Mecánica de suelos - Determinación de las densidades máxima y

NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1726.Of80
Mecánica de suelos - Determinación de las densidades
máxima y mínima y cálculo de la densidad relativa en
suelos no cohesivos
Preámbulo
El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el
estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION
PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos
organismos.
La norma NCh1726 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de
Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales
siguientes:
Cemento MELON S.A., Depto. Asesoría Técnica
Centro de Estudios, Medición y Certificación de Calidad,
CESMEC Ltda.
Consultoría en Mecánica de Suelos
E.C. Rowe y Asociados
Empresa Nacional del Petróleo, ENAP
Instituto de Investigaciones Geológicas
Instituto Nacional de Capacitación, INACAP
Instituto Nacional de Normalización, INN
Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU,
División de Desarrollo Urbano
Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, División
Política Habitacional, Depto. de Normalización
Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, SERVIU
Metropolitano
Armando Soto O.
Henrique Scarella H.
Issa Kort K.
Enrique C. Rowe M.
Pedro Carvajal A.
Gloria Valenzuela B.
Rubén Figueroa G.
Alfredo Cifuentes S.
Jaime Téllez T.
Eduardo Cuevas O.
Alfonso Herrera A.
Walter Soto S.
I
NCh1726
Ministerio de Obras Públicas, Dirección de Vialidad
Ministerio de Obras Públicas, Servicio Nacional de Obras
Sanitarias, SENDOS
Particular
Particular
Particular
Sociedad Chilena de Mecánica de Suelos y Fundaciones,
SOCHIMSYF
Universidad Católica de Chile
Universidad Católica de Chile, Ingeniería Estructural
Universidad Católica de Valparaíso, Escuela de
Construcción Civil
Universidad de Concepción, Escuela de Ingeniería
Universidad de Chile, Sede Valparaíso, Depto. de
Tecnologías
Universidad Técnica del Estado, Depto. Obras Civiles
Universidad Técnica del Estado, Sede La Serena,
Construcción Civil
Pablo Gutiérrez D.
Jorge Salgado A.
José Petit V.
Eduardo Soto F.
Francisco Dick V.
Miguel Sandor E.
Andrés Pérez M.
Guido Concha G.
Arturo Morales M.
Raúl Espinace A.
Arturo Gutiérrez T.
Eduardo Cruzat F.
Carmen Norambuena P.
Gerardo M. Silva Ch.
Mario Aguilera L.
Esta norma concuerda totalmente con la norma de la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING
AND MATERIALS ASTM D 2049 - 69.
Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en
sesión efectuada el día 13 de junio de 1980.
Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº 286 de
fecha 03 de octubre de 1980, del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, publicado en el
Diario Oficial Nº 30.797 de fecha 23 de octubre de 1980.
II
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1726.Of80
Mecánica de suelos - Determinación de las densidades
máxima y mínima y cálculo de la densidad relativa en
suelos no cohesivos
1 Alcance y campo de aplicación
1.1 Esta norma establece un procedimiento para determinar las densidades secas máxima
y mínima de suelos no cohesivos, no cementados, de flujo libre, con un tamaño máximo
nominal hasta 80 mm y que contienen hasta un 12% en masa de partículas menores que
0,080 mm.
NOTA - En general se recomienda aplicar este procedimiento a aquellos suelos que, cumpliendo con 1.1,
tengan un IP igual o menor que 5, determinado de acuerdo con NCh1517/2.
1.2 Esta norma es aplicable a suelos para los cuales la compactación por impacto no
produce una curva bien definida de relación humedad densidad y en los cuales la densidad
máxima por impacto resulta generalmente menor que la obtenida por métodos vibratorios.
1.3 Esta norma determina la densidad máxima mediante compactación por vibrado y la
densidad mínima mediante vaciado.
1.4 Esta norma indica además el procedimiento para calcular la densidad relativa (índice
de densidad).
NOTA - Se recomienda emplear el término índice de densidad de acuerdo con el listado de la Sociedad
Internacional de Mecánica de Suelos y Trabajos de Fundaciones (SIMSTF).
1
NCh1726
2 Referencias
NCh179
NCh15081)
NCh1516
NCh1517/1
NCh1517/2
NCh1532
Mecánica de suelos - Símbolos, unidades y definiciones.
Mecánica de suelos - Guía para la investigación y muestreo de
suelos y rocas.
Mecánica de suelos - Determinación de la densidad en el terreno Método del cono de arena.
Mecánica de suelos - Límites de consistencia - Parte 1:
Determinación del límite líquido.
Mecánica de suelos - Límites de consistencia - Parte 2:
Determinación del límite plástico.
Mecánica de suelos - Determinación de la densidad de partículas
sólidas.
3 Terminología
3.1 índice de densidad (densidad relativa): estado de compacidad de un suelo con
respecto a los estados más sueltos y más densos obtenidos mediante los procedimientos
de laboratorio descritos en este método.
3.2 densidad máxima: densidad de un suelo en el estado más denso obtenible según
ensayo normal.
3.3 densidad mínima: densidad de un suelo en el estado más suelto obtenible según
ensayo normal.
3.4 Otros términos aparecen definidos en NCh179.
4 Aparatos
4.1 Aparato de compactación, compuesto por los siguientes elementos (ver figura 1):
4.1.1 Mesa vibradora, de acero, con cubierta vibradora de aproximadamente
750 x 750 mm, apoyada sobre amortiguadores y accionada por un vibrador
electromagnético. El vibrador debe ser semisilencioso y con una masa igual o mayor que
45 kg. Debe tener una frecuencia de 3660 vibraciones/min y una amplitud de vibrado
vertical entre 0,05 y 0,64 mm bajo una carga de 1 112 N (≈ 111,2 kgf).
4.1.2 Moldes metálicos, con una capacidad nominal de 2,8 y 14,2 litros respectivamente.
Deben cumplir con los requisitos dimensionales de figura 2.
4.1.3 Tubos guía, metálicos, ajustables a cada tipo de molde. Con un sistema de ajuste
consistente en tres juegos de tornillos, dos de los cuales deben tener tuercas de fijación.
(Ver figura 3).
1)
2
En preparación.
NCh1726
4.1.4 Placas base
Una placa de acero de 12,5 mm de espesor para cada tamaño de molde. (Ver figura 4).
4.1.5 Sobrecargas
Una para cada tamaño de molde. La masa total de la sobrecarga y su correspondiente
placa debe ser equivalente a 14 kPa para el molde en uso. (Ver figura 4).
4.1.6 Manilla
Una para cada placa base. (Ver figura 3).
4.1.7 Sujeción del calibre. (Ver figura 3).
4.1.8 Calibre
Deformómetro, comparador con indicador de dial, con un recorrido de 50 mm y
graduaciones de 0,01 mm.
4.1.9 Barra de calibración, de metal de 75 x 305 mm x 3 mm.
4.1.10 Aparatos de vaciado
Embudos de 12,5 mm y 25 mm de diámetro por 150 mm de largo, con descarga
cilíndrica. La boca de carga debe tener los bordes pestañados y contar con tarros de
metal ajustables, de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura.
4.1.11 Bandejas de mezclado
De dos tamaños: una de aproximadamente 900 mm x 600 mm x 10 mm y la otra
aproximadamente 400 mm x 400 mm x 50 mm.
4.1.12 Balanzas
Una de 100 kg de capacidad con una precisión de 100 g y otra de 20 kg de capacidad
con una precisión de 1 g.
4.1.13 Aparejo de izar
Cuerda, cadena o cable que soporte a lo menos 1 400 N (140 kgf) de carga y roldana.
4.1.14 Herramientas y accesorios
Una pala, una poruña, una brocha, un contador de tiempo o cronómetro que indique
minutos y segundos, una regla metálica de 400 mm, un micrómetro de 0 a 25 mm con
una precisión de 0,01 mm, y un pie de metro.
3
NCh1726
5 Calibración
5.1 Determinación del volumen del molde
Efectuar mediante uno de los procedimientos siguientes:
5.1.1 Por medición directa
Determinar la altura y el diámetro interior promedio del molde aproximando a 0,1 mm.
Calcular y registrar el volumen interno del molde aproximando a 1 cm3 (1 ml).
Calcular y registrar el área promedio de la sección interna del molde aproximando
a 0,1 cm2.
5.1.2 Por llenado con agua:
a) colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal;
b) llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrasar con una placa de vidrio,
eliminando burbujas de aire y el exceso de agua;
c) determinar la masa de agua que llena el mode (mw) aproximando a 1 g;
d) medir la temperatura del agua y determinar su densidad pw de acuerdo con la
tabla 1, interpolando si fuera necesario;
Tabla 1 - Densidad del agua según su temperatura
Densidad
Temperatura ºC
g/cm3
(kg/l)
16
0,999 09
18
0,998 59
20
0,998 20
23
0,997 54
26
0,996 78
29
0,995 94
e) determinar y registrar la capacidad volumétrica (Vc) aproximando a 1 cm3 (1 ml),
dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad Vc = mw/ρw.
4
NCh1726
5.2 Lectura inicial del calibre
Determinar y registrar los espesores de la placa base y la barra de calibración,
aproximando a 0,01 mm.
Colocar la barra de calibración sobre el molde, a lo largo del diámetro que pasa por el eje
de los anclajes guía.
Insertar la sujeción del calibre en cada uno de los anclajes guía, con el vástago del calibre
sobre un extremo de la barra de calibración y en el eje de los anclajes guía.
La sujeción del calibre debe colocarse siempre en la misma posición en los anclajes guía,
mediante marcas de referencia en las guías y en la sujeción.
Obtener seis lecturas del calibre, tres en cada lado, y determinar el promedio de las seis
lecturas.
Computar y registrar la lectura inicial del calibre (Li) sumando el espesor de la placa base
más el promedio de las seis lecturas, y restando el espesor de la barra de calibración, con
aproximación a 0,01 mm.
NOTA - La lectura inicial es constante para cada combinación de medida y placa base.
5.3 Determinación de la masa inicial del molde
Pesar y registrar la masa del molde vacío aproximando a 100 g para el molde de
14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros.
6 Muestreo
Las muestras de suelo para los ensayos que se indican en esta norma se deben obtener
de acuerdo con lo indicado por la Especificación Técnica correspondiente en el caso de
controles de obra, o lo indicado por el profesional responsable en el caso de una
prospección.
NOTA - Ver NCh1508.
5
NCh1726
7 Tamaño de la muestra de ensayo
7.1 Obtener una muestra de ensayo representativa del tamaño indicado en tabla 2, de
acuerdo con el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio.
Tabla 2 - Tamaño de la muestra de ensayo
Tamaño máximo nominal de partículas, Dn
mm
80
Tamaño mínimo de la muestra de ensayo
kg
45
40
10
20
10
10
10
5
10
8 Acondicionamiento de la muestra de ensayo
8.1 Secar la muestra a 110 ± 5 ºC y pasar por un tamiz de abertura suficientemente
pequeña para romper todas las partículas de suelo débilmente cementadas.
9 Determinación de la densidad mínima
(Correspondiente a índice de huecos máximo).
9.1 Seleccionar el aparato de llenado y el molde según tabla 3, de acuerdo con el tamaño
máximo nominal de partículas.
Tabla 3 - Aparato de llenado y molde
Tamaño máximo nominal de partículas
mm
80
Aparato de llenado para densidad
mínima
Pala o poruña
40
Poruña
2,8
20
Poruña
2,8
10
Embudo de 25 mm
2,8
Embudo de 12,5 mm
2,8
5
Capacidad nominal de molde
l
14,2
9.2 Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. Llenar el molde con
material de la muestra acondicionada y enrasar mediante uno de los procedimientos
siguientes, según el tamaño máximo nominal de partículas del suelo en estudio, y
evitando golpear y/o vibrar el molde.
6
NCh1726
9.2.1 Tamaño máximo nominal igual o menor que 10 mm:
a) colocar el material en el molde tan suelto como sea posible, vaciándolo en un flujo
constante y ajustando la altura de la descarga de modo que la caída libre del suelo sea
de 25 mm. Simultáneamente mover el embudo en espiral desde la pared del molde
hacia el centro, a fin de formar una capa de espesor uniforme sin segregación. Llenar
hasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde; y
b) enrasar el material excedente mediante una pasada continua con la regla de acero
procurando no compactar el material. Si no se remueve todo el material excedente
debe efectuarse una pasada adicional.
9.2.2 Tamaño máximo nominal mayor que 10 mm:
a) colocar el material en el molde de modo que se deslice, en lugar de caer, sobre el
fondo del molde o el material previamente colocado. Al efecto, colocar el aparato de
llenado tan cerca como sea posible y, si es necesario, sujetar con la mano las
partículas mayores para impedir que rueden fuera. Llenar hasta aproximadamente 25
mm por sobre el borde del molde; y
b) enrasar el material excedente efectuando una pasada continua con la regla de acero
(y ayudándose con los dedos, cuando sea necesario) de modo que cualquier leve
proyección de las partículas mayores por sobre el borde del molde compense
aproximadamente los huecos superficiales mayores.
9.3 Pesar el molde con el suelo, determinar y registrar la masa seca del suelo que llena el
molde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de
2,8 litros.
9.4 Repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.
Registrar el valor más bajo conseguido.
10 Determinación de la densidad máxima
(Correspondiente a índice de huecos mínimo).
Determinar mediante uno de los procedimientos siguientes:
10.1 Método seco:
a) mezclar el material de la muestra acondicionada para obtener una distribución
homogénea de las partículas con la menor segregación posible;
b) colocar el tubo guía sobre el borde del molde y ajustar el sistema de fijación de modo
que la pared interna del tubo quede alineada con la pared interna del molde;
c) ajustar las dos tuercas de fijación en sus respectivos tornillos. Soltar el tornillo
restante y retirar el tubo guía;
7
NCh1726
d) llenar el molde por el procedimiento establecido en 9.2.1 ó 9.2.2 según corresponda;
NOTA - Normalmente se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determinó la densidad
mínima.
e) fijar el tubo guía al molde y colocar la placa base sobre la superficie del suelo. Colocar
la sobrecarga encima de la placa base (empleando el aparejo de izar en el caso del
molde de 14,2 litros);
f) colocar el control del vibrador a la amplitud máxima y vibrar el molde cargado durante
un período de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tubo guía;
NOTA - En algunos casos es posible obtener una densidad mayor aplicando amplitudes de vibración
menores que la máxima.
g) obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa base.
Determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a
0,01 mm;
h) pesar el molde con el suelo. Determinar y registrar la masa seca del suelo que llena el
molde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de
2,8 litros;
NOTA - Si se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determinó la densidad mínima, aplicar
la misma (ms) del punto 9.3, a menos que se pierda una cantidad apreciable de finos durante la vibración.
i)
repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.
Registrar el valor más alto conseguido.
10.2 Método húmedo
a) el método húmedo puede efectuarse sobre el material de la muestra acondicionada al
cual se agrega suficiente agua o, si se prefiere, sobre el suelo húmedo del terreno. Si
se agrega agua al suelo seco, dejar transcurrir un período mínimo de remojo de ½ h;
b) llenar el molde con suelo húmedo por medio de una poruña o pala. Agregar la cantidad
de agua suficiente para que una pequeña cantidad de agua libre se acumule sobre la
superficie del suelo durante el llenado;
NOTA - La cantidad correcta de agua puede estimarse de acuerdo con el índice de huecos a la densidad
máxima esperada o por experimentación con el suelo.
c) durante y justo después del llenado del molde vibrar el suelo por un período total de 6
min, cuidando de reducir la amplitud del vibrador tanto como sea necesario para evitar
que se agite excesivamente. Durante los minutos finales de este vibrado remover el
agua que aparezca sobre la superficie del suelo;
d) armar el conjunto de tubo guía, placa base y sobrecarga de acuerdo con 10.1 e);
8
NCh1726
d) vibrar el molde cargado durante un período de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tubo
guía. Obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa,
determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a 0,01 mm;
e) retirar cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y secar hasta
masa constante. Pesar y registrar la masa seca del suelo que llena el molde (ms)
aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros; y
g) repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o más resultados consistentes.
Registrar el valor más alto conseguido.
NOTA - Aunque el método seco asegura resultados en un período más breve, en algunos suelos se
obtiene una densidad máxima mayor en estado saturado. Al comienzo de un programa de ensayos, o
cuando hay un cambio notorio de materiales, el ensayo de densidad máxima debe efectuarse en ambas
condiciones, seca y húmeda, para determinar con cual de las dos se obtiene la mayor densidad máxima.
Si la mayor densidad en más de 1% se obtiene con el método húmedo, en los ensayos sucesivos debe
seguirse con este mismo método.
11 Expresión de resultados
11.1 Calcular la densidad seca mínima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la fórmula
siguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.
ρ
min =
ms
V
en que:
ρ min
=
densidad seca mínima, g/cm3 (kg/l);
ms
=
masa seca del suelo que llena el molde, g; y
V
=
capacidad volumétrica del molde, cm3.
11.2 Calcular la densidad seca máxima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la fórmula
siguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.
ρ
máx =
ms
Vc
en que:
ρ máx
=
densidad seca máxima, g/cm3 (kg/l);
ms
=
masa seca del suelo que llena el molde, g; y
Vc
=
volumen del suelo compactado, de acuerdo con la fórmula siguiente,
aproximando a 1 cm3.
9
NCh1726
Vc = V −
( Li − L f )
10
⋅Α
en que:
Li
=
lectura inicial del calibre, mm;
Lf
=
lectura final del calibre, mm; y
Α
=
área seccional del molde en cm2.
11.3 Densidad del suelo en el terreno
Se debe determinar por el método del cono de arena, de acuerdo con NCh1516.
NOTA - Alternativamente puede determinarse por el método del balón de goma o por métodos nucleares. En
tanto se elaboran las Normas chilenas correspondientes pueden aplicarse provisoriamente las Normas
ASTM D 2167 Test for Density of Soil in Place by the Rubber-Balloon Method o ASTM D 2922 Density of Soil
in Place by Nuclear Methods, respectivamente.
11.4 Indice de densidad
Calcular el índice de densidad como porcentaje de acuerdo a la fórmula siguiente:
I D = [ρ max ( ρ d − ρ min ) / ρ d ( ρ max − ρ min )] ⋅ 100
en que:
ID
=
índice de densidad, %;
ρd
=
densidad del suelo en el terreno, g/cm3 (kg/l);
ρ mín
=
densidad seca mínima, g/cm3 (kg/l); y
ρ máx . =
densidad seca máxima, g/cm3 (kg/l).
NOTA - El índice de densidad puede expresarse también en términos del índice de
huecos, de acuerdo con la fórmula siguiente:
I D = [(e máx − e) /(e máx − e min )] ⋅ 100
en que:
10
e máx
=
índice máximo de huecos, %;
e
=
índice de huecos del suelo en el terreno, %; y
e mín
=
índice mínimo de huecos, %.
NCh1726
Para valorar los índices de huecos se determina previamente la densidad de partículas
sólidas de acuerdo con NCh1532.
12 Informe
El informe debe incluir lo siguiente:
a) método empleado para la densidad mínima (embudo o poruña);
b) método empleado para la densidad máxima (seco o húmedo);
c) tamaño del molde;
d) densidad mínima y densidad máxima;
e) densidad en el terreno indicando el procedimiento empleado;
f) densidad relativa;
g) cualquier información específica relativa al ensayo o al suelo en estudio; y
h) la referencia a esta norma.
11
NCh1726
Dimensiones en milímetros
Figura 1 - Conjunto de aparatos (con molde de 2,8 l)
12
NCh1726
Tamaño nominal del
molde l
2,8
14,2
Dimensiones (mm)
A
152,4
279,4
B
155,2
230,9
C
180,4
307,4
D
165,1
241,3
E
12,7
15,9
F
28,6
50,8
Figura 2 - Detalle de moldes
13
NCh1726
Dimensiones en milímetros
NOTAS
1.
Esta pieza debe ser una placa de acero con una sección de 38 mm x 12,5 mm y la longitud necesaria
para producir las dimensiones indicadas desde el interior del tubo guía. Soldar tres sistemas de ajuste
igualmente espaciados al tubo guía.
2.
Ver la tabla siguiente:
3.
Tamaño
nominal del
molde, l
A
mm
B
mm
2,8
14,2
12,7
15,9
34,9
38,1
Tubo guía, mm
Diámetro int.
152,4
279,4
Estas dimensiones deben cambiarse para fijar el calibre empleado.
Figura 3 - Detalles
14
Espesor
6,4
9,5
Alto
305
203
NCh1726
Tamaño nominal del
molde, l
2,8
14,2
D
mm
150,8
276,2
H
mm
228,6
152,4
Tubo
mm
101,6
254,0
Masa total
kg
25,9 ± 0,2
86,2 ± 0,4
NOTAS
1.
Todas las placas deben ser de 12,5 mm de espesor.
2.
Las placas superiores de la sobrecarga pueden ser cortadas con soplete pero sus cantos deben ser
pulidos tan lisos como sea posible. Las placas base deben ser rectificadas al diámetro especificado.
3.
Las manillas de las sobrecargas deben tener la misma forma que las de la placa base.
Figura 4 - Placa base y sobrecarga
15
NORMA CHILENA OFICIAL
INSTITUTO
NACIONAL
DE
NCh
NORMALIZACION
!
1726.Of80
INN-CHILE
Mecánica de suelos - Determinación de las densidades
máxima y mínima y cálculo de la densidad relativa en
suelos no cohesivos
Soil mechanics - Determination of maximum densities and calculation of relative density
on cohesionless soils
Primera edición
Reimpresión
Descriptores:
: 1980
: 1999
mecánica de suelos, ensayos, densidad, compactación
CIN 93.020
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© 1980:
INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN
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: ISO (International Organization for Standardization) • COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)