porción pequeña

de la muestra en la palma de la mano. Si se forma una masilla que puede ser manejada con

cuidado sin romperse, está en el rango correcto de humedad.

Si la muestra está demasiado seca, se desmoronará y será necesario añadir agua, volver a mezclarla y probar nuevamente hasta que el material forme una masilla plástica. Si la muestra presenta agua libre superficial estará demasiado húmeda y deberá secarse al aire, mezclándola frecuentemente para asegurar uniformidad y ensayándola nuevamente, hasta obtener una masilla que se pueda manejar.

Si el contenido de humedad al recibo de la muestra se encuentra dentro de los limites

descritos anteriormente, la muestra puede ensayarse de inmediato. Si el contenido de

humedad se debe modificar para su empleo, la muestra debe colocarse en un recipiente y

cubrirse con una toalla húmeda, en forma tal que no toque el material y dejarla allí por 15

minutos, como mínimo.

Después del tiempo mínimo de curado, mézclese nuevamente por 1 minuto sin agregar agua

y fórmese un cono con el material, utilizando un palustre.

Tómese el recipiente de medida en una mano y presiónese contra la base del cono mientras

se sostiene a éste con la mano libre.

A medida que el recipiente atraviesa el cono manténgase suficiente presión en la mano para

que el material lo llene por completo. Presiónese firmemente con la palma de la mano

compactando el material hasta que éste se consolide, el exceso debe ser retirado y

desechado, enrasando con el palustre a nivel del borde del recipiente.

Para obtener especimenes adicionales, repítanse los pasos anteriores.

5. PROCEDIMIENTO

5.1 Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro de plástico graduado, con la

ayuda del sifón, hasta una altura de 101,6 ± 2,54 mm (4 ± 0,1").

5.2 Con ayuda del embudo, viértase la muestra de ensayo en el cilindro graduado. Golpéese varias

veces el fondo del cilindro con la palma de la mano para liberar las burbujas de aire y remojar la

muestra completamente. Déjese en reposo durante 10 ± 1 minuto.

Al finalizar los 10 minutos (Periodo de humedecimiento), tápese el cilindro con un tapón y suéltese

el material del fondo invirtiendo parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez.

5.3 Después de soltar el material del fondo, agítese el cilindro con cualquiera de los métodos

siguientes:

Método del agitador mecánico: colóquese el cilindro tapado en el agitador mecánico y

déjese en funcionamiento por un tiempo de 45 ± 1 seg.

Método del agitador manual: asegúrese el cilindro tapado con las tres pinzas de resorte,

sobre el soporte del agitador manual, y póngase el contador de ciclos en cero.

Nota 5. Para prevenir el derramamiento, asegúrese de que el tapón esté firmemente colocado en

el cilindro, antes de colocarlo en el agitador manual.

Párese directamente frente al agitador y fuércese el soporte hasta colocar el índice sobre la marca

límite del émbolo pintada en el tablero, aplicando una fuerza horizontal sobre la biela resortada

del lado derecho. Luego retírese la mano de la biela y permítase que la acción del resorte de ésta

mueva el soporte y el cilindro en la dirección opuesta sin ayudarlo y sin impedimento alguno.

Aplíquese suficiente fuerza a la biela resortada, con la mano derecha, durante el recorrido con

empuje para llevar el índice hasta la marca limite del émbolo, empujando la biela con la punta de

los dedos para mantener un movimiento de oscilación suave. El centro de la marca del límite de

carrera está colocado para proveer la longitud adecuada de movimiento y su ancho se ajusta al

máximo de variación permitida. La cantidad correcta de agitación se logra solamente cuando el

extremo del índice invierte su dirección dentro de los límites marcados. Una correcta agitación

puede mantenerse mejor al usar solamente el movimiento del antebrazo y la muñeca para mover

el agitador. Continúe la acción de agitación hasta completar 100 golpes.

Método manual: sosténgase el cilindro en una posición horizontal y agítese vigorosamente

con un movimiento lineal horizontal de extremo a extremo. Agítese el cilindro 90 ciclos en

aproximadamente 30 segundos, usando un movimiento de 229 ± 25 mm (9 ± 1"). Un ciclo

está definido como movimiento completo hacia adelante y hacia atrás. Para agitar el cilindro

a esta velocidad, será necesario que el operador mueva únicamente los antebrazos mientras

mantiene el cuerpo y los hombros descansados o relajados.

5.4 Inmediatamente después de la operación de agitación, colóquese el cilindro verticalmente

sobre la mesa de trabajo y remuévase el tapón.

5.5 Procedimiento de irrigación.

Durante el procedimiento de irrigación manténgase el cilindro vertical y la base en contacto

con la superficie de trabajo. Colóquese el tubo irrigador en la parte superior del cilindro,

aflójese la pinza de la manguera y lávese el material de las paredes del cilindro a medida que

baja el irrigador, el cual debe llegar a través del material, hasta el fondo del cilindro,

aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras que la solución de trabajo fluye

por la boca del irrigador. Esto impulsa hacia arriba el material fino que esté en el fondo y lo

pone en suspensión sobre las partículas gruesas de arena.

Continúese aplicando una acción de presión y giros mientras se lavan los finos, hasta que el

cilindro esté lleno a la altura de 381 mm (15"); entonces, levántese el tubo irrigador

suavemente sin que deje de fluir la solución, de tal forma que el nivel del líquido se

mantenga cerca a dicha altura, mientras se extrae el tubo irrigador.

(Regúlese el flujo justamente antes de que el tubo irrigador sea completamente sacado, y ajústese el nivel final a la lectura de 381 mm (15").

5.6 Déjese el cilindro y el contenido en reposo por 20 min ± 15 s. Comiéncese a medir el tiempo

inmediatamente después de retirar el tubo irrigador.

5.7 Al finalizar los 20 minutos del período de sedimentación, léase y anótese el nivel de la parte

superior de la suspensión arcillosa, tal como se indica en el numeral 5.9.

Este valor se denomina "lectura de arcilla". Si no se ha formado una línea clara de demarcación al

finalizar el período especificado de 20 minutos, permítase que la muestra permanezca sin ser

perturbada hasta que una lectura de arcilla pueda ser claramente obtenida; entonces, léase

inmediatamente y anótese la altura de la suspensión arcillosa y tiempo total de sedimentación. Si

este último excede de 30 minutos, efectúese nuevamente el ensayo, usando tres especimenes

individuales de la misma muestra y anótese la lectura de la columna arcillosa para la muestra que

requiera el menor tiempo de sedimentación.

5.8 Determinación de la lectura de la arena.

Después de tomar la lectura de arcilla, introdúzcase dentro del cilindro el conjunto del disco,

la varilla y el sobrepeso, y baje suavemente el conjunto hasta que llegue sobre la arena.

Evítese que el disco indicador de lectura golpee la boca del cilindro, mientras se baja el

conjunto. A medida que el conjunto baje, manténgase uno de los tornillos de centraje del

pie en contacto con la pared del cilindro sobre las graduaciones, de manera que sirva de

índice para la lectura.

Cuando el conjunto toque la arena, léase y anótese el de la ranura del tornillo, la cual se

denominará "lectura de arena". Si la lectura se hace con él disco indicador, la "lectura de

arena" se obtendrá restando 254 mm (10") del nivel indicado por el borde superior del

indicador.

5.9 Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, esté entre líneas de graduación, se anotará la

lectura correspondiente a la graduación inmediatamente superior. Por ejemplo, si un nivel de

arcilla es 7,95 se anotará como 8,0. Un nivel de arena de 3,22, se anotará como 3,3.

5.10 Después de tomar las lecturas, sáquese el conjunto del cilindro, tape éste con su tapón de

goma y sacúdase hacia arriba y hacia abajo en posición invertida hasta que el material

sedimentado se deshaga y vacíese inmediatamente. Enjuáguese la probeta con agua dos veces.

6. CÁLCULOS

6.1 El equivalente de arena se calculará con aproximación al décimo (0.1%), así:

Equivalente de Arena (EA) =

Lectura de arenaLectura de arcilla x 100

6.2 Si el equivalente de arena no es un número entero, anótese en el informe redondeando la fracción al número inmediato superior.

Por ejemplo si la “ lectura de arcilla “ es 8 y la “ lectura de Arena “ es 5,3 entonces el equivalente Arena es:

(5,3 / 8) x 100 = 66,3

Desde que este Equivalente Arena no es un número entero, él se informaría como el próximo número entero mas alto que es 67.

6.3 Para obtener el promedio de una serie de valores de equivalente de arena, promédiese el número de valores enteros determinados como se describió anteriormente. Al igual que el caso anterior el Equivalente Arena Resultante debe ser redondeado al número inmediato superior.

Así por ejemplo:Equivalentes Arenas calculadas: 42,1, 43,6 y 42,8Equivalente Arena redondeadas al Número Entero inmediato superior: 43, 44, 43

Determínese el promedio de estos valores como sigue:

EA = (43+44+43) / 3 = 43,3

Desde que el valor promedio no es un numero entero entonces para ser reportado, se deberá

redondear este al entero inmediato superior, tal es el caso.

EA = 44%

7. OBSERVACIONES

7.1 La temperatura de la solución de trabajo deberá ser 22 ± 3 ºC (72 ± 5 ºF) durante la realización

de este ensayo.

Nota 6. Si las condiciones de campo no permiten el mantenimiento del intervalo de temperatura

establecido, se deben enviar muestras al laboratorio, donde es posible un control de las mismas,

con la frecuencia que sea necesaria.

También es posible realizar una corrección por temperatura para el material que esté siendo

ensayado, con las curvas de temperatura desarrolladas para dicho material, en sitios donde no sea

posible realizar un control apropiado. Sin embargo, no existen curvas de corrección generales que

puedan ser utilizadas para diferentes tipos de material, incluso en rangos estrechos de valores del

equivalente de arena. Las muestras que satisfagan los equivalentes de arena mínimos a una

temperatura de la solución de trabajo inferior al intervalo recomendado, no necesitan ser

sometidas a ensayos de referencia.

7.2 El ensayo debe realizarse en un sitio donde no exista vibración. La excesiva vibración puede

hacer que el material suspendido se sedimente a una mayor velocidad.

7.3 No se deben exponer los cilindros plásticos a la luz directa del sol más de lo necesario.

7.4 Cuando las perforaciones del tubo del irrigador se obstruyan por partículas de arena, si no es

posible suprimir la obstrucción de otra manera, podrá hacerse con un alfiler u otro objeto agudo,

teniendo mucho cuidado para evitar que se ensanche el orificio.

7.5 Ocasionalmente puede ser necesario remover un crecimiento de hongos que se forman en las

paredes del frasco de solución de trabajo y en el interior de la manguera y del tubo irrigador. Esto

puede hacerse por medio de una solución disolvente de hipoclorito de sodio, diluida en agua por

partes iguales.

Para eliminar esta formación de hongos, debe llenarse el frasco con la solución disolvente y

dejar pasar aproximadamente un litro de la misma por el sifón y el irrigador; luego se corta

el paso de la corriente liquida colocando la pinza al final de la manguera teniéndola llena de

solución disolvente.

Vuélvase a llenar el frasco con la solución y déjese durante toda la noche. Después, descárguese la solución disolvente por medio del sifón y el tubo irrigador, sepárese el sifón del frasco y enjuáguense ambos con agua limpia. El irrigador y el sifón se lavan fácilmente, conectándolos a una llave de agua mediante una manguera delgada y dejando pasar el chorro de agua fresca a través de ellos, en sentido contrario al flujo normal.

7.6 Cuando se tomen las lecturas de arena debe tenerse cuidado de no presionar hacia abajo, ya

que esto puede ocasionar una lectura errada.

8. PRECISIÓN

8.1 La ejecución de este ensayo requiere que el laboratorista tenga experiencia, de manera que

pueda obtener resultados consistentes y satisfactorios con muestras representativas de cualquier

clase de material, cuando el ensayo se realiza de acuerdo con lo prescrito.

8.2 Se considerará un laboratorista con experiencia cuando los resultados obtenidos por éste, en

tres ensayos independientes, con el mismo espécimen de muestra, no varíe en ± 4 puntos

respecto al promedio de estos ensayos.

8.3 Si un operador no es capaz de obtener resultados consistentes, no debe realizar el ensayo

hasta perfeccionar la técnica suficiente para lograr resultados dentro de los límites especificados.

8.4 El laboratorista que utiliza el procedimiento del agitador manual debe tener experiencia para

manipular este instrumento, a fin de que los resultados que obtenga coincidan, aproximadamente,

con los obtenidos con el agitador mecánico.

9. REFERENCIAS NORMATIVAS

ASTM D 2419

AASHTO T 176

Lista de materiales

EnsamblajeParte

Nº DescripciónMaterial

Tamaño

A Conjunto del sifón

1 Tubo del sifónTubo de cobre (puede

ser niquelado)

6,4 Φ x 400

2 Manguera del sifónTubo de caucho (goma

pura o equiv.)

4,8 Φ I X 1 220

3 Manguera de purgaTubo de caucho (goma

pura o equiv.)

4,8 Φ I x 50,8

4 Tubo de purga Tubo de cobre (puede 6,4 Φ x 50,8

ser niquelado)

5 Tapón con dos agujeros CauchoNº 6

6 Tubo irrigador6,4 Φ E x 0,89wal x500

55 tube, Tipo 316

7 Abrazadera

De compresión, Day,

BKH Nº 21730 o

Equivalente.

BConjunto de la probeta

graduada

8 Tubo Acrílico transparente 38,1 Φ E x430

9 Base Acrílico transparente 12,7x102x102

CConjunto para lectura de

arena

10Indicador de lectura de

arena

Nylon 101 tipo 66

templado

6,4 Φ x14,9

11 BarraBronce (puede ser

niquelada)

6,4 Φ x 438,2

12 PesaAcero (puede ser

niquelada)

50,8 Φ x52,78

13 PasadorMetal resistente a la

corrosión

0,16 Φ x 12,7

14 Pie Bronce 0,16Hex x13,7

15 Tapón sólidoCaucho (puede ser

niquelado)

Nº 7

Φ=Diámetro I = Interno E = Externo

Nota A. En el conjunto B la precisión de la escala debe ser de ± 0.25 mm (± 0.010") por 2.5 mm

(0.1")

Nota B. Conjunto B. Las graduaciones del cilindro deben ser en 2.5 mm (0.1") y las marcas de 25.4

mm (1") deben designarse numéricamente como se indica en la Figura 1. Las líneas divisorias de

25.4 mm (1") y 12.7 mm (0.5") deben ser de aproximadamente 6.35 mm (0.25") de longitud. Todas

las líneas divisorias serán de 0.38 mm (0.015") de profundidad con ancho en la superficie de 0.76

mm (0.030").

Nota C. Conjunto C. El peso del conjunto incluyendo la pesa será de 1.000 ± 5 gr.

N) Ensayos de dureza del agregado los Ángeles

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").

Nota 1. Es preferible el empleo de un entrepaño de acero resistente al desgaste de sección

rectangular y montado independientemente de la tapa. No obstante, puede usarse una sección

angular montada adecuadamente en la parte interior de la tapa, teniendo en cuenta la dirección de

rotación para la que la carga sea recogida por la cara exterior del ángulo.

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 echo

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.

2.5 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, según se indica en el

numeral 3.2, 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

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

Pasa tamiz

Retenido en

tamizPesos y granulometrías de la muestra para ensayo (g)

mm (alt.) mm (alt.) A B C D

37,5 (1 1/2") -25,0 (1") 1250 ± 25

25,0 (1") -19,0 (3/4") 1250 ± 25

19,0 ( 3/4") -12,5 (1/2") 1250 ± 10 2500 ± 10

12,5 ( 1/2") -9,5 (3/8") 1250 ± 10 2500 ± 10

9,5 (3/8") -6,3 (1/4") 2500 ± 10

6,3 (1 1/4") -4,75 (N° 4) 2500 ± 10

4,75 (N° 4) -2,36 (N° 8) 5000 ± 10

TOTALES 5000 ± 10 2500 ± 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.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.

REFERENCIAS NORMATIVAS

ASTM C 131

AASHTO T 96

RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS GRUESOS DE TAMAÑOSMAYORES 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.

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

Tamaño del tamizPesos y granulometrías de la muestra para el

ensayo (g)

Pasa Retiene E F G

75 mm (3”)

63 mm (2 1/2”)

50 mm (2”)

37,5 mm (1 1/2”)

25 mm (1”)

63 mm (2 1/2”)

50 mm (2”)

37,5 mm (1 1/2”)

25 mm (1”)

19 mm (3/4”)

2500 ± 50

2500 ± 50

5000 ± 50

5000 ± 50

5000 ± 25

5000 ± 25

5000 ± 25

10000 ± 100 10000 ± 75 10000 ± 50

PROCEDIMIENTO

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 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.

ESULTADOS

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.

CORRESPONDENCIA EN OTRAS NORMAS

ASTM C 535

Ñ) Ensayo de sales y sulfatos

O) Ensayo para obtener el módulo de resiliencia

1.1 Cubre los procedimientos normalizados para la determinación del módulo elástico dinámico (de resiliencia) de los suelos. Incluye la preparación y ensayo de suelos no tratados, bajo condiciones que representan una simulación razonable de las características físicas y de los estados de esfuerzos de los materiales de la subrasante, bajo pavimentos flexibles sometidos a las cargas debidas al tránsito.

1.2 Los métodos descritos son aplicables a muestras inalteradas de materiales naturales, a muestras compactadas de subrasante y a muestras transportadas, preparadas para ser ensayadas, por compactación en el laboratorio.

1.3 Los valores del módulo resiliente (elástico-dinámico) determinados con estos procedimientos, pueden ser empleados en las teorías de sistema de capas elástico lineales y elástico-no lineales, para calcular la respuesta física de las estructuras de pavimentos.

2. DEFINICIONES BÁSICAS

2.1 δ1 = Esfuerzo axial total (esfuerzo principal mayor).

2.2 δ3 = Esfuerzo radial total; esto es, la presión de confinamiento aplicada en la cámara triaxial (esfuerzo principal, intermedio y menor).

2.3 δd = δ1 – δ3 = Esfuerzo desviador; esto es, el esfuerzo axial repetido para este procedimiento.

2.4 E1 = Deformación axial total debida a sd

2.5 Er = Deformación axial resiliente (recuperada).

2.6 Mr = δd/Er es el módulo resiliente, esto es, la relación entre el esfuerzo dinámico y la deformación que puede substituirse, en procedimientos analíticos que incluyen cargas de tráfico dinámico y requieren de un módulo de elasticidad.

2.7 Duración de la carga = Intervalo de tiempo durante el cual el espécimen es sometido a un esfuerzo desviador.

2.8 Duración del ciclo = Intervalo de tiempo en que transcurren las aplicaciones sucesivas de un esfuerzo desviador.

δd = Gδw

1+(wG

S )

Donde:δd = Peso unitario del suelo seco, kg/m3 (lb/pie3 )G = Peso específico de los sólidosw = Contenido de agua del suelo (%)S = Grado de saturación (%)δw = Peso unitario de agua, kg/m3 (lb/pie3 )

Tanto w como S pueden expresarse con un decimal o como un entero, esto es, 20% puede representarse como .20 ó 20, pero es necesario que haya consistencia entre los dos.5. PROCEDIMIENTO

5.1 Ensayos de resiliencia sobre suelos cohesivos. Los procedimientos descritos en este numeral se emplean para especímenes inalterados y especímenes compactados en el laboratorio, de subrasantes de suelos cohesivos, como se definen en el numeral 4.4.

Conjunto de cámara triaxial. El ensayo de resiliencia de especimenes previamente sometidos a saturación por contrapresión

Especimenes recortados de muestras inalteradas y especimenes compactados en el laboratorio, que no hayan sido sometidos a saturación por contrapresión después de la compactación, se colocan en la cámara triaxial y en el aparato de carga, según los siguientes pasos:

1. Colóquese el conjunto de la base de la cámara triaxial sobre la plataforma de la máquina de carga. Si la cámara tiene una platina de fondo removible (base de la muestra), ajústese firmemente para obtener un sello hermético.

2. Remuévanse las platinas de los extremos del espécimen de ensayo, remuévanse los anillos de caucho en 0, y luego envuélvanse o enróllense hacia atrás desde los extremos del espécimen a una distancia de aproximadamente 6.4 mm (¼ ").

3. Colóquese una piedra porosa encima del pedestal o sobre la platina del extremo del fondo de la cámara triaxial.

4. Colóquese cuidadosamente el espécimen sobre la piedra, dóblese la membrana y séllese al pedestal o placa del extremo del fondo, con un anillo en O u otro sello de presión.

5. Colóquese la platina superior (tapa de la muestra) y la celda de carga sobre la muestra dóblese la membrana y séllese a la platina superior.

6. Ciérrese la válvula sobre la línea de saturación de la placa superior (esta línea no se necesita para el ensayo de resiliencia de muestras no sometidas a la

saturación después de la compactación). Cerrando la válvula, se evitará la pérdida de aire de la cámara durante el ensayo.

7. Conéctese la línea de drenaje del fondo de la muestra a una fuente de vacío a través del punto medio de una cámara de burbujas. Aplíquese un vacío de 21 kPa (3 lb/puIg 2 ). Si hay burbujas, compruébense los escapes como se describe en el numeral 6.4.e), paso 5.

8. Cuando se haya eliminado el goteo, desconéctese el productor de vacío. Instálese el conjunto de TLV en la cámara triaxial y colóquese bajo el dispositivo de carga axial, como se describe en el numeral 5.4.e) pasos 7al 14.

b) Conducción del ensayo de resiliencia. Se necesitan 12 etapas para efectuar el ensayo del módulo resiliente sobre suelo cohesivo instalado en la cámara triaxial y colocado en el aparato de carga, como se describe en el numeral 5.4.e) o en el 6.7.a).

1. Ábranse todas las válvulas de drenaje que conducen al espécimen.

2. Si no está ya conectada, conéctese la línea de suministro de la cámara de presión y aplíquese una presión de confinamiento (presión de la cámara) de 41 kPa (6 lb/ pulg2 ), al espécimen de ensayo.

3. Vuélvanse a balancear los puntos de registro para los TLDV y para la celda de carga.

4. Comiéncese el ensayo aplicando 200 repeticiones de un esfuerzo desviador de 6.9 kPa (1 lb/pulg 2 ) y luego 200 repeticiones de cada uno de los valores 14, 28, 55 y 69 kPa (2, 4, 8 y 10 lb/pulg 2 ).

La anterior secuencia de esfuerzos constituye el acondicionamiento de la muestra, esto es, la eliminación de los efectos del intervalo entre la compactación y la carga, y la eliminación del cargue inicial contra la recarga. Este acondicionamiento de carga ayuda también a disminuir los efectos del contacto inicialmente imperfecto, entre las platinas de los extremos y el espécimen de ensayo.

5. Disminúyase el esfuerzo desviador hasta 6.9 kPa (1 lb/pulg 2 ). Aplíquense 200 repeticiones del esfuerzo desviador y regístrese la deformación recuperada a la repetición No. 200 en un formato para suelos cohesivos.

6. Disminúyase el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta 21 kPa (3 lb/pulg 2). Repítase el paso 5.

7. Disminúyase el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta cero. Repítase el paso 5.

8. Auméntese la presión de confinamiento (presión de la cámara) hasta 41 kPa (6 lb/pulg 2), aplíquense 200 repeticiones de carga y regístrese la deformación vertical recobrada a la repetición No. 200.

9. Con el esfuerzo desviador en 14. kPa (2 lb/pulg 2 ), aplíquense 200 repeticiones del esfuerzo desviador y regístrese la deformación vertical recuperada a esfuerzos de confinamiento (presiones de cámara) de 21 kPa (3 lb/pulg 2 ) y de cero (0).

10. Continúense registrando las deformaciones verticales, recobradas después de 200 repeticiones del esfuerzo desviador constante, disminuyendo la secuencia de la presión de confinamiento (presión de la cámara), para valores del esfuerzo desviador de 28, 55 y 69 kPa (4, 8-y 10 lb/pulg 2 ). A la conclusión del cargue (con la cámara de presión en cero), desármese la cámara triaxial y remuévanse las abrazaderas de losTLDV.

11. A la conclusión del cargue (con la cámara de presión en cero), desármese la cámara triaxial y remuévanse las abrazaderas de los TLDV.

12.Úsese la muestra completa para determinar el contenido de agua y anótese este valor en el formato para suelos cohesivos.

5.2 Ensayo de resiliencia de suelos granulares. Los procedimientos incluidos en esta parte, se emplean para suelos no cohesivos, saturados y no saturados. Para suelos saturados después de la compactación, empleando los pasos del numeral 5.5.c), los esfuerzos de confinamiento buscados para la fase de acondicionamiento, son esfuerzos de confinamiento efectivos, esto es, el esfuerzo de confinamiento es igual a la presión de la cámara menos la contrapresión.

1. Si todavía no ha sido hecho, ajústese la posición del dispositivo de carga axial o el soporte de la base de la cámara triaxial, en cuanto sea necesario, para acoplar el pistón del dispositivo de generación de carga y el pistón de la cámara triaxial. El pistón de la cámara triaxial deberá soportarse firmemente sobre la celda de carga.

2. Vuélvanse a balancear los puentes de registro de datos para los TLDV y la celda de carga.

3. Fíjese el esfuerzo de confinamiento, en 35 kPa (5 lb/pulg 2 ) y aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 35 kPa (51b/pulg 2 ). Para especimenes saturados, la válvula de drenaje de la base del espécimen hasta el recipiente de contrapresión se mantiene abierta durante todo el ensayo de resiliencia.

4. Colóquese el generador de carga axial, para aplicar un esfuerzo desviador de 69 kPa (10 lb/pulg 2 ). Actívese el generador de carga y aplíquense 200 repeticiones de esta carga.

5. Fíjese la presión de confinamiento en 69 kPa (10 lb/pulg 2 ).

6. Aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 104 kPa (15 lb/pulg2 ).

7. Fíjese la presión de confinamiento en 104 kPa (15 Ib/pulg 2 ) y aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial, de 104 kPa (15 lb/pulg 2 ).

8. Aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 138 kPa (20 lb/pulg 2 ).

9. Si el espécimen es uno de los que han sido saturados mediante los procedimientos de saturación por contrapresión del numeral 6.5.c), redúzcase la contrapresión a cero.

10.Comiéncese el registro del ensayo del módulo resiliente, empleando una presión de confinamiento de 138 kPa (20 lb/pulg 2 ), y un esfuerzo desviador de 6.9 kPa (1 lb/pulg 2 ). Regístrese la deformación vertical recuperada, en un formato para suelos granulares, después de aplicadas 200 repeticiones de carga.

11.Auméntese el esfuerzo desviador hasta 14 kPa (2 lb/pulg 2 ) y regístrense las deformaciones verticales recuperadas, después de 200 repeticiones, para niveles de esfuerzo desviador de 35, 69, 104 y 138 kPa (5, 10, 15 y 20 lb/pulg 2 ).

12.Redúzcase la presión de confinamiento hasta 104 kPa (15 lb/pulg 2 ), y regístrense las deformaciones verticales recobradas, después de la aplicación de 200 repeticiones de carga para cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 69, 104 y 138 kPa (1, 2, 5, 10, 15 y 20 lb/pulg 2 ).

13.Redúzcase la presión de confinamiento, hasta 69 kPa (10 lb/pulg 2 ) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de la aplicación de 200 repeticiones de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 69 y 104 kPa (1, 2, 5, 10 y 15 lb/pulg 2 ).

14.Redúzcanse las presiones de confinamiento hasta 35 kPa (5 lb/pulg 2 ) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de aplicar 200 repeticiones, de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 3 5, 69, y 104 kPa (1, 2, 5, 10 y 15 lb/pulg 2 ).

15.Redúzcase la presión de confinamiento hasta 6.9 kPa (1 lb/pulg 2 ) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de aplicar 200 repeticiones, de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 52 y 69 kPa (1, 2, 5, 7.5 y 10 lb/pug 2 ). Deténgase el cargue, después de 200 repeticiones del último nivel del esfuerzo desviador, o cuando falle el espécimen.

16.Redúzcase la presión de la cámara hasta cero, desmóntese la celda y remuévanse las abrazaderas de los TLDV.

17.Úsese el espécimen de ensayo completo para determinar el contenido de agua. Regístrese este valor en un formato para suelos granulares.

6. CÁLCULOS

6.1 Los cálculos se efectúan empleando una disposición tabular a partir de un formato, como se muestra en las figuras 7 y 8.P) Ensayo de Durabilidad de los agregados.

Determina la durabilidad de agregados. El índice de durabilidad es un valor que muestra la resistencia relativa de un agregado para producir finos dañinos, del tipo arcilloso, cuando se somete a los métodos de degradación mecánica que se describen.

2. RESUMEN DEL MÉTODO

2.1 Fue desarrollado para permitir la precalificación de los agregados, propuestos para uso en la construcción de vías. Básicamente, el ensayo establece una resistencia de los agregados a generar finos, cuando son agitados en presencia de agua. Procedimientos de ensayo separados y diferentes son usados para evaluar las porciones gruesa y fina del material.

2.2 Una muestra de agregado grueso es preparada con una gradación especifica y luego es lavada en un agitador mecánico durante 2 min. Después de secado y descartado el material que pasa el tamiz de 4.75 mm (No. 4), la muestra de ensayo lavada es preparada a la gradación final del ensayo.

2.3 La muestra de agregado grueso es entonces agitada en el vaso mecánico de lavado, por un período de 10 min. El agua de lavado resultante, junto con los finos que pasan el tamiz de 75 µm (No. 200), son unidos y mezclados con una solución de cloruro de calcio y depositados en un cilindro plástico. Después de un tiempo de sedimentación de 20 minutos, se lee el nivel de la columna de sedimentación. La altura del valor de sedimentación es usada entonces para calcular el índice de durabilidad del agregado grueso (Dc).

2.4 La muestra de agregado fino se prepara lavando una cantidad especifica de material en el vaso mecánico de lavado por un período de 2 min. Todo el material que pasa el tamiz de 75 µm (No. 200) mediante operación de lavado, es descartado. La porción que no pasa dicho tamiz es secada y tamizada por 20 min. Todos los tamaños del tamizado, incluyendo, aquella fracción recogida en el depósito final, son recombinados. La muestra final de ensayo se prepara a partir de este material lavado, secado y recombinado.

2.5 La muestra de agregado se ensaya según la norma MTC E114 (Equivalente de arena), excepto por una modificación a la duración del tiempo de agitación. Se requiere el método de agitación mecánica y se usa un tiempo de agitación de 10 min en vez de 45 s.

2.6 Este método incluye procedimientos de ensayo para agregados que exhiben una amplia variación en su gravedad especifica, incluyendo agregados gruesos livianos y porosos y también procedimientos para ensayar agregados de tamaños máximos que en realidad son muy pequeños para ser considerados agregados gruesos y muy grandes para ser considerados agregados finos.

2.7 El índice de durabilidad para agregados gruesos (Dc) o para agregados finos (Df) se calcula, según el caso, con ecuaciones apropiadas presentadas en el método. El índice de durabilidad de un agregado bien gradado, que contenga ambas fracciones (fina y gruesa) se define como el menor de los dos valores Dc o Df, obtenidos de este ensayo. Este debe ser el valor que controle para propósitos de especificación.

4. APARATOS

4.1 Vaso mecánico de lavado, cilíndrico, de paredes rectas y fondo plano, conforme con las especificaciones y dimensiones de la Figura 1.

4.2 Recipiente colector o fondo de mallas, circular, de al menos 254 mm (1.0") de diámetro y de

aproximadamente 102 mm (4") de profundidad, para recoger el agua resultante del lavado de la

muestra. Tiene paredes verticales o casi verticales y está equipado con lo necesario para acoplar

un tamiz, de tal forma que la malla del tamiz quede por lo menos a 76.2 mm (-3") del fondo del

recipiente. Puede usarse un adaptador, que evite la pérdida de finos y de agua de lavado,

acoplando el tamiz y el recipiente, o puede colocarse un tamiz en blanco (sin malla) bajo el otro

tamiz, que repose directamente en el fondo del recipiente.

DIMENSIONES

Pulg mm pulg mm pulg mm

9 17/32

8 5/8

8 33/64

7 29/32

242.1

219.1

216.3

7 27/32

7 5/8

3 1/2

199.2

193.7

88.9

9/16

1/4

1/16

14.3

6.4

1.6

7 7/8200.8

200.0

2 1/2

3/4

63.5

19.0

1/32

1/64

0.79

0.40

Nota 1. La empaquetadura debe ser de caucho de neopreno de 3.2 mm (1/8") de espesor, con

diámetro interior de 199.2 ± 0.4 mm (7 27/32" ± 1/64") y diámetro exterior de 216.3 ± 0.4 mm (8

33/64" 1/64).

Nota 2. El vaso debe ser de fondo plano, paredes rectas, cilíndrico de 7.6 dm 3 (2 galones) de

capacidad aprox. su extremo superior debe ser extendido hacia afuera para dar asiento al

empaque y a la tapa.

Nota 3. Se requieren 3 broches que deben estar equitativamente espaciados. Deben estar unidos

al vaso mediante remaches o soldaduras que no permitan el paso del agua. Cuando se ajusten la

tapa y la empaquetadura con los broches, el vaso debe quedar sellado herméticamente.

Nota 4. El vaso debe ser de acero inoxidable y tener una tolerancia de ± 0.8 mm (1/32") en las

dimensiones mostradas, a menos que se especifique otra cosa.

4.3 Sacudidor portátil tipo Tyler de tamices, modificado y ajustado para operar a 285 10 ciclos

completos por minuto. Los dos períodos de agitación, especificados en los numerales 10, 11, 12 y

13, se llevan a cabo con este agitador modificado.

Nota 1: Otros tipos de agitadores de tamices pueden ser usados, siempre y cuando todos sus

factores sean ajustados para obtener los mismos resultados que con el agitador de Tyler.

4.4 Todo el equipo utilizado en la norma MTC E114 (Equivalente de arena).

4.5 Tamices

4.6 Balanza, con capacidad mínima de 500 g y precisión de 1 g.

5. MATERIALES Y REACTIVOS

5.1 Soluciones de stock y de trabajo, de cloruro de calcio, con los requisitos de la norma MTC E114, "Equivalente de arena".

5.2 Agua destilada y, o, agua desmineralizada, pues los resultados del ensayo pueden ser afectados por ciertos minerales disueltos en el agua. Sin embargo, si se demuestra que el agua usualmente disponible no afecta los resultados, se puede utilizar dicha agua, excepto en aquellas partes del procedimiento en las que se ordene usar expresamente agua destilada o desmineralizada. Para ensayos con propósitos de referencia, en todos los pasos del ensayo se debe usar agua destilada o desmineralizada.

6. CONTROL DE TEMPERATURA

6.1 Este ensayo puede efectuarse normalmente sin control de temperatura; sin embargo, para propósitos de referencia, ensáyese de nuevo el material, con la temperatura del agua destilada o desmineralizada y de la solución de trabajo de cloruro de calcio a 22 3 °C (72 5 °F).

7. MUESTREO

7.1 Obténganse las muestras del agregado a ser ensayado de acuerdo con la norma MTC E201.

8. PREPARACIÓN INICIAL DE LA MUESTRA

8.1 Séquense suficientemente las muestras de agregados, para permitir su completa separación de tamaños mediante el tamiz de 4.75 mm (No. 4), y para desarrollar una condición de fluidez o libre movimiento de los agregados cuando pasan a través del tamiz.

El secado puede efectuarse por cualquier método, siempre y cuando no se excedan los 60 °C (140 °F) y no se degraden las partículas. Los métodos de secado más usados son el secado al sol, al horno y el uso de corrientes de aire caliente.

8.2 Si la muestra contiene una cantidad apreciable de arcilla, dense vueltas al agregado a medida que se seca, para obtener un secado uniforme y evitar la formación de terrones duros de arcilla.

8.3 Rómpanse los terrones duros y elimínense los finos que cubren los agregados gruesos, por cualquier método que no reduzca apreciablemente el tamaño natural de las partículas.

8.4 Determínese la gradación dé la muestra por tamizado, de acuerdo con la norma MTC E107, con los tamices de 19.0, 12.5, 8.5, 4.75, 2.36 y 1.18 mm (¾", ½", 3 /8", No. 4, No. 8, No. 16). Descártese cualquier material que sea retenido en el tamiz de 19.0 mm (¾").

8.5 Determínense los procedimientos de ensayo que se usarán para establecer el índice de durabilidad del agregado, basándose en la gradación obtenida en el numeral 8.4:

Si menos del 10% pasa el tamiz de 4.75 mm (No. 4), ensáyese solamente el agregado grueso (procedimiento A).

Si menos del 10% del agregado es de tamaño mayor que el tamiz de 4.75 mm (No. 4), ensáyase únicamente el agregado fino (procedimiento B).

Cuando ambas fracciones del agregado, grueso y fino, están presentes en cantidades iguales o mayores al 10%, y el porcentaje que pasa el tamiz de 1.18 mm (No. 16) es mayor del 10%, úsense ambos procedimientos, A y B, a las fracciones correspondientes.

Si el porcentaje que pasa el tamiz de 1.18 mm (No. 16) es menor o igual al 10%, úsese el procedimiento A o el procedimiento C.

Si la mayoría del agregado (75 a 80%) se encuentra entre los tamices de 9.5 mm (3/8") y 1.18 mm (No. 16), úsese únicamente el procedimiento C.

PROCEDIMIENTO A - AGREGADO GRUESO

9. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

9.1 Prepárese una muestra preliminar de ensayo, de 2550 25 g, secada al aire,usando la siguiente gradación:

Tamaño del agregado Peso seco al aire, g

19.0 a 12.5 mm (¾" a ½")

12.5 a 9.5 mm (½" a 3 /8")

9.5 a 4.75 mm ( 3 /8" a No. 4)

1070 ±10

570 ± 10

910 ± 5

2550 ± 25

Séquese esta muestra preliminar, a peso constante, a 1-ula temperatura de 110 5 °C (230 9

°F); déjese enfriar y pésese. Regístrese el peso resultante W.

Nota 2. Si no se requiere un ajuste al peso del espécimen o al volumen del agua de lavado y de

ensayo, o a ambos, no es necesario secar la muestra al horno antes del lavado inicial.

9.2 Deposítese la muestra preliminar de ensayo dentro de vaso mecánico de lavado, añádanse 1000 5 ml de agua destilada o desmineralizada, ajústese la tapa del vaso y asegúrese el vaso en el agitador.

9.3 Debido a la baja gravedad especifica o a la alta rata de absorción de ciertos agregados, las proporciones de agregado y agua pueden no permitir la fricción deseada entre las partículas. El ensayo de estos materiales requerirá un ajuste al peso del espécimen de ensayo o al volumen del agua, tanto de lavado como de ensayo, o a ambos:

Lávense todos los materiales que no se inundan completamente cuando se agregan 1000 ml de agua a la muestra de ensayo, y ensáyese con ajuste a los pesos del espécimen y a los volúmenes de agua.

Determínese el peso especifico del agregado secado al horno y su porcentaje de absorción, de acuerdo con la norma de ensayo MTC E206.

Calcúlese el peso total de la muestra de ensayo usando la siguiente ecuación:

Peso calculado de la muestra =

Peso especifico del agregado2, 65

xW

Calcúlese el peso del material en cada tamaño proporcionalmente a los pesos especificados en el numeral 9.7.

Ajústese el volumen del agua de ensayo usando la siguiente ecuación:

Agua ajustada = 1000 + (A x W) – 50 Donde:

A = Absorción del agregado, %W = Peso de la muestra de ensayo secada al horno, g.

9.4 Después de 60 10 segundos de haber introducido el agua de lavado, agítese el vaso en el agitador de tamices, por un tiempo de 120 5 segundos.

9.5 Al terminar el periodo de 2 min de agitación, remuévase el vaso del agitador, destápese y cuélese su contenido por el tamiz de 4.75 mm (No. 4). Lávense los finos remanentes en el vaso con la ayuda de una manguera, de forma tal que el agua de lavado pase por el tamiz y caiga en el mismo recipiente de los agregados que lo atravesaron, hasta que salga limpia el agua.

9.6 Séquese la fracción retenida en el tamiz de 4.75 mm (No. 4) a peso constante a una temperatura de 110 5 °C (230 9 °F) y pésese. Si la pérdida de peso debida al lavado efectuado según los numerales 9.2 a 9.5 es igual o menor a 75 g, una muestra para ensayos adicionales debe ser preparada y los procedimientos de los numerales 9.7 a 9.12 deben ser omitidos. Si la pérdida de peso excede los 75 g, la muestra preliminar de ensayo puede conservarse y ser usada, siempre y cuando una segunda muestra se lave mediante el mismo procedimiento y las dos muestras sean combinadas de acuerdo con los pesos especificados para proveer la muestra de ensayo deseada.

9.7 Determínese la gradación a ser usada en la preparación de la muestra de ensayo preliminar como sigue:

Si cada uno de los tamaños de agregado listados en la siguiente tabla representa el 10% o

más de la porción comprendida entre los tamices de 19.0 mm (¾") y 4.75 mm (N° 4), como

se determinó en los pesos registrados en el numeral 8.4, úsense los pesos del material

(secado al horno) especificado en seguida, para preparar la muestra de ensayo preliminar.

Tamaño del agregado Peso seco al horno, g

19.0 a 12.5 mm (3/4" a ½") 1050 ± 10

12.5 a 9.5 mm (1/2" a 3 /8") 550 ± 10

9.5 a 4.75 mm ( 3 /8" a No. 4) 900 ± 5

2500 ± 25

9.8 Prepárense 2500 g de muestra de ensayo preliminar usando la gradación prescrita. Séquese esta muestra hasta peso constante a una temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).

9.9 Lávese mecánicamente la muestra preliminar de la misma manera como se describió en los numerales 9.2 a 9.5.

9.10 Repítanse las secciones 9.8 y 9.9, si es necesario, para obtener suficiente material que dé una muestra de ensayo lavada de 2500 ± 25 g, numeral 9.7.

9.11 Después de permitir que se enfríe el material secado al horno, sepárese el agregado grueso lavado, en los tamices de 12.5, 9.5 y 4.75 mm (1/2", 3/8", No. 4). Descártese el material que pasa el tamiz de 4.75 mm (No. 4).

9.12 Prepárese la muestra de ensayo lavada usando los pesos especificados en el numeral 9.7, a partir de porciones representativas de cada tamaño del material lavado. Ocasionalmente, puede ser necesario lavar una tercera muestra preliminar de ensayo para obtener el peso requerido en un tamaño específico de material.

10. PROCEDIMIENTO PARA EL AGREGADO GRUESO

10.1 Colóquese el cilindro plástico (el mismo requerido en la norma MTC E114 para obtención del equivalente de arena) sobre una mesa de trabajo, la cual no debe estar expuesta a vibraciones durante el proceso de sedimentación del ensayo. Viértanse 7 ml (0.24 onzas) de la solución base del cloruro de calcio dentro del cilindro. Colóquense los tamices de 4.75 mm (No. 4) y de 75 mm (No. 200) sobre el recipiente recolector del agua de lavado con el tamiz de 4.75 mm (No. 4) arriba, el cual sirve sólo para proteger el tamiz de 75 µm (No. 200).

10.2 Colóquese la muestra de ensayo lavada (como se preparó en el numeral 9) en el vaso mecánico de lavado. Añádase luego la cantidad de agua destilada o desmineralizada, determinada en el numeral 9.3; ajústese la tapa y colóquese el vaso en el agitador. Comiéncese la agitación después de 60 segundos de haber vertido el agua de lavado. Agítese el vaso por 600 015 segundos.

10.3 Inmediatamente después de agitado, retírese el vaso del agitador y quítesele la tapa. Agítese el contenido del vaso sostenido verticalmente, en forma vigorosa, con movimientos horizontales - circulares, cinco o seis veces, para, poner los finos en suspensión e inmediatamente viértase este contenido en el recipiente colector de agua de lavado con los tamices mencionados en el numeral 10.1. Descártese el material retenido en el tamiz de 4.75 mm (No. 4). Recójase toda el agua de lavado y material que pasa el tamiz de 75 µm (No. 200) en el recipiente colector. Para asegurar que el material de tamaño inferior al del tamiz de 75 µm (No. 200) ciertamente pasa por dicho tamiz, deben seguirse los siguientes pasos:

A medida que se cuela el material por el tamiz de 75 µm (No. 200), debe golpearse

repetidamente el lado del tamiz con la mano.

Si aún queda una concentración retenida en el tamiz, debe reciclarse el agua de lavado.

Para ello debe primero dejarse reposar el agua del colector permitiendo que asienten las

partículas mayores. Luego, el agua un poco más clara de la parte superior puede

depositarse en otro recipiente y volverse a verter sobre los tamices, para caer de nuevo en el

recipiente colector, lavando así las partículas remanentes. Debe repetirse este reciclaje hasta

que todas las partículas que deben pasar por el tamiz de 75 µm efectivamente pasen y se

junten en el recipiente colector.

10.4 Añádase agua destilada o desmineralizada, hasta dar el volumen de 1000 5 ml de agua sucia. Transfiérase el agua de lavado a otro recipiente adecuado para agitar y verter su contenido.

10.5 Colóquese un embudo en el cilindro plástico graduado. Agítese manualmente el agua de lavado para poner los finos en suspensión. Estando aún en turbulencia, viértase el agua de lavado dentro del cilindro graduado, en cantidad tal, que llegue el nivel del agua a la marca de 381 mm (15").

10.6 Remuévase el embudo, colóquese el tapón en el extremo del cilindro y prepárese para mezclar el contenido inmediatamente.

10.7 Mézclese el contenido mediante movimientos alternados de agitación hacia arriba y hacia abajo a la derecha y a la izquierda, haciendo que la burbuja atraviese completamente el cilindro 20 veces en 35 segundos aproximadamente.

10.8 Completándose el proceso de mezclado, colóquese el cilindro sobre la mesa de trabajo y remuévase el tapón. Déjese reposar el contenido del cilindro por 1200 15 segundos cuidando de no perturbarlo. Exactamente al final de este tiempo léase y regístrese la altura de la columna de sedimentación, con aproximación de 2.5 mm (0.1”).Q) Ensayos de caras fracturadas en agregados.

1.- Describe el procedimiento para determinar el porcentaje, en peso, del material que presente

una, dos o más caras fracturadas de las muestras de agregados pétreos.

2. APARATOS

2.1 Balanza, de 5000 g de capacidad y aproximación de 1 g.

2.2 Tamices, de 37.5,25.0, 19.0, 12.5 y 9.5 mm (1 1/2”, 1", 3/4" y 1/2" y 3 /8”).

2.3 Cuarteador, para la obtención de muestras representativas.

2.4 Espátula, para separar los agregados.

3. MUESTRA

3.1 La muestra para ensayo deberá ser representativa y se obtendrá mediante un cuidadoso cuarteo del total de la muestra recibida. Hágase el análisis granulométrico de la muestra cuarteada.

3.2 Sepárese por tamizado la fracción de la muestra comprendida entre los tamaños 3 7.5 mm y 9.5 mm (1 1/2" y 3 /8"). Descártese el resto.

3.3 El peso total de la muestra dependerá del tamaño del agregado así:

Tamaño del agregado Peso en g

37.5 a 25.0 mm (1 1/2" a 1) 2000

25.4 a 19.0 mm (1" a 3/4”) 1500

19.0 a 12.5 mm (3/4” a 1/2") 1200

12.5 a 9.5 mm (1/2" a 3/8") 300

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Extiéndase la muestra en un área grande, para inspeccionar cada partícula. Si es necesario lávese el agregado sucio. Esto facilitará la inspección y detección de las partículas fracturadas.

4.2 Prepare tres recipientes: sepárense con una espátula, las partículas redondeadas y las que tengan una, o más de dos caras fracturadas. Si una partícula de agregado redondeada presenta una fractura muy pequeña, no se clasificará como "partícula fracturada". Una partícula se considerará como fracturada cuando un 25% o más del área de la superficie aparece fracturada. Las fracturas deben ser únicamente las recientes, aquellas que no han sido producidas por la naturaleza, sino por procedimientos mecánicos.

4.3 Pésense los dos recipientes con las partículas fracturadas y anótese este valor. Tenga en cuenta la suma del peso de los dos recipientes, cuando determine las partículas con una sola cara fracturada.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

5.1 Para llevar a cabo los cálculos, sígase el formato que se muestra en la Figura 1. El procedimiento de cálculo es como se describe en los numerales siguientes.

5.2 Anótese en la columna A el peso exacto de las porciones de la muestra tomadas para el ensayo, comprendidas entre los tamaños especificados, y teniendo en cuenta el numeral 3.3.

5.3 En la columna B anótese el peso del material con una cara fracturada para cada tamaño.

5.4 La columna C representa el porcentaje de material con una cara fracturada para cada tamaño:

C = (B/A) x 100.

5.5 Regístrese en la columna D los valores correspondientes del análisis granulométrico de la muestra original (numeral 3.1).

5.6 Después de calcular la columna E = C x D y sumar los valores de cada Columna, el porcentaje de caras fracturadas se calcula así, expresándolo con aproximación del 1%:

Porcentaje de caras fracturas =

Suma de % de caras Fracturadas ¿ponderados según gradación original ¿

¿Muestra de ensayo como % ¿del material original ¿

¿=TOTAL ETOTAL D

¿

5.7 Repítase el cálculo para los materiales con dos caras fracturadas.

R) Ensayos de adherencia en agregados

Determinar el l grado de cubrimiento de las partículas de agregado en una mezcla bituminosa, basándose en el porcentaje de partículas de agregado grueso que quedan completamente recubiertas por el ligante bituminoso. La determinación de este porcentaje para varios tiempos de mezclado puede ser usado para establecer el tiempo de mezclado mínimo requerido para producir un cubrimiento satisfactorio del agregado para un conjunto de condiciones dadas.

2. APARATOS

2.1 Tamices. De 9.5 mm y 4.75 mm (3/8" y No. 4).

2.2 Cronómetro. Para verificar el tiempo real de mezcla.

2.3 Termómetro. Para medir temperaturas entre 10 y 204 ºC (50 y 400 ºF).

2.4 Pala muestreadora.

2.5 Bandeja para muestras.

3. OBTENCION DE LA MUESTRA

3.1 Planta de producción en bachadas ó tandas. Permítase que la planta opere el tiempo de mezcla por bachada establecido (medido mediante un cronómetro).

3.2 Planta de producción continua. Establézcase un tiempo de mezcla mediante el uso de la siguiente fórmula:

tm = Volumen de material en la mezcladora, kg (0 1b) Velocidad de procesamiento en la mezcladora kg/s

3.3 Las muestras deben ser obtenidas en la planta de producción, inmediatamente después del descargue de la mezcladora. Serán en total tres muestras, tomadas de tres volquetadas alternadas.

3.4 La cantidad de material requerido para el ensayo puede variar entre 2270 y 3630 g (5 y 8 lb).

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Tamícese inmediatamente el material cuando todavía está caliente, con el tamiz de 9.5 mm (3/8"); o con el de 4.75 mm (No. 4), si el tamaño máximo del material es 9.5 mm (3/8"). Tómese una muestra de tamaño suficiente para que queden de 200 a 500 partículas retenidas en el tamiz. Nunca deben sobrecargarse los tamices; si es necesario, háganse 2 ó 3 operaciones de tamizado. Debe reducirse al mínimo la agitación de la muestra, para prevenir el recubrimiento de partículas que no lo están.

4.2 Extiendase las partículas sobre una superficie limpia y comiéncese a contar inmediatamente.

4.3 Examínese cada partícula cuidadosamente, bajo buenas condiciones de luz (luz del día, fluorescente o similar). Aún si se nota una pequeña área de piedra no recubierta, se clasificará como "parcialmente recubierta". Solo si está totalmente recubierta del ligante, se clasificará como "completamente recubierta".

5. CALCULOS

5.1 Calcúlese el porcentaje de partículas recubiertas de la siguiente manera:

Porcentaje de partículas recubiertas=Número de partículas completamente recubiertasNúmero total de particulas

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