3 Resumen La presente memoria consiste en un “Manual de ensayos de laboratorio para el mejoramiento de la enseñanza y aprendizaje de las asignaturas de Mecánica de Suelos I y II”, para el laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad de La Serena. El contenido del trabajo es variado y refleja la manera de operar dentro del área de desarrollo del laboratorio, cabe mencionar que para el análisis de la información se emplearon los métodos indicados en la familia de Normas Chilenas. La memoria nace de la necesidad del laboratorio de Mecánica de Suelos por contar con un Manual de Ensayos de Laboratorio que complemente el aprendizaje del alumno. Este manual será un texto de apoyo y consulta para las sesiones de laboratorio considerándolo como un complemento a las asignaturas de Mecánica de Suelos I y II. El Manual proveerá a los alumnos de las asignaturas de Mecánica de Suelos una oportunidad de iniciar a corto plazo una mejora continua en su aprendizaje, teniendo a su alcance material didáctico que contempla la organización de información actualizada e incorporación de material nuevo que permite orientar al alumno en la aplicación de los resultados obtenidos de los ensayos. La presente Memoria cuenta con dos Tomos, el primer Tomo lo conforman los diagramas de flujo, registros, ejemplos y aplicaciones. El segundo Tomo lo conforman los anexos que contemplan los métodos de cada ensayo basado en las normas chilenas y el material audiovisual con la ejecución de los ensayos en videos. 4 Índice Contenido Pág. Resumen 3 TOMO I 1. Introducción 15 2. Capítulo I : Instrucciones 18 3. Capítulo II : Método para la Identificación Visual de Suelos( ASTM 22 D2488 - 69) 3.1 Método para la Identificación Visual de Suelos 23 3.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 23 3.1.2 Procedimiento de Ensayo 25 3.1.3 Memoria de Cálculo 31 3.2 Diagrama de Flujo 35 3.2.1 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelos Finos (Ensaye 35 de Sacudimiento) 3.2.2 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelos Finos (Ensaye 36 de Amasado) 3.2.3 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelo Granulares 37 3.3 Registro 38 3.4 Ejemplo 40 3.5 Aplicación 42 4. Capítulo III : Método para Determinar la Granulometría (NCh 165. 44 Of77) 4.1 Método para Determinar la Granulometría 45 4.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 45 4.1.2 Aparatos 45 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 5 4.1.3 Muestra de Ensayo 48 4.1.4 Procedimiento de Ensayo 50 4.1.5 Memoria de Cálculo 53 4.2 Diagrama de Flujo 57 4.2.1 Procedimiento del Análisis Granulométrico 57 4.3 Registro 59 4.4 Ejemplo 62 4.5 Aplicación 66 5. Capítulo IV : Método para Determinar Límites de Consistencia (NCh 71 1517 Of79) 5.1 Método para la Determinación del Límite Líquido (NCh 1517/1 of 79) 72 5.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 72 5.1.2 Aparatos 72 5.1.3 Calibración del Aparato 75 5.1.4 Muestra de Ensayo 76 5.1.5 Procedimiento de Ensayo 77 5.1.6 Memoria de Cálculo 79 5.2 Método para la Determinación del Límite Plástico (NCh 1517/2 of79) 80 5.2.1 Alcance y Campo de Aplicación 80 5.2.2 Aparatos 80 5.2.3 Muestra de Ensayo 81 5.2.4 Procedimiento de Ensayo 82 5.2.5 Memoria de Cálculo 84 5.3 Diagrama de Flujo 87 5.3.1 Procedimiento para Determinar el Límite Líquido 87 5.3.2 Procedimiento para Determinar el Límite de Plasticidad 89 5.4 Registro 90 5.5 Ejemplo 92 5.6 Aplicación 94 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 6 6. Capítulo V : Método para la Determinación de la Densidad de 95 Partículas Sólidas (NCh 1532 Of80) 6.1 Método para la Determinación de la Densidad de Partículas Sólidas 96 6.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 96 6.1.2 Aparatos 96 6.1.3 Calibración del Picnómetro 98 6.1.4 Muestra de Ensayo 100 6.1.5 Procedimiento de Ensayo 101 6.1.6 Memoria de Cálculo 102 6.2 Diagrama de Flujo 105 6.2.1 Procedimiento para Determinar la Densidad Partículas Sólidas, 105 Picnómetro 6.3 Registro 106 6.4 Ejemplo 107 6.5 Aplicación 108 7. Capítulo VI : Método para la Determinación de la Densidad Máxima 109 y Mínima (NCh 1726 Of80) 7.1 Método para la Determinación de la Densidad Máxima y Mínima 110 7.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 110 7.1.2 Aparatos 111 7.1.3 Calibración del Aparato 117 7.1.4 Muestra de Ensayo 119 7.1.5 Procedimiento de Ensayo 120 7.1.6 Memoria de Cálculo 123 7.2 Diagrama de Flujo 127 7.2.1 Procedimiento para Determinar la Densidad Mínima 127 7.2.2 Procedimiento para Determinar la Densidad Máxima, Método Seco 128 7.3 Registro 129 7.4 Ejemplo 130 7.5 Aplicación 131 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 7 8. Capítulo VII : Método para Determinar la Compactación por medio 132 del Ensayo Proctor Modificado (NCh 1534/2 Of79) 8.1 Método para Determinar la Compactación por Medio del Ensayo 133 Proctor Modificado 8.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 133 8.1.2 Aparatos 134 8.1.3 Calibración del Molde 138 8.1.4 Muestra de Ensayo 140 8.1.5 Procedimiento de Ensayo 141 8.1.6 Memoria de Cálculo 143 8.2 Diagrama de Flujo 145 8.2.1 Procedimiento del Método A 145 8.2.2 Procedimiento del Método B 146 8.2.3 Procedimiento del Método C 147 8.2.4 Procedimiento del Método D 148 8.3 Registro 149 8.4 Ejemplo 151 8.5 Aplicación 153 9. Capítulo VIII : Método para Determinar la Densidad en el Terreno 157 Cono de Arena (NCh 1516 Of79) 9.1 Método para Determinar la Densidad en el Terreno Cono de Arena 158 9.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 158 9.1.2 Aparatos 158 9.1.3 Calibración del Aparato 161 9.1.3 Muestra de Ensayo 163 9.1.4 Procedimiento de Ensayo 164 9.1.5 Memoria de Cálculo 168 9.2 Diagrama de Flujo 170 9.2.1 Procedimiento para Determinar la Densidad Aparente de Arena 170 Normalizada “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 8 9.2.2 Procedimiento del Cono Inferior 171 9.2.3 Procedimiento para Determinar la Densidad del Suelo en Terreno 172 9.3 Registro 173 9.4 Ejemplo 175 9.5 Aplicación 177 TOMO II 10. Capítulo IX : Método para Determinar la Capacidad de Soporte de 187 Suelos Compactados en Laboratorio (CBR) (NCh 1852 Of81) 10.1 Método para Determinar la Razón de Soporte de Suelos 188 Compactados en Laboratorio (CBR) 10.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 188 10.1.2 Aparatos 188 10.1.3 Muestra de Ensayo 194 10.1.4 Procedimiento de Ensayo 198 10.1.5 Memoria de Cálculo 200 10.2 Diagrama de Flujo 202 10.2.1 Procedimiento para Determinar la Razón de Soporte (CBR) 202 10.3 Registro 204 10.4 Ejemplo 208 10.5 Aplicación 212 11. Capítulo X : Método para la Determinación de Parámetros de 216 Consolidación Unidimensional de Suelos usando Carga Incremental (NCh 3129. c2007) 11.1 Método para la Determinación de Parámetros de Consolidación 217 Unidimensional de Suelos usando Carga Incremental 11.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 217 11.1.2 Aparatos 217 11.1.3 Muestra de Ensayo 222 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 9 11.1.4 Procedimiento de Ensayo 223 11.1.5 Memoria de Cálculo 225 11.2 Diagrama de Flujo 238 11.2.1 Procedimiento del Ensayo de Consolidación 238 11.3 Registro 240 11.4 Ejemplo 244 11.5 Aplicación 248 12. Capítulo XI : Método para Determinar la Resistencia a la 250 Compresión No Confinada de Suelos Cohesivos (NCh 3134. c2007) 12.1 Método para Determinar la Resistencia a la Compresión No 251 Confinada de Suelos Cohesivos 12.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 251 12.1.2 Aparatos 251 12.1.3 Muestra de Ensayo 254 12.1.4 Procedimiento de Ensayo 255 12.1.5 Memoria de Cálculo 257 12.2 Diagrama de Flujo 259 12.2.1 Procedimiento del Ensayo de Compresión No Confinada 259 12.3 Registro 260 12.4 Ejemplo 263 12.5 Aplicación 266 13. Capítulo XII : Método para Determinar el Corte Directo de Suelos 267 bajo Condición Consolidada Drenada (NCh 3085. 2007) 13.1 Método para Determinar el Corte Directo de Suelos bajo Condición 268 Consolidada Drenada 13.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 268 13.1.2 Aparatos 268 13.1.3 Calibración del Aparato 274 13.1.4 Muestra de Ensayo 275 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 10 13.1.5 Procedimiento de Ensayo 277 13.1.6 Memoria de Cálculo 283 13.2 Diagrama de Flujo 286 13.2.1 Procedimiento del Ensayo de Corte Directo de Suelos Consolidado 286 – Drenado 13.3 Registro 288 13.4 Ejemplo 293 13.5 Aplicación 303 14. Capítulo XIII : Método para Determinar Compresión Triaxial de un 304 Suelo No Cohesivo Consolidado – Drenado 14.1 Método para Determinar Compresión Triaxial de un Suelo No 305 Cohesivo Consolidado – Drenado 14.1.1 Alcance y Campo de Aplicación 305 14.1.2 Aparatos 305 14.1.3 Muestra de Ensayo 307 14.1.4 Procedimiento de Ensayo 308 14.1.5 Memoria de Cálculo 310 14.2 Diagrama de Flujo 316 14.2.1 Procedimiento del Ensayo de Compresión Triaxial en un Suelo No 316 Cohesivo Drenado 14.3 Registro 317 14.4 Ejemplo 322 14.5 Aplicación 334 15. Conclusión 336 16. Referencias 338 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 11 Índice de Tabla y Figura Tabla Pág. Nº1 - Tipo de suelo según tamaño de partículas 25 Nº2 - Tamaños de abertura de los tamices para suelos 46 Nº3 - Tamaño de la muestra de ensayo de la arena 49 Nº4 - Masa mínima de muestra para gravas 50 Nº5 - Banda granulométrica para subbase, base y carpeta de rodadura 67 Nº6 - Requisitos de los materiales para rellenos estructurales 69 Nº7 - Requisitos de los materiales para rellenos estructurales en zanjas 70 Nº8 - Límites de consistencia o de Atterberg 94 Nº9 - Requisitos de los materiales para rellenos estructurales 95 Nº10 - Densidad del agua según su temperatura 99 Nº11 - Densidad partículas sólidas 109 Nº12 - Detalle del molde 111 Nº13 - Detalles del tubo guía 113 Nº14 - Sobrecarga 114 Nº15 - Densidad del agua según su temperatura 118 Nº16 - Tamaño de la muestra de ensayo 119 Nº17 - Aparato de llenado y molde 120 Nº18 - Densidad del agua según su temperatura 139 Nº19 - Tamaño de la muestra de ensayo 141 Nº20 - Densidad del agua según su temperatura 162 Nº21 - Tamaño de la perforación de ensayo y de la muestra para 167 determinación de humedad Nº22 - Requisitos de subbases para pavimentos rígidos 213 Nº23 - CBR para base granular 214 Nº24 - Información sobre razón de huecos y deformación 230 Nº25 - Coeficiente de consolidación, cv 231 Nº26 - Índice de compresión 248 Nº27 - Variación del índice respecto al Límite Líquido 249 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 12 Nº28 - Tamaño de la muestra 255 Nº29 - Consistencia de suelos arcillosos según su valor de resistencia a la 266 compresión simple Nº30 - Tiempo de acondicionamiento de muestras 276 Nº31 - Resumen de datos sobre ángulos de fricción para su utilización en 303 anteproyectos Nº32 - Relación entre el ángulo de fricción y la porosidad inicial en arena 334 fina a media (según Rowe, 1962) Nº33 - Valores relativos de ángulo de fricción drenado 335 Figura Nº1 - Sacudimiento 26 Nº2 - Dirección del amasado 27 Nº3 - Tipos de arenas 28 Nº4 - Estructura granular 29 Nº5 - Estructura en bloque 30 Nº6 - Estructura prismática 30 Nº7- Estructura laminar 31 Nº8 - Perspectiva de tamices 47 Nº9 - Maquina Casagrande 73 Nº10 - Acanalador Casa Grande 73 Nº11 - Acanalador ASTM 74 Nº12 - Picnómetro 97 Nº13 - Detalle aparto de compactación 111 Nº14 - Detalle del molde 112 Nº15 - Tubo guía y sistema de ajuste 113 Nº16 - Detalle de placa base y sobrecarga 114 Nº17 - Manilla placa base 115 Nº18 - Detalle de sujeción del calibre 115 Nº19 - Molde metálico cilíndrico 134 Nº20 - Molde 100 mm. diámetro nominal 135 Nº21 - Molde 150 mm. diámetro nominal 136 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 13 Nº22 - Pisón metálico cilíndrico 136 Nº23 - Herramientas y accesorios de mezclado 138 Nº24 - Capacidad volumétrica del molde 139 Nº25 - Gráfico humedad/densidad 144 Nº26 - Cono convencional (6”) 159 Nº27 - Molde de 3 lts 161 Nº28 - Arena de ensayo 163 Nº29 - Prensa de ensayo 189 Nº30 - Vista lateral y superior del molde 190 Nº31 - Disco espaciador y manilla del disco 190 Nº32 - Placa metálica y vástago ajustable 191 Nº33 - Trípode para medir la expansión 192 Nº34 - Carga anular y vástago ajustable 193 Nº35 - Pistón 193 Nº36 - Tipos de consolidómetros 218 Nº37 - Detalles superior consolidómetro 219 Nº38 - consolidómetro 219 Nº39 - Curva tiempo-deformación a partir del método de Log de tiempo 231 Nº40 - Curva tiempo-deformación a partir del método de la raíz cuadrada 233 del tiempo Nº41 - Equipo de carga 252 Nº42 - Extracción de la muestra 253 Nº43 - Fotografía plano de falla 256 Nº44 - Equipo para la prueba de corte directo 269 Nº45 - Caja de corte ensamblada 269 Nº46 - Motor eléctrico para aplicar velocidad 271 Nº47 - Anillo de carga para medir la fuerza de corte 272 Nº48 - Disposición general de la caja y del carro deslizable 273 Nº49 - Sección típica equipo triaxial (según Bichop y bjerrum, 1960) 306 Nº50 - Equipo triaxial. (Fuente: ELE Internacional Ltda., 1993) 308 N°51 - Gráfico típico de ensaye ( Bowles J., 1982) 313 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 14 TOMO I “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 15 1. Introducción Todo trabajo de laboratorio debe ser divulgado para conocimiento y utilización del grupo respectivo de las asignaturas de Mecánica de Suelos. Para alcanzar este objetivo es preciso consolidarlo y presentarlo adecuadamente, bajo un documento conocido como Manual, que debe ser aprobado por las autoridades, para que adquiera la fuerza necesaria y se aplique como corresponda, ya que existe la tendencia a resistir cualquier norma reguladora que limite la libertad de improvisar y de hacer lo que más le convenga a cada uno. Por manual debemos entender la colección sistemática de los procesos que indique al alumno de asignaturas de Mecánica de Suelos, las actividades a ser cumplidas y la forma como deben ser realizadas El presente Manual se define dentro del tipo de “Manual de Normas y Procedimientos”, cuya finalidad es ofrecer una descripción actualizada, concisa y clara de las actividades contenidas en cada procedimiento. Por ello, un Manual jamás podemos considerarlo como concluido y completo, ya que debe evolucionar. Lo importante del Manual es que este se ajuste a la estructura del laboratorio de Mecánica de Suelos, a los requerimientos de los alumnos y a los requisitos de las asignaturas de Mecánica de Suelos. En la práctica, cuando se hace un proceso adecuado de divulgación, casi se da por entendido su conocimiento, y su aplicación se vuelve inmediata. El Manual contiene información relacionada a: Diagramas de flujo: Son la representación gráfica del flujo o secuencia de rutinas simples. Tiene la ventaja de indicar la secuencia del proceso en cuestión, las unidades involucradas y los responsables de su ejecución; en pocas palabras es la representación simbólica o pictórica de un procedimiento. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 16 Los diagramas de flujo son importantes para el alumno por que le ayudan a comprender y aplicar los procedimientos descritos en los métodos de ensayo. Registros: Son documentos que guardan información específica y relacionada a un procedimiento de ensayo. Los registros comprueban que el laboratorio cumple sus procedimientos y normas. Ejemplos: La información que se recoge durante la ejecución de los procedimientos de ensayo, es registrada y calculada con el fin de hacerla disponible para el alumno. Así se logra mejorar la comprensión del ensayo con respecto a los datos obtenidos en los laboratorios. Aplicaciones: Los resultados obtenidos en los distintos ensayos se analizan considerando los requerimientos del Manual de Carreteras de la Dirección de Vialidad, y se comparan y correlacionan con otras propiedades del suelo basados en información obtenida de la literatura disponible en nuestra casa de estudios. Métodos de ensayos: El método es una serie de pasos sucesivos que conducen a una meta, en este caso los métodos de ensayo están basados en la familia de Normas Chilenas. Proveen al alumno información descriptiva y adecuada a la solución de problemas específicos. Provisto de procedimientos de calibración y ensayo, descripción de materiales y equipos, y de la metodología utilizada para resolver y descubrir los parámetros resultantes de cada una de las experiencias del laboratorio. Material audiovisual (videos): El uso de la tecnología de la comunicación para la elaboración de materiales didácticos constituye una tarea fundamental en un modelo de educación, dadas tres características fundamentales: “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 17 1. El propósito es que los alumnos estén en capacidad de realizar actividades de autoaprendizaje con material de fácil adquisición para consulta individual o grupal que facilite su aprendizaje. 2. La posibilidad de extender los conocimientos del profesor más allá del espacio físico circunscrito al aula y al contacto interpersonal con el alumno. 3. El apoyo significativo para que el profesor facilite un medio audiovisual que permita ilustrar los temas y conceptos más relevantes de los ensayos de Mecánica de Suelos. Para lograrlo, es preciso establecer un sistema de difusión de material didáctico que permita que las funciones de enseñanza que ejerce el profesor y aprendizaje de los alumnos se lleven a cabo satisfactoriamente. Siendo que los paradigmas de enseñanza – aprendizaje han sufrido transformaciones significativas en las últimas décadas, lo que han permitido evolucionar, por una parte, de modelos educativos centrados en la enseñanza a modelos dirigidos al aprendizaje, y por otra, al cambio en los perfiles de profesores y alumnos, en éste sentido, los nuevos modelos educativos demandan que los docentes transformen su rol de expositores del conocimiento al de monitores del aprendizaje, y los estudiantes, de espectadores del proceso de enseñanza, al de integrantes participativos, proposititos y críticos en la construcción de su propio conocimiento. Por lo tanto, el uso de las nuevas tecnologías de la información transforman los procesos educativos, con el fin de lograr mayor integración de parte del docente y del alumno en el proceso de enseñanza – aprendizaje. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 18 2. CAPÍTULO I : INSTRUCCIONES “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 19 2.1 Marco Teórico Este documento permite conocer el funcionamiento interno por lo que respecta a actividades específicas, requerimientos, materiales, ubicación, documentos y a los responsables de su ejecución. La Memoria de Título contiene la descripción escrita y simbólica de actividades que deben seguirse en la realización de una práctica de ensayo de laboratorio. Además cuenta con información recopilada de Normativa actualizada de cada ensayo y sus respectivos formatos, ejemplos y aplicaciones. Se establecen diagramas de flujo, hojas de registro, ejemplos numéricos y aplicaciones para cada uno de los capítulos posteriores correspondientes a ensayos realizados en las asignaturas de Mecánica de Suelos I y II. Para una adecuada interpretación a continuación especificamos la definición y simbología necesaria que se utilizara en la presente Memoria de Título. 2.2 Definiciones y Simbología ε : Deformación ζ : Esfuerzo de Corte µ : Presión de poros σN : Esfuerzo Normal ℮ : Relación de vacios ρWtx : Densidad del agua a una temperatura x dada, gr/cm3 [kg/lts] ρS1 : Densidad de las Partículas Sólidas ρS2 : Densidad de las Partículas Sólidas ω óptima : Humedad óptima φ : Ángulo de fricción ASTM : American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 20 CBR : California Bearing Ratio ( Ensayo de Relación de Soporte de California) Cc : Coeficiente de curvatura Cs : Coeficiente de expansión o hinchamiento Cu : Coeficiente de uniformidad D.A.S. : Densidad Aparente Seca D.C.H : Densidad Aparente Húmeda D.C.S. : Densidad Compactada Seca D.M.C.S. : Densidad Máxima Compactada Seca D.R. : Densidad Relativa IP : Índice de Plasticidad Li : Lectura inicial Lf : Lectura final MOP : Ministerio de Obras Públicas NCh : Norma Chilena N.P. : No presenta O.O.C.C. : Obras Civiles SIMSTF : Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos y Trabajos de Fundaciones USCS : Sistema Unificado de Clasificación de Suelos T.M. : Tamaño Máximo T.M.A. : Tamaño Máximo Absoluto T.C.N. : Terreno de Cualquier Naturaleza VOL ; Volumen WL : Límite Líquido WP : Límite Plástico : Inicio o Final de Diagrama : Realización de una actividad “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 21 : Documentación (Registros, Procedimientos, etc) : Análisis de situación o toma de decisión : Conexión o relación entre partes de un diagrama : Conector e indicador del flujo del proceso RE-03-02-01 RE: Registro 03: nº de página, ejemplo: pág. 3 02: nº de ensayo, ejemplo: Ensayo Análisis Granulométrico 01: nº asignatura, 01 para Mecánica de Suelos I y 02 para Mecánica de Suelos II. En el caso del ejemplo correspondería a Mecánica de Suelos I 2.3 Acotación 2.3.1 Respecto a los “Diagramas de Flujo” de cada capítulo estos describirán el ensayo propiamente tal, consecuentemente aquellos documentos referentes a “Toma de Muestra” y “Memoria de Cálculo” son independientes al diagrama del ensayo, no obstante, se encuentran explicados en los procedimientos escritos de cada capítulo (Método de ensayo basado en la Norma de referencia). 2.3.2 Contador en diagrama: símbolo en forma de rombo utilizado para la repetitividad del ensayo. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 22 3. CAPÍTULO II : MÉTODO PARA LA IDENTIFICACIÓN VISUAL DE SUELOS (ASTM D2488-69) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 23 3.1 MÉTODO PARA LA IDENTIFICACIÓN VISUAL DE SUELOS 3.1.1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Por identificación de suelos se entiende el reconocimiento del tipo de suelo que se realiza normalmente en terreno sin ayuda de equipo alguno. Se reconoce la importancia de la identificación visual de suelos como etapa previa para el estudio de Mecánica de Suelos y como necesaria para el trabajo del Ing. Constructor e Ingeniero Civil. El alumno debe poder diferenciar entre un suelo fino y un suelo granular, entre un limo, una arcilla, una arena y una grava para entender y relacionar claramente las diversas características y el comportamiento de estos suelos cuyo estudio es parte de la cátedra. La identificación visual requiere esencialmente experiencia; para el alumno es necesaria la guía de una persona experimentada, o un material de apoyo como el presente Manual. 3.1.2. ANTECEDENTES NECESARIOS Se hace necesario definir los suelos para diferenciarlos de las rocas. Para fines de Mecánica de Suelos se acepta una definición simplificada que no traza un límite bien demarcado entre ambos: Suelo: es un agregado natural de granos minerales que puede ser separado en sus partículas individuales ya por simple muestreo, o por medios mecánicos suaves tales como agitación en agua. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 24 La identificación visual de los suelos debe estar estrechamente relacionada con un sistema generalizado de clasificación de suelos que; apoyado por ensayes normalizados de laboratorio, busque separar los suelos en grupos tales que, dentro de cada una de las propiedades de ingeniería significativas sean en alguna forma similar. En nuestro caso la identificación visual se relaciona con la “Clasificación Unificada” (USCS: Unified Soil Classification System). Esta identificación pretende clasificar un suelo sin necesidad de ensayes de laboratorio, de modo que la realización posterior de éstos confirme y amplíe la información cualitativa obtenida en terreno. 3.1.2.1 Principales tipos de suelos. Los principales términos usados por el Ing. Constructor e Ing. civil para describir los suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayor parte de los suelos naturales son una mezcla de dos o más de estos constituyentes, y muchos contienen un agregado de materias orgánicas en un estado de descomposición parcial o total. La muestra recibe el nombre del constituyente que aparece como más influyente en el comportamiento y los demás constituyentes se indican como adjetivos. Así, una arcilla limosa tiene las propiedades de una arcilla pero contiene una cantidad de limo, y un limo orgánico está compuesto primariamente por limo pero contiene una cantidad significativa de material orgánico. Arenas y gravas son conocidas como suelos granulares y, limos y arcillas como suelos finos. La distinción entre suelos granulares y suelos finos se basa en si las partículas individuales son o no visibles a simple vista. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 25 3.1.2.2 Tipos de suelos según el tamaño de sus partículas Taba N°1 – Tipo de suelo según tamaño de partículas Tamaño de la partículas [mm] Descripción de las Normas partículas británicas Grava AASHTO ASTM Unificado 60-2 75-2 >2 75-4,75 Arena 2-0,06 2-0,05 2-0,075 4,75-0,075 Limo 0,06-0,002 0,05-0,002 Arcilla < 0,002 < 0,002 0,075-0,005 < 0,075 finos < 0,005 Los métodos para identificar y describir los suelos granulares difieren para los suelos finos, por lo que los procedimientos serán discutidos separadamente. 3.1.3. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 3.1.3.1 Identificación de suelos finos Para reconocer si un suelo es limo o arcilla se recurre a los siguientes ensayos sencillos que se describen. 3.1.3.1.1 Ensayo de Sacudimiento (Dilatancia) Se separan aproximadamente 5 cm3 de suelo y se le agrega agua hasta formar una bolita de suelo con una humedad tal que el agua casi aparezca en la superficie. Se coloca esta pasta en la palma de una mano y se la sacude horizontalmente golpeándola varias veces y fuertemente contra la otra mano (ver Figura N°1). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 26 Figura N°1 – Sacudimiento ¡No se puede! Esto quiere decir que es un suelo de textura muy arenosa. Se dice que un suelo tiene reacción rápida a este sacudimiento cuando la pasta cambia de forma y muestra el agua en su superficie en muy pocos golpes. Se puede entonces asegurar que se trata de un suelo con presencia de arena o limo. En el otro extremo se tienen los suelos cuya reacción a este ensayo es muy lenta (o no hay reacción): no hay cambio de forma y el tiempo de ensaye necesario para que aparezca una superficie algo brillante debido a que el agua es mucha. Es el caso de las arcillas. Limo reacción rápida. Arcilla reacción muy lenta (o no hay). Reacciones intermedias tales como reacciones medias y medias a lentas dejan una interrogante para la identificación del suelo por lo que es necesario recurrir al ensayo de amasado. Sin embargo, aún en el caso que el tipo de suelo fino se pueda definir sólo con el ensayo de sacudimiento, es siempre conveniente continuar con el ensaye de amasado. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 27 3.1.3.1.2 Ensayo de Amasado (Tenacidad) Se toma la pasta ensayada según se ha descrito anteriormente y se amasa entre ambas manos formando un bastoncito que decrece en diámetro durante el reconstruir una bolita y se continúan repitiendo estas etapas hasta que el bastoncito se rompa en varias partes al ser amasado. En los ciclos finales se hace necesario formar la bolita oprimiendo fuertemente el suelo entre los dedos (ver Figura N°2). Figura N°2 – Dirección del amasado Existen cuatro características de los suelos que deben ser observadas en el curso de este ensayo. Ellas son: La resistencia al amasado que es la resistencia que opone el suelo a ser amasado cuando esta cerca de las condiciones de ruptura descritas. Una arcilla opone mucha resistencia al amasado a diferencia de un limo para el cual esta resistencia es baja. La plasticidad para explicar esta propiedad del suelo es necesario observar que durante el amasado el suelo está constantemente perdiendo humedad y, que durante todo el proceso de amasado, el suelo se está comportando plásticamente (deja de hacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastoncito al romperse). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 28 El tiempo de amasado nos dice qué suelos tienen una mayor capacidad de retención de agua en estado plástico, o mejor dicho, un mayor rango de humedades dentro del cual un suelo se comporta plásticamente (plasticidad). Es siempre conveniente entregar en la descripción de un suelo fino alguna información de su plasticidad. El brillo que se determina inmediatamente después de haberse alcanzado la ruptura del bastoncito uniendo sus partes, oprimiendo el suelo fuertemente entre los dedos. Se frota entonces el suelo contra la uña y se observa el brillo de la superficie frotada. Las arcillas presentan una superficie brillante que crece para las arcillas muy plásticas. 3.1.3.2 Identificación y descripción de suelos granulares Comparativamente los suelos granulares son fácilmente identificables. El tamaño que separa las gravas de las arenas se considera igual a 5mm (ASTM Nº4). Las gravas mayores a 80 mm (3”) reciben el nombre de bolones. Las gravas pueden separarse entre gruesas (3”-3/4”) y finas (3/4”- 5 mm.). La arenas según sea su tamaño dominante (si lo hay) se pueden separar en arenas gruesas, medias y finas para lo cual se requiere cierta experiencia (ver Figura N°3). Figura N°3 - Tipos de arenas “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 29 Las características particulares que por su importancia en el comportamiento del suelo, deben incluirse en la descripción de un suelo granular son las siguientes: - Suelos fundamentales, como por ejemplo, grava arenosa, arena con grava. - Tamaño máximo de las gravas o bolones en pulgadas. - Porcentaje estimado de bolones. Tanto este valor como el tamaño máximo, deben ser estimados, siempre que sea posible, en el pozo y no en la muestra obtenida. - Tamaño de granos dominantes. Para suelos granulares que no tienen una buena distribución de tamaños (pobremente graduados), indicar si las arenas son gruesas, medias o finas y las gravas gruesas o finas. - Forma de las partículas. Por definición, el tipo de estructura describe la forma o configuración de los agregados individuales. Estas pueden ser: Estructuras granulares y migajosa: son partículas individuales de arena, limo y arcilla agrupadas en granos pequeños casi esféricos. El agua circula muy fácilmente a través de esos suelos (ver Figura N°4). Figura N°4 – Estructura granular “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 30 Estructuras en bloques o bloques subangulares: son partículas de suelo que se agrupan en bloques casi cuadrados o angulares con los bordes más o menos pronunciados. Los bloques relativamente grandes indican que el suelo resiste la penetración y el movimiento del agua (ver Figura N°5). Figura N°5 – Estructura en bloque Estructuras prismáticas y columnares: son partículas de suelo que han formado columnas o pilares verticales separados por fisuras verticales diminutas, pero definidas. El agua circula con mayor dificultad y el drenaje es deficiente (ver Figura Nº6). Figura N°6 – Estructura prismática Estructura laminar: se compone de partículas de suelo agregadas en láminas o capas finas que se acumulan horizontalmente una sobre otra. A menudo las láminas se traslapan, lo que dificulta notablemente la circulación del agua (ver Figura Nº7). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 31 Figura N°7 – Estructura laminar - Porcentaje de finos. Es siempre conveniente dar rangos: (10-15% de finos). - Plasticidad de los suelos finos de acuerdo a los procedimientos indicados en la identificación de suelos finos. - Estado de las partículas. Si el mineral constituyente de los granos no es sano y está en estado de alteración, las partículas pueden romperse entre las manos. 3.1.4. MEMORIA DE CÁLCULO 3.1.4.1 Expresión de resultados 3.1.4.1.1 Observaciones comunes de suelos finos y granulares Para evitar repetición se incluyen aquí las características que, además de las indicadas anteriormente, deben acompañar a la descripción de un suelo. Compacidad o consistencia: es el estado de densificación o firmeza que tiene el suelo en terreno. Para suelos granulares se habla de compacidad y existen estados densos, medios y sueltos. Para suelos finos se habla de consistencia y sus estados se conocen como suave, firme (media), rígido, Muy rígido y duro. Se requiere experiencia para el reconocimiento de estos estados. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 32 La consistencia de los suelos cohesivos puede determinarse en terreno o en muestras intactas de acuerdo con el procedimiento de identificación dado en la lista de identificación visual para suelos finos. La medida cuantitativa de la resistencia al desgranamiento dada como base para la correlación de valores obtenidos de penetrómetros de bolsillo o medidores de corte los que usualmente se ocupan para estimar la consistencia. Color: es una prueba muy importante en los procesos de identificación de suelos porque facilitan o dan idea de la composición mineralógica y química que puede tener la muestra que se está estudiando. Debido a que con la variación de humedad varía el color, es siempre recomendable dar el color del suelo in-situ (en terreno). Para la identificación del color basta con hacer una comparación con colores patrones que existen para tal fin, la más usada es la comparación con la tabla de colores de Munsell. Olor: Los suelos que poseen una cantidad apreciable de material orgánico tienen un olor característico y se asemeja al de material vegetal en descomposición. El olor es notablemente apreciable en muestras frescas, sin embargo en muestras sometidas a secado o rehidratación puede apreciarse nuevamente el olor. Estado de humedad: (seco, húmedo, muy húmedo, saturado). Otros materiales presentes y otras características de interés: Indicar la existencia de raicillas y de grava aislada en un suelo fino. 3.1.4.1.2 Modelos de descripción de suelos Las descripciones de suelos deben ser directas y breves. A continuación se describen algunos suelos para permitir una visualización de tales descripciones. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 33 Sin embargo, estas descripciones no necesariamente deben considerarse como modelos absolutos. Durante la experiencia de laboratorio se discutirán otros casos particulares. - Arena fina limpia y uniforme, de color gris claro, de cantos redondeados, compacidad media a densa, bastante seca. - Arena limosa con bastante grava, de color café grisáceo; grava de cantos angulares y tamaño máximo ½”; arena de cantos redondeados y subangulares; los finos (10-15%) son limos de baja resistencia para la probeta seca, sin plasticidad; densa y húmeda en estado no perturbado. - Limo orgánico de mediana plasticidad, de color gris negruzco, de consistencia media y firme y ruptura frágil en estado no perturbado y muy blanda y adherente (pegajosa) en estado remoldeado, húmedo. - Arcilla de alta plasticidad, de color amarillento claro, de consistencia media a blanda en estado inalterado, blanda y adherente cuando está remoldeada. Nota: Para suelos finos la resistencia del suelo seco entrega una información adicional para su identificación. Resistencias bajas corresponden a limos y resistencias altas a arcillas. - Un suelo granular que tiene una buena distribución de tamaños es reconocido como un suelo bien graduado; si faltan tamaños intermedios es pobremente graduado; si todos los granos tienen tamaño muy igual el suelo es uniforme. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 34 - Los suelos granulares no permiten la obtención de muestras no perturbadas. En los suelos finos en cambio, las muestras no perturbadas permiten el estudio de este suelo en laboratorio con todas sus características, siempre que se opere con todas las precauciones requeridas para el muestreo, transporte y posterior almacenamiento de las muestras. 3.1.5.2 Informe El informe debe incluir lo siguiente: La Norma de referencia a este método Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio Para su cumplimiento, utilizar los Registros de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/01/01 y RE:02/01/01. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 35 3.2 DIAGRAMA DE FLUJO 3.2.1 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelos Finos (Ensayo de Sacudimiento) Elementos a utilizar Pocillo, agua, paleta Cantidad de Material 5 cm3 suelo “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 36 3.2.2 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelos Finos (Ensayo de Amasado) Elementos a utilizar Manual Cantidad de Material 5 cm3 muestra Ensayo de Sacudimiento “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 37 3.2.3 Procedimiento para la Identificación Visual de Suelos Granulares Elementos a utilizar Manual y Visual Cantidad de Material Suelo a observar “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 38 3.3 REGISTRO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Procedencia Muestra: 1. 2. 3. 4. 5. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº1 : Identificación Visual de Suelos Finos (ASTM D2488-69) RE:01/01/01 Instructor: Ejecutor: Sedimentos Sedimentos Nombre Típico Arenosos Sedimentos Arcillosos Tamaño Máximo Observe el porcentaje rocas grandes y pequeñas: Distribución del tamaño % Grava % Arena % Finos Firme Consistencia Suave (media) Rígida Sacudimiento (Dilatancia) Lenta Intermedia Rápida 5,1 Aflora agua Amasado 6. (Tenacidad) Resistencia al 6.1 Amasado sí no Media Media Rigidez Alta 6.2 Plasticidad Baja Débil y Suave 6.4 Brillo Sin Brillo Brillo Mucho Brillo 7. Color Utilizar "Tabla de Colores de Munsell" 8. Olor Contenido de Humedad Niguno Terroso Seco 9. 10. Consistencia Suave Húmedo Firme (media) 11. Cementación Materia 12. Orgánica Símbolo del 13. Grupo Descripción 14. del suelo 15. Nombre Local Débil Fuerte Sin Indicios Mediana Fecha: Arcilla Sedimentaria Arcilla Muy Rígida Dura Muy Rígida Orgánico Muy Húmedo Saturado Rígida Muy Rígida Dura Abundante Estime Clasificación según USCS: Nota: marcar con una x en el casillero que corresponda “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 Sedimentos Orgánicos Arcilla Orgánica 39 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº1 : Identificación Visual de Suelos Granulares (ASTM D2488-69) RE:02/01/01 Muestra: Procedencia Muestra: Instructor: Ejecutor: 1. Nombre Típico Rocas Grande 2. Bien Graduado 5. Gradación Tamaño Máximo de las Particulas Distribución del tamaño Forma de los granos 6. Mineralogía Tipo de roca en caso de grava, minerales predominantes en la arena: 3. 4. Rocas pequeñas Pobremente Graduado Grava Uniformemente Graduado Fecha Arena Observe el procentaje de rocas grandes y pequeñas: % Grava % Arena % Finos Angular Sub-angular Sub-redondeada Redondeada Note la presencia de pedacitos de mica de partículas arcillosas y material orgánico: 7. Color Utilizar "Tabla de Colores de Munsell": Olor Contenido de 9. Húmedad Densidad 10. Natural Niguno Terroso Orgánico Seca Húmeda Mojada Suelta Densa 11. Estructura Estratificada Cristalizada 12. Cementación Débil Fuerte 8. 13. Compacidad Símbolo del 14. Grupo Descripción 15. del suelo 16. Nombre Local Saturada No Estratificada Estime Clasificación según USCS: Nota: marcar con una x en el casillero que corresponda “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 40 3.4 EJEMPLO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Nº1 Procedencia Muestra: Laboratorio 1. 2. 3. 4. 5. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensaye Nº1 : Identificación Visual de Suelos Finos (ASTM D2488-69) RE:01/01/01 Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocio Tapia X Sedimentos Sedimentos Nombre Típico Arenosos Sedimentos Arcillosos Tamaño Máximo Observe el porcentaje rocas grandes y pequeñas: Distribución 10 % Arena 15 % Finos del tamaño % Grava Firme X Consistencia Suave (media) Rígida Sacudimiento X (Dilatancia) Lenta Intermedia Rápida 5,1 Aflora agua Amasado 6. (Tenacidad) Resistencia al 6.1 Amasado 6.2 Plasticidad sí X Fecha: 06/11/08 Arcilla Sedimentaria Arcilla Muy Rígida Dura 75 no X Baja Débil y Suave X Media Media Rigidez Alta Muy Rígida X 6.4 Brillo Sin Brillo 7. Color Utilizar "Tabla de Colores de Munsell": Café Oscuro - Burdeo 8. Olor Contenido de Humedad Niguno 9. Brillo Terroso Mucho Brillo X X Seco 10. Consistencia Suave Húmedo Firme (media) 11. Cementación Materia 12. Orgánica Símbolo del 13. Grupo Descripción 14. del suelo 15. Nombre Local Débil Fuerte Orgánico Muy Húmedo Saturado Rígida Muy Rígida X Dura X X Sin Indicios Mediana Abundante Estime Clasificación según USCS: CH Limo Arcilloso Arenoso Nota: marcar con una x en el casillero que corresponda “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 Sedimentos Orgánicos Arcilla Orgánica 41 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensaye Nº1 : Identificación Visual de Suelos Granulares (ASTM D2488-69) RE:01/01/01 Muestra: Nº4 Procedencia Muestra: Laboratorio 1. 2. Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocio Tapia Nombre Típico Rocas Grande Rocas pequeñas Pobremente Graduado X Grava Uniformemente Graduado Bien Graduado 5. Gradación Tamaño Máximo de las Particulas Distribución del tamaño Forma de los granos 6. Mineralogía Tipo de roca en caso de grava, minerales predominantes en la arena: 3. 4. Fecha: 06/11/08 X Arena Observe el procentaje de rocas grandes y pequeñas: % Grava 60 % Arena Angular 30 % Finos Sub-angular 10 Sub-redondeada X Redondeada Note la presencia de pedacitos de mica de partículas arcillosas y material orgánico: Material Orgánico Leve con Raíces 7. Color 8. Utilizar "Tabla de Colores de Munsell": Gris Medio Olor Contenido de 9. Húmedad Densidad 10. Natural Niguno Suelta Densa 11. Estructura Estratificada Cristalizada 12. Cementación 13. Compacidad Símbolo del 14. Grupo Descripción 15. del suelo 16. Nombre Local Terroso X Orgánico X Seca Húmeda Mojada Saturada X Débil Fuerte No Estratificada X Estime Clasificación según USCS: Predomina la Gravilla y Arena Nota: marcar con una x en el casillero que corresponda “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 42 3.5 APLICACIÓN 3.5.1 Presentación de la estratigrafía según descripción visual en pozos de reconocimiento Laboratorio de Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Mecánica de Suelos - Versión: 00 Fundaciones Perfil Estratigráfico Fecha: / / Datos Solicitante: Empresa: Obra: Ubicación: Pozo Nº: Fecha de Inspección: Inspector: Cota de Boca: Napa de agua: Horizonte Cotas Espesor de Capa (m) (m) Descripción del Suelo “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 43 3.5.2 La estratigrafía gráfica debe presentarse mediante la siguiente simbología. (MOP, Geotecnia Curso Laboratorista Vial, Vol. I, 1998, Pág. 64) Simbología Nombre Clasificación según USCS CUBIERTA VEGETAL --- GRAVAS GP o GW GRAVA LIMOSA GM GRAVA ARCILLOSA GC ARENAS SP o SW ARENA LIMOSA SM ARENA ARCILLOSA SC LIMOS ML o MH ARCILLA CL o CH ARCILLA LIMOSA --- TURBA PT “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 44 4. CAPÍTULO III: MÉTODO PARA DETERMINAR LA GRANULOMETRÍA (NCh 165.Of77) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 45 4.1 MÉTODO PARA DETERMINAR LA GRANULOMETRÍA 4.1.1. ALCANCES Y CAMPOS DE APLICACIÓN Este método permite mediante tamizado, determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores que 0.08 mm., de una muestra de suelo. Nota: Para determinar la distribución por tamaños de la fracción bajo tamiz de abertura 0,08 mm., se puede utilizar el procedimiento de sedimentar esta fracción en un liquido conocido, generalmente agua destilada, basándose en la Ley de Stokes, que establece que un fluido de densidad y viscosidad esferas de un mismo material adquieran una velocidad determinada, de sedimentación proporcional al cuadrado de sus diámetros. Este procedimiento se conoce como método Boyoucos o del hidrómetro. 4.1.2. APARATOS 4.1.2.1 Balanza Debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente donde se va a pesar; la resolución debe ser de 0,1 gr. para muestras menores que 1.000 gr. y de 1 gr. para muestras mayores que 1.000 gr. 4.1.2.2 Tamices Tejidos de alambre, abertura cuadrada, tensados y que cumplan con la norma NCh 1022. Los tamaños nominales de las aberturas pertenecen a la serie que se indica en la siguiente tabla (ver Tabla N°2 y Figura Nº8). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 46 Tabla N°2 – Tamaños de abertura de los tamices para suelos Tamaños nominales de abertura ASTM Tamiz designación Abertura real NCh [mm] [mm] Tipo de Suelo 6” 150 4” 100 3” 80 2 ½” 63 2” 50 1 ½” 40 1” 25 25 ¾” 20 19 3/8” 10 9,5 Grava Fina N° 4 5 4,75 Arena Gruesa N° 10 2 2 Arena Media N° 40 0,5 0,425 Arena Media N° 200 0,08 0,075 Arena Fina < N°200 75 50 Grava Gruesa Limo y Arcilla Nota: Cuando no se cuente con tamices de aberturas nominales en mm., los tamaños nominales de los tamices pueden ser los correspondientes a ASTM. 4.1.2.3 Marcos Deberán ser metálicos y suficientemente rígidos y firmes para fijar y ajustar las telas de alambre, a fin de evitar pérdidas de material durante el tamizado y alteraciones de la abertura de las mallas. Serán circulares, con diámetros de 200 mm. y preferentemente de 300 mm. para suelos gruesos (ver Figura Nº8). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 47 Figura Nº8 – Perspectiva de tamices 4.1.2.4 Depósito Receptor Cada juego de tamices estará provisto de una tapa que ajuste perfectamente para la recepción del residuo más fino. 4.1.2.5 Tapa Cada juego de tamices estará provisto de una tapa que ajuste perfectamente para evitar pérdidas de material y marcada con tres diámetros que formen un ángulo de 60° entre sí. 4.1.2.6 Horno Tendrá circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones de ensaye. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 48 4.1.2.7 Mortero Con triturador de caucho para disgregar las partículas aglomeradas, sin reducir el tamaño de los granos individuales. 4.1.2.8 Herramienta y Accesorios Tales como espátulas, brochas, recipientes para secado de muestras, recipientes para pesaje, etc. 4.1.3. MUESTRA DE ENSAYO 4.1.3.1 Acondicionamiento de la muestra Homogeneizar cuidadosamente el total de la muestra de laboratorio en estado húmedo y reducirla por cuarteo, de acuerdo con NCh 164, para obtener cuando esté seca, un tamaño de muestra ligeramente superior a los valores que se indican en la tabla (ver Tabla Nº3). Luego suelte el fino adherido a la grava y arena, si es necesario con agua, y deshaga los terrones con los dedos. Seque la muestra obtenida hasta masa constante a una temperatura de 110 ± 5°C; si detecta la presencia de materia orgánica, seque la muestra en el horno a 60 ± 5°C. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 49 4.1.3.2 Tamaño de la muestra 4.1.3.2.1 Arenas Cuando se emplean los tamices de abertura 200 mm. de diámetro la muestra de ensayo en estado seco tendrá una masa ligeramente superior a los valores que se indican a continuación (ver Tabla Nº3): Tabla N°3 - Tamaño de la muestra de ensayo de la arena Características de la arena Masa mínima de la tamiz % retenido muestra [gr] 5 mm > 15 % 200 5 mm ≤ 15 % 500 2,5 mm ≤ 5 % 100 La masa máxima de la muestra será tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado sea inferior a 0,6 gr. por cm2 de superficie de tamizado. 4.1.3.2.2 Gravas Cuando se emplean los tamices de abertura 400 mm. de diámetro, la muestra de ensayo en estado seco tendrá una masa ligeramente superior a los valores que se indican en la siguiente tabla (ver Tabla N°4): “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 50 Tabla N°4 – Masa mínima de muestra para gravas Masa mínima de la Masa mínima de muestra para ensaye muestra a extraer en [Kg] terreno [Kg] 150 40 160 100 30 120 80 20 80 50 15 60 25 10 40 20 5 20 10 2 8 5 0,5 2 Tamaño máximo absoluto [mm] La masa máxima de la muestra será tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado pueda distribuirse en una sola capa sobre la malla de tejido de alambre. Nota: Cuando exista el riesgo de sobrecargar los tamices se recomienda tomar alguna de las siguientes precauciones: Introducir tamices intermedios de la serie complementaria. Fraccionar la muestra de ensayo. 4.1.4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 4.1.4.1 Pese toda la muestra con aproximación a 1 gr. y registre como A. 4.1.4.2 Corte todo el material en el tamiz correspondiente al tamaño máximo absoluto especificado; determine la masa de las fracciones sobre y bajo dicho tamaño con aproximación a 1 gr. y regístrelas como B y Z, respectivamente. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 51 Nota: Para efectos de clasificación de suelos se debe considerar un corte simple del material en el tamiz de abertura 80 mm. a la curva granulométrica obtenida con el presente método 4.1.4.3 Mida y registre el tamaño máximo absoluto del material de la fracción B, determinada en el punto anterior, e identifique como sobretamaño. 4.1.4.4 Corte todo el material registrado como Z en tamiz de abertura 5 mm. (ASTM N°4), y determine las masas con aproximación a 1 gr. de la fracción que paso y de la que quedo retenida en dicho tamiz. Regístrelas como C y D respectivamente. 4.1.4.5 Coloque el material retenido en 5 mm. (D) en un recipiente de lavado y agregue agua potable en cantidad suficiente para cubrir la muestra. Proceda a lavar el material siguiendo los pasos que se indican a continuación: Agite la muestra con el agua de modo de separar el material fino, dejándolo en suspensión o en disolución. Vacíe inmediatamente el agua con el material fino (en suspensión o en disolución) en los tamices N°4 y N°200, dispuestos en forma decreciente. Agregue nuevas cargas de agua y repita la operación hasta que el agua agitada con la muestra permanezcan limpias y claras. Reúna el material retenido en los tamices con el material decantado en el recipiente de lavado. Seque el material reunido hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5°C. Pese y registre la masa lavada y seca como D’. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 52 4.1.4.6 Tamice el material registrado como D’ a través de la serie de tamices desde el tamaño máximo nominal a el tamiz Nº4. Efectúe este tamizado en dos etapas; un tamizado inicial, que podrá ser manual o mecánico, y un tamizado final que deberá ser manual. 4.1.4.6.1 Tamizado inicial. Disponga del juego de tamices en orden decreciente y vacíe el material registrado como D’ sobre el tamiz superior de la serie de tamices, luego cúbralo con la tapa y coloque el fondo. Agite el conjunto de tamices durante un lapso de 5 min., aproximadamente a la condición que se establece en 4.1.4.6.2. 4.1.4.6.2 Tamizado final Retire el primer tamiz provisto de depósito y tapa. Sosténgalo con las manos, manteniéndolo ligeramente inclinado. Agítelo con movimientos horizontales y verticales en forma combinada, girando el tamiz de forma intermitente. Esta operación durar al menos 1 min. Pese y registre el material retenido sobre el tamiz. Traslade el material contenido en el depósito al tamiz siguiente. Repita las operaciones descritas en los pasos anteriores hasta completar todos los tamices. Pese y registre la masa final del residuo contenido en el depósito (fondo). 4.1.4.7 Del material bajo 5 mm. tome por cuarteo una muestra de 500 a 1000 gr., y registre su masa como C’. Lave cuidadosamente con agua potable el material sobre el tamiz de abertura 0,08 mm. o Nº200; vacíe a un recipiente el material retenido en dicho tamiz y seque hasta masa constante a 110 ± 5°C. 4.1.4.8 Pese y registre el material lavado y seco como C’’ aproximado a 0.1 gr. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 53 4.1.4.9 Tamice el material preparado de acuerdo al punto 4.1.4.8, según procedimiento tamizado inicial y final, a través de la serie de tamices de abertura 2; 0,5 y 0,08 mm. (ASTM Nº10, Nº40 y Nº200). 4.1.4.10 Determine la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz de abertura 0.08 mm. ó Nº200, recogido en el deposito. Registre como M, con aproximación a 0,1 gr. Nota: La suma de todas las masas no debe inferir en más de 3 % para el material bajo 5 mm., ni en más de 0,5 % para el material sobre 5 mm., respecto de las masas registradas como C’ y D’, respectivamente. En caso contrario, repita el ensayo 4.1.5. MEMORIA DE CÁLCULO 4.5.1.1 Expresión de resultados 4.1.5.1.1 Calcule el porcentaje de sobretamaño, de acuerdo a la expresión: B ST 100 (%) A Donde: B : masa de material sobre el tamaño máximo absoluto especificado [gr]; A : masa de muestra total [gr]. 4.1.5.1.2 Calcule el porcentaje retenido en el tamiz i del material sobre 5 mm, de acuerdo a la expresión: Mi Ri 100(%) C D “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 54 Donde: Mi : masa retenida en el tamiz i del material sobre 5 mm [gr]; C : masa de la fracción bajo 5 mm [gr]; D : masa de la fracción sobre 5 mm [gr]. 4.1.5.1.3 Calcule el porcentaje retenido en el tamiz i del material bajo 5 mm., de acuerdo a la expresión: C Mi Ri 100(%) C ' C D Donde: C : masa de la fracción bajo 5 mm [gr]; Mi : masa retenida en el tamiz i del material sobre 5 mm [gr]; C' : masa de muestra reducida por cuarteo de la fracción bajo 5 mm [gr]; D : masa de la fracción sobre 5 mm [gr]. 4.1.5.1.4 Exprese la granulometría como porcentaje acumulado que pasa por cada tamiz, indicando como primer resultado el del menor tamiz en que pasa el 100% y expresando el resultado para los siguientes tamices como la diferencia entre el porcentaje que pasa en el tamiz inmediatamente anterior al de cálculo y el retenido en el tamiz de cálculo. Aproxime los porcentajes que pasan al entero más cercano. 4.1.5.1.5 Los resultados de la granulometría pueden expresarse en forma gráfica en un sistema de coordenadas ortogonales; en las abscisas, a escala logarítmica, se indican las aberturas de los tamices y en las ordenadas, a escala lineal, los valores de los porcentajes que pasan en cada tamiz, obtenidos de acuerdo al punto anterior. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 55 4.1.5.2 Gráfico para el trazado de curvas granulométricas La representación gráfica del resultado del análisis granulométrico da una visión objetiva de la distribución del tamaño de los granos y sirve para comparar materiales entre sí o con los límites de las bandas granulométricas. La distribución de granos puede representarse en base a los porcentajes acumulados retenidos, los porcentajes acumulados que pasan o al porcentaje directo que retiene cada tamiz. Gráfico de coordenadas Se recomienda trazar la curva granulométrica en un grafico de coordenadas rectangulares, formado por dos ejes: uno horizontal o eje de las X (abscisa) y otro vertical o eje de las Y (ordenada). 4.1.5.3 Determinación de coeficientes La forma de la curva nos indica la relación entre los tamaños. Una curva empinada corresponde a un suelo uniforme. Una curva suave indica un suelo bien graduado. Una inflexión en la curva indica que el suelo esta compuesto de dos duelos uniformes y es de una graduación discontinua o incompleta. Para un mejor análisis se definen los siguientes coeficientes: Coeficiente de Uniformidad ( Cu ) Se emplea para saber el tipo de graduación. Un material está bien graduado si el coeficiente de uniformidad es mayor a 4 si es grava, y es mayor a 6 si es arena. D Cu 30 D10 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 56 Coeficiente de Curvatura ( Cc ) Evalúa la regularidad de la curva. Para gravas y arenas bien graduadas debe estar comprendido entre 1 y 3. Cc D30 2 D10 D60 Donde: D60 : tamaño según curva granulométrica para el cual pasa el 60% del material; D30 : tamaño según curva granulométrica para el cual pasa el 30% del material; D10 : tamaño según curva granulométrica para el cual pasa el 10% del material. El cálculo de C u y C c se deben efectuar solo para suelos que contengan hasta un 12% de finos. Nota: Un material bien graduado tiene mejor estabilidad, menor número de huecos, baja permeabilidad y baja compresibilidad; las partículas se pueden acomodar mejor. 4.1.5.4 Informe El informe debe incluir lo siguiente: La Norma de referencia a este método Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio Para su cumplimiento, utilizar el Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/02/01, RE:02/02/01 y RE:03/02/01. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 57 4.2 DIAGRAMA DE FLUJO 4.2.1 Procedimiento del Análisis Granulométrico Elementos a utilizar Juego de Tamices, horno, balanza Cantidad de Material Según tamaño máximo absoluto de las partículas “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 58 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 59 4.3 REGISTRO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos – Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 2: Análisis Granulométrico (NCh165.Of77) RE:01/02/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Muestra: Procedencia: Fecha: Muestra Cuarteo TMA especificado (mm): Peso muestra total A (gr): Peso sobretamaño B (gr): Peso muestra a tamizar Z (gr): TMA muestra ensayo (mm): Sobretamaño (%): Fracción sobre 5 mm Peso seco inicial retenido en 5 mm D (gr): Peso seco lavado retenido en 5 mm D' (gr): Tamiz ASTM Abertura mm 6" 150 4" 100 3" 80 2 1/2" 63 2" 50 1 1/2" 40 1" 25 3/4" 20 3/8" 10 #4 5 Residuo Error (Max:0,5%): Totales gr Peso retenido % parcial % acumulado “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 % que pasa en peso 60 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos – Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 2: Análisis Granulométrico (NCh165.Of77) RE:02/02/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Muestra: Procedencia: Fecha: Fracción bajo 5 mm Peso seco inicial pasa 5 mm C (gr): Peso seco cuarteo pasa 5 mm C' (gr): Peso seco cuarteo lavado 5 mm C'' (gr): Tamiz ASTM # 10 # 40 # 200 < 200 Error (Max: 3,0%): Abertura mm 2 0,5 0,08 < 0,08 gr Peso retenido % parcial % acumulado % que pasa gr Peso retenido % parcial % acumulado % que pasa Total: Granulometria completa Tamiz ASTM 6" 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" #4 # 10 # 40 # 200 Fino Abertura mm 150 100 80 63 50 40 25 20 10 5 2 0,5 0,08 < 0,08 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 61 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensaye N°2: Análisis Granulométrico(NCh165.Of77) RE:03/02/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Muestra: Procedencia: Fecha: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ABERTURA TAMIZ (mm) 0,01 100 0,1 1 10 90 80 % QUE PASA EN PESO 70 60 50 40 30 20 10 0 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 100 62 4.4 EJEMPLO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Grava arenosa Procedencia: Laboratorio Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº2: Análisis Granulométrico (NCh165.Of77) RE:01/02/01 Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia Fecha: 11/12/2008 Muestra Cuarteo TMA especificado (mm): Peso muestra total A (gr): Peso sobretamaño B (gr): Peso muestra a tamizar Z (gr): 100 15.681 0 15.681 Fracción sobre 5 mm Peso seco inicial retenido en 5 mm D (gr): Peso seco lavado retenido en 5 mm D' (gr): Tamiz ASTM Abertura mm 6" 150 4" 100 3" 80 2 1/2" 63 2" 50 1 1/2" 40 1" 25 3/4" 20 3/8" 10 #4 5 Residuo Error (Max: 0,5%): 0,12 % Totales: TMA muestra ensayo (mm): Sobretamaño (%): 8076 80 0 7.605 7.605 gr 0 0 0 507 608 1.100 1.598 1.006 1.612 1.165 0 7.596 Peso retenido % parcial % acumulado 0,00 0,00 3,23 3,88 7,01 10,19 6,42 10,28 7,43 0,00 0,00 3,23 7,11 14,13 24,32 30,73 41,01 48,44 % que pasa 100,00 100,00 100,00 96,77 92,89 85,87 75,68 69,27 58,99 51,56 48,44 48,44 51,56 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 63 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Grava arenosa Procedencia: Laboratorio Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 2: Análisis Granulométrico (NCh165.Of77) RE:02/02/01 Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia Fracción bajo 5 mm Peso seco inicial pasa 5 mm C (gr): Peso seco cuarteo pasa 5 mm C' (gr): Peso seco cuarteo lavado 5 mm C'' (gr): Tamiz ASTM Abertura mm # 10 2 # 40 0,5 # 200 0,08 < 200 < 0,08 Error (Max: 3,0%): 0,29% Total: Fecha: 11/12/2008 8.076 850,2 715,6 gr 160,5 325,8 220,1 143,8 Peso retenido % parcial 9,73 19,76 13,35 8,71 % acumulado 58,17 77,93 91,28 99,99 % que pasa 41,83 22,07 8,72 0,01 Peso retenido % parcial % acumulado 3,23 3,88 7,01 10,19 6,42 10,28 7,43 9,73 19,76 13,35 8,71 3,23 7,11 14,13 24,32 30,73 41,01 48,44 58,17 77,93 91,28 99,99 % que pasa 100,00 96,77 92,89 85,87 75,68 69,27 58,99 51,56 41,83 22,07 8,72 0,01 850,2 Granulometria completa Tamiz ASTM 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" #4 # 10 # 40 # 200 Fino Abertura mm 80 63 50 40 25 20 10 5 2 0,5 0,08 < 0,08 gr 0 507 608 1.100 1.598 1.006 1.612 1.165 160,5 325,8 220,1 143,8 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 3 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Procedencia: Laboratorio de Mecánica de Suelos – Fundaciones Versión: 00 Ensaye N°2: Análisis Granulométrico(NCh165.Of77) RE:03/02/01 Identificación de la Muestra Germán Kong Instructor: Rocío Tapia Ejecutor: Grava Arenosa Laboratorio Fecha: 12/11/2008 ANÄLISIS GRANULOMÉTRICO ABERTURA TAMIZ (mm) 0,01 0,1 1 10 100,00 63, 96,77 80, 100,00 50, 92,89 90,00 40, 85,70 80,00 25, 75,68 % QUE PASA EN PESO 70,00 20, 69,27 60,00 10, 58,99 5, 51,56 50,00 2, 41,83 40,00 30,00 0,5, 22,07 20,00 10,00 0,00 0,08, 8,72 3 4.4.1 Cálculo de Cu y Cc 69,27 60 58,99 Log 5 D60 Log 10 69,27 58,99 60 58,99 Log10 Log 5 LogD60 Log 5 LogD60 Log 5 (69,27 58,99) ( Log10 Log 5) (60 58,99) LogD60 Log 5 60 58,99 Log10 Log 5 69,27 58,99 LogD60 Log 5 60 58,99 Log10 Log 5 69,27 58,99 LogD60 0,729 D60 5,35 De la misma manera se obtiene D30 , D10 y con estos se calcula C u y Cc . Nota: el ejemplo se realiza solo para fines pedagógicos ya que, como se había mencionado anteriormente el cálculo de C u y Cc se efectúa solo para suelos que contengan hasta un 12% de finos. Para arenas Cu > 6 y Cc entre 1 y 3 Para gravas Cu > 4 y Cc entre 1 y 3 → → Bien graduado. Bien graduado. 66 4.5 APLICACIÓN 4.5.1 Especificaciones para subbases, bases y capas de rodadura. (MOP, “Manual de Carreteras”, Vol. 8, 2003, Pág.101-103) Los agregados gruesos, retenidos sobre tamiz de abertura 5 mm. (ASTM N°4), deben ser partículas resistentes, durables, constituidas de fragmentos de rocas, grava o escorias. Los materiales que se quiebran con los ciclos alternados de hielo–deshielo y humedad–sequedad, no deben ser usados. Los agregados finos, que pasan por tamiz de abertura de abertura 5 mm. (ASTM N°4), deben estar constituidos por arenas trituradas o naturales y por partículas minerales que pasan por tamiz de abertura 0,08 mm. (ASTM N°200). Las fracciones que pasan por tamiz de abertura 0,08 mm (ASTM N°200) no deberán ser mayores que los dos tercios de la fracción que pasa por tamiz de abertura 0,5 mm. (ASTM N°4). Todo el material deberá estar libre de materias orgánicas y terrones de arcillas. La graduación de los materiales deberá estar conforme con los requerimientos de la Tabla N°5. Subbase: cumplir con graduación de la banda granulométrica TM-50a. Base Granular: cumplir con graduación de TM-50b, TM-50c o TM-25; el porcentaje de chancado no deberá ser menor que 50%. En el caso que se use como base para tratamiento superficial doble, el contenido mínimo de chancado será de 70% y TMA será de 40 mm. Carpeta de Rodadura: en caso de quedar expuesto por varios años, sin una protección asfáltica, se consideran las siguientes bandas granulométricas: Zona Norte I a VI Región, se empleará la banda TM-40c Zona Sur VII a XII Región, se empleará la banda TM-40b “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 67 Base Granular Tratada con cemento (GTC): cumplir con gradación TM-50c con TMA de 40 mm o TM-25. Base Tratada con cemento (BTC): cumplir con misma gradación que en el cuarto punto, a excepción de partículas chancadas, cuyo porcentaje será mayor que 50%. Base Abierta Ligada (BAL): cumplir con gradación TM-40a, y partículas 100% chancadas. Tabla N°5 – Banda granulométrica para subbase, base y carpeta de rodadura Tamiz TM–50a TM–50b TM–50c TM–40a TM–40b TM–40c 50 100 100 100 40 - 70-100 - 100 100 100 25 55-100 55-85 70-100 70-100 80-100 80-100 100 20 - 45-75 60-90 50-80 - - 75-100 10 33-75 35-65 40-75 25-50 50-80 50-80 50-80 5 20-65 25-55 30-60 10-30 35-65 35-65 35-65 2,5 - - - 5-15 - - - 2 10-50 15-45 15-45 - 25-50 25-50 25-50 0,5 5-30 5-25 10-30 0-5 10-30 15-30 10-30 0,08 0-20 0-10 0-15 0-3 5-15 5-20 0-15 Bandas Sub- granulares base base base [mm] Carpeta de rodado TM-25 Base A continuación presentamos una gráfica que contiene bandas granulométricas para sub-base, base y carpeta de rodadura. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 3 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensaye N°2: Análisis Granulométrico(NCh165.Of77) RE:04/02/01 BANDAS GRANULARES PARA SUB-BASE, BASE Y CARPETA DE RODADURA ABERTURA TAMIZ (mm) 0,01 100 0,1 1 10 90 % QUE PASA EN PESO 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Sub base TM-50a Carpeta de rodadura TM-40c Base TM-50c 100 69 4.5.2 Especificaciones para formación de terraplenes (MOP, “Manual de Carreteras”, Vol. 5, 2003, Pág. 137) El material a usar deberá tener un tamaño máximo de 150 mm., aceptándose una tolerancia de 5% en peso entre 150 mm. y 200 mm., pero en ningún caso podrá el sobretamaño ser mayor que 0,5 veces el espesor de cada capa compactada. En el coronamiento el tamaño máximo del material no será superior de 100 mm. El material de terraplén no heladizo el porcentaje máximo que pasa por el tamiz de abertura 0,08 mm. (ASTM N°200) se limitará a 5%. El material de terraplén semiheladizo el porcentaje máximo que pasa por el tamiz de abertura 0,08 mm. (ASTM N°200) se limitará a 12%. 4.5.3 Especificaciones para formación de relleno estructural (MOP, “Manual de Carreteras”, Vol. 5, 2003, Pág. 147-148) Los materiales para rellenos estructurales deberán estar conformados por suelos inorgánicos, con un “equivalente de arena” de mínimo 20% y cumplir los siguientes requisitos: Tabla N°6 – Requisitos de los materiales para rellenos estructurales Tamices Relleno Estructural Relleno Estructural Permeable mm. ASTM 80 3” 100 100 5 Nº4 35-100 35-100 0,08 Nº200 0-20 0-4 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 70 Tabla N°7 – Requisitos de los materiales para rellenos estructurales en zanjas Tamices Relleno Estructural mm. ASTM 50 2” 100 5 Nº4 35-100 0,08 Nº200 0-20 4.5.4 Especificaciones para la formación de defensas fluviales de riberas (MOP, “Manual de Carreteras”, Vol. 5, 2003, Pág. 153) Gaviones El material a usar deberán ser piedras naturales de canto rodado o vivo, con dimensiones comprendidas entre un tamaño máximo nominal igual a tres veces la abertura máxima del hexágono y en todo caso, inferior a 0,40 m. con un tamaño mínimo igual a 1,2 veces la abertura máxima del hexágono de la malla. Pretiles El material a usar deberá ser integral de río o similar con canto rodado y tamaño máximo nominal de 50 mm., con un porcentaje de arena no superior a 30%. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 71 5. CAPÍTULO IV : MÉTODO PARA DETERMINAR LÍMITES DE CONSISTENCIA (NCh 1517 Of79) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 72 5.1 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO (NCh 1517/1 Of79) 5.1 1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN En este método se establece el procedimiento para determinar el limite liquido de los suelos mediante la maquina Casagrande. 5.1 2. APARATOS 5.1.2.1. Plato de evaporación Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de aproximadamente 120 mm. 5.1.2.2. Espátula Debe tener una hoja flexible de aproximadamente 75 mm. de largo y 20 mm. de ancho. 5.1.2.3. Aparato de límite líquido (Maquina Casagrande) Es una taza de bronce con una masa de 200 20 gr., montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm. de diámetro, dejada caer libremente desde una altura de 25 cm. rebote entre un 75% y un 90% (ver Figura Nº9). “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 73 Figura N°9 – Maquina Casagrande 5.1.2.4. Acanalador Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de uno de los tipos indicados en la siguiente figura (ver Figura Nº10). Figura N°10 – Acanalador Casa Grande “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 74 Figura N° 11 – Acanalador ASTM 5.1.2.5. Recipientes Deben ser herméticos para la muestra de contenido de humedad. 5.1.2.6. Balanza Con una precisión de 0,01 gr. 5.1.2.7. Probeta Con una capacidad mínima de 25 ml. 5.1.2.8. Horno Provisto de circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantener la temperatura a 60 5° C. Nota: No se debe ocupar la superficie inferior del horno para el secado de muestras, pues esta se encuentra siempre a una temperatura superior a la fijada. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 75 5.1.3. CALIBRACIÓN DEL APARATO 5.1.3.1 Ajustar la altura de caída de la taza: se gira la manivela hasta que la taza se eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm. (adosado al acanalador), se verifica que la distancia entre el punto de percusión y la base sea de 10 mm. exactamente. De ser necesario, aflojan los tornillos de fijación y se mueve el de ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchara un ligero campanilleo producido por el roce al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste. 5.1.3.2 Verificaciones adicionales: Que no se produzca juego lateral de la taza por desgaste del pasador que la sostiene. Los tornillos que conectan la taza con el apoyo estén apretados. El desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa especificada en el aparto del límite líquido. El desgaste de la base no exceda de 0,15 mm. de profundidad. Cuando suceda esto, debe pulirse nuevamente verificando que se mantiene la resiliencia especificada en el aparato del límite líquido. El desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus tornillo de fijación. El desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales. 5.1.3.3 Previo a cada ensayo verificar que la taza y la base estén limpias y secas. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 76 5.1.4. MUESTRA DE ENSAYO 5.1.4.1 Preparación de la muestra Extraiga por cuarteo una muestra representativa de un tamaño tal que asegure una masa mínima de 500 gr. de material bajo tamiz de abertura 0,5 mm (ASTM N°40). Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60°C 5.1.4.2 Tamaño de la muestra La muestra de ensayo debe tener un tamaño igual o mayor que 100 gr. del material que pasa por el tamiz de abertura 0,5 mm obtenido de acuerdo con NCh 1509. 5.1.4.3 Acondicionamiento de la muestra 5.1.4.3.1 Colocar la muestra en el plato de evaporación. Agregar agua destilada y mezclar completamente mediante una espátula. Continuar la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea. 5.1.4.3.2 Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases liquidas y sólidas se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, para lo cual existe la siguiente clasificación: “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 77 Suelos de alta plasticidad: 24 hr. Suelos de plasticidad media: 12 hr. Suelos de baja plasticidad: 1 hr. 5.1.5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 5.1.5.1 Colocar el aparto de límite líquido sobre una base firme. 5.1.5.2 Cuando se ha mezclado suficiente agua para obtener una consistencia que requiera aproximadamente 15 a 20 golpes para cerrar la ranura tomar una porción de mezcla ligeramente mayor a la cantidad que se someterá a ensaye. 5.1.5.3 Colocar esta porción en la taza con la espátula, centrada sobre el punto de apoyo de la taza con la base; comprimirla y extenderla en la posición indicada en la Figura N°9 (ver Figura N°9) mediante la espátula evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla. Enrasar y nivelar a 10 mm. en el punto máximo espesor. Reincorporar el material excedente al plato de evaporación. Nota: el nivelado a 10 mm. implica un volumen de material de 16 cm3 y una longitud de surco, medida sobre la superficie nivelada, de 63 mm. 5.1.5.4 Dividir la pasta de suelo, pasando el acanalador cuidadosamente a lo largo del diámetro que pasa por el eje de simetría de la taza de modo que se forma una ranura clara y bien delineada de las dimensiones especificadas. El acanalador de Casagrande se debe pasar manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza. En ningún caso se debe aceptar el desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si esto ocurre se debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento. La formación de la ranura se debe efectuar con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 78 5.1.5.5 Colocar el aparato sobre una base firme, girar la manivela levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo hasta que las paredes de la ranura entren en contacto con el fondo del surco a lo largo de un tramo de abertura 10 mm. Si el cierre de la ranura es irregular debido a burbujas de aire, descartar el resultado obtenido. Repetir el proceso hasta encontrar dos valores sucesivos que no difieran en más de un golpe. Registrar el numero de golpes requerido (N). 5.1.5.6 Retirar aproximadamente 10 gr. del material que se junta en el fondo del surco. Colocar en un recipiente hermético y determinar su humedad ( W ) de acuerdo con NCh 1515. 5.1.5.7 Transferir el material que quedo en la taza al plato de evaporación. Lavar y secar la taza y el ranurador. 5.1.5.8 Repetir las operaciones precedentes por lo menos en dos pruebas adicionales empleando el material reunido en el plato de evaporación. El ensaye se debe efectuar de la condición mas húmeda a la más seca. Al efecto la pasta de suelo se bate con la espátula de modo que vaya secando homogéneamente hasta obtener una consistencia que requiera de 15 a 35 golpes para cerrar la ranura. Nota: se requiere efectuar este ensaye en cámara húmeda. Si no se cuenta con este equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 79 5.1.6. MEMORIA DE CÁLCULO 5.1.6.1 Expresión de resultados 5.1.6.1.1 Calcular y registrar la humedad de cada prueba ( W ) de acuerdo con NCh 1515. 5.1.6.1.2 Construir un gráfico semilogarítmico con la humedad ( W ) como ordenada en escala aritmética y el numero de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica. 5.1.6.1.3 Dibujar los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las cinco pruebas efectuadas y construir una recta (curva de fluidez) que pase tan aproximadamente como sea posible por dichos puntos. 5.1.6.1.4 Expresar el limite liquido ( WL ) del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la abscisa de 25 golpes, aproximando a un decimal. 5.1.6.2 Informe El informe debe incluir lo siguiente: La Norma de referencia a este método Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/03/01 y RE:02/03/01. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 80 5.2 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO (NCh 1517/2 Of79) 5.2.1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Este método establece el procedimiento para determinar el límite plástico y el índice de plasticidad de los suelos. 5.2.2. APARATOS 5.2.2.1 Plato de evaporación Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de aproximadamente 120 mm. 5.2.2.2 Espátula Debe tener una hoja flexible de aproximadamente 75 mm. de largo y 20 mm. de ancho. 5.2.2.3 Superficie de amasado Placa de vidrio esmerilado de 20×20 cm. 5.2.2.4 Recipientes Herméticos para la muestra de contenido de humedad. 5.2.2.5 Balanza Con una precisión de 0,01 gr. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 81 5.2.2.6 Probeta Con una capacidad de 25 mm. 5.2.2.7 Patrón de comparación Alambre o plástico de 3 mm. de diámetro. 5.2.2.8 Horno Debe tener circulación de aire y temperatura regulable, capaz de mantener una temperatura de 60 ± 5 °C. 5.2.3. MUESTRA DE ENSAYO 5.2.3.1 Preparación de la muestra de ensayo 5.2.3.1.1 Extraiga, por cuarteo, una muestra representativa de un tamaño que asegure una masa mínima de ensaye de 500 gr. de material bajo tamiz de abertura 0,5 mm. (ASTM N°40). 5.2.3.1.2 Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. 5.2.3.1.3 Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60°C. 5.2.3.2 Tamaño de la muestra de ensayo Debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 20 gr. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 82 5.2.3.3 Acondicionamiento de la muestra de ensayo 5.2.3.3.1 Si sólo se requiere determinar el límite plástico, tomar la muestra de ensayo del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de abertura 0,5 mm. obtenido de acuerdo con NCh 1509. Colocar en el plato de evaporación y mezclar completamente con agua destilada mediante la espátula hasta que la pasta se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera. 5.2.3.3.2 Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, existiendo la siguiente clasificación: Suelos de alta plasticidad ≥ 24 hr. Suelos de plasticidad media ≥ 12 hr. Suelos de baja plasticidad ≥ 1 hr. 5.2.3.3.3 Si se requiere determinar ambos límites, líquido y plástico, tomar la muestra de ensayo de la porción de suelo condicionada según NCh 1517/1. Tomar esta muestra en aquella etapa en que la pasta de suelo se vuelve suficientemente plástica para moldearla como una esfera. Si el material está seco, agregar agua destilada y homogeneizar completamente; si está muy húmedo, amasarlo de modo que seque al contacto con las manos hasta alcanzar la consistencia requerida. 5.2.4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 5.2.4.1 Tomar una porción de la muestra de ensayo acondicionada de aproximadamente 1 cm3. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 83 5.2.4.2 Amasar la muestra entre las manos y luego hacerla rodar con la palma de la mano o la base pulgar sobre la superficie de amasado conformando un cilindro. 5.2.4.3 Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm., doblar, amasar nuevamente y volver a conformar el cilindro. 5.2.4.4 Repetir la operación hasta que le cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm. y no pueda ser amasado ni reconstituido. Nota: Si esta disgregación se produce cuando el cilindro tiene un diámetro mayor que 3 mm., puede considerarse como un punto final satisfactorio siempre que el material haya podido conformar previamente un cilindro de 3 mm. En ningún caso debe procurarse obtener la disgregación exactamente a los 3 mm. de diámetro de cilindro (por ejemplo reduciendo la velocidad y/o la presión del amasado). 5.2.4.5 Reunir las fracciones del cilindro disgregado y colocar en un recipiente tarado. Determinar y registrar su humedad ( W ) de acuerdo con NCh 1515. 5.2.4.6 Repetir las etapas 1 a la 5 con dos porciones más de muestra de ensaye. Nota: Se recomienda efectuar las tres determinaciones tratando de conseguir una humedad ligeramente mayor que el límite, en el límite y ligeramente menor que el límite respectivamente. Se recomienda efectuar el ensayo en cámara húmeda. Si no se cuenta con este equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 84 5.2.5. MEMORIA DE CÁLCULO 5.2.5.1 Expresión de resultados 5.2.5.1.1 Calcular el límite plástico ( WP ) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensaye. Dichas determinaciones no deben diferir entre si en más de un 2%. Cuando no se cumpla esta condición se debe repetir todo el ensaye. 5.2.5.1.2 Calcular el índice de plasticidad de acuerdo con la formula siguiente. I P WL WP Donde: I P : índice de plasticidad del suelo, [%]; WL : límite líquido del suelo, [%]; WP : límite plástico del suelo, [%]. 5.2.5.1.3 Cuando no pueda determinarse uno de los dos límites ( W L o WP ), o la diferencia resulte negativa, informar el índice de plasticidad como NP (no plástico). 5.2.5.1.4 Calcular el índice líquido de acuerdo con la fórmula siguiente: IL W W P IP Donde: I L : índice líquido del suelo; W : humedad (natural) del suelo, [%]; W P : límite plástico del suelo, [%]; I P : índice de plasticidad del suelo, [%]. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 85 5.2.5.1.5 Calcular el índice de consistencia de acuerdo con la siguiente fórmula : IC W L W IP Donde: I C : índice de consistencia del suelo; WL : límite líquido del suelo, [%]; W : humedad (natural) del suelo, [%]; I P : índice de plasticidad del suelo, [%]. 5.2.5.2 Criterios de aceptación de resultados 5.2.5.2.1 Repetibilidad Dos resultados obtenidos por un mismo operador sobre la misma muestra, en el mismo laboratorio, usando los mismos aparatos y en días diferentes, en laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su promedio. 5.2.5.2.2 Reproducibilidad Los resultados obtenidos por operadores diferentes, en laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su promedio. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 86 5.2.5.3 Informe El informe debe incluir lo siguiente: La Norma de referencia a este método Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/03/01 y RE:02/03/01. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 87 5.3 DIAGRAMA DE FLUJO 5.3.1 Procedimiento para Determinar el Límite Líquido Elementos a utilizar Maquina Casagrande Cantidad de Material 100 gr. de Suelo. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 88 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 89 5.3.2 Procedimiento para Determinar el Límite de Plasticidad Elementos a utilizar Plato evaporación Cantidad de Material 20 gr. de suelo. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 90 5.4 REGISTRO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 3 : Determinación de los Límites de Atterberg. (Nch 1517/1 Of 79) RE:01/03/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Muestra: Procedencia: Fecha: Límite Plástico Ensaye N° 1 2 Límite Líquido 3 1 Cápsula N° Número de golpes 1 Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr 2 Peso Cápsula + Suelo Seco gr 3 Peso de la Cápsula gr 4 Peso del Agua (1-2) gr 5 Peso del Suelo Seco (2-3) gr 6 Humedad (4/5)*100 % 7 Promedio Límite Plástico % 8 Porcentaje de error ( < 2% ) % Límite Líquido ( WL ): % W P): % Límite Plástico ( Índice de Plasticidad ( I P): % “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 2 3 91 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Procedencia: Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 3 : Determinación de los Límites de Atterberg. (Nch 1517/1 Of 79) RE:02/03/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Fecha: Curva de Fluidez Porcentaje de Humedad W% N° 100 10 Número de golpes “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 92 5.5 EJEMPLO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Limo Arenoso Procedencia: Laboratorio Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 3 : Determinación de los Límites de Atterberg. (Nch 1517/1 Of 79) RE:01/03/01 Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia Fecha: 07/10/2008 Límite Plástico Ensaye N° 1 Cápsula N° 2 43 Límite Líquido 3 57 1 69 Número de golpes 2 3 61 13 22 15 24 31 1 Peso Cápsula + Suelo Húmedo gr 15,64 16,11 16,92 26,13 25,64 25,51 2 Peso Cápsula + Suelo Seco gr 14,82 15,27 16,09 23,22 22,91 22,94 3 Peso de la Cápsula gr 10,31 10,72 11,52 11,82 11,41 11,32 4 Peso del Agua (1-2) gr 0,82 0,84 0,83 2,91 2,73 2,57 5 Peso del Suelo Seco (2-3) gr 4,51 4,55 4,57 11,4 11,5 11,62 6 Humedad (4/5)*100 % 18,18 18,46 18,16 25,53 23,74 22,12 7 Promedio Límite Plástico % 18,3 8 Porcentaje de error ( < 2% ) % 1,6 Límite Líquido ( Límite Plástico ( WL): 23,4 % W P): 18,3 % Índice de Plasticidad ( I P): 5,1 % “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 93 Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Limo Arenoso Procedencia: Laboratorio Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 3 : Determinación de los Límites de Atterberg. (Nch 1517/1 Of 79) RE:02/03/01 Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia Fecha: 07/10/2008 Curva de Fluidez W% 26 15; 25,53 25,5 25 24,5 24 24; 23,73 23,5 23 22,5 31; 22,12 22 21,5 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 Nº de golpes “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 94 5.6 APLICACIÓN 5.6.1 Especificaciones para subbases, bases y capas de rodadura (MOP, “Manual de Carreteras”, Vol. 8, 2003, Pág 101) Tabla N°8 - Límites de consistencia o de Atterberg Límite Líquido Índice de Plasticidad Subbase Máx. 35 Máx. 8 Base Estabilizada Máx. 25 Máx. 6 Regiones I a III Máx. 35 5 - 10 Regiones IV a VI Máx. 35 4-9 Regiones VII a X Máx. 35 3-8 Regiones XI a XII Máx. 35 Máx. 7 Carpeta de Rodadura Material para Base Granular El índice de plasticidad máximo será de 4%, salvo que el proyecto estipule otro valor, debidamente justificado, en que ningún caso podrá exceder el 6%. Material para Carpeta de Rodadura De acuerdo a circunstancias locales, previo estudio, se podrán variar los límites de consistencia. 5.6.2 Especificaciones para Relleno Estructural (MOP, “Manual Carreteras”, Vol. 5, 2003, Pág 147) Tabla N°9 – Requisitos de los materiales para rellenos estructurales I.P. Relleno Estructural Relleno Estructural Permeable 3–6 NP “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 de 95 6. CAPÍTULO V : MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE PARTÍCULAS SÓLIDAS (NCh 1532 Of80) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 96 6.1 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE PARTÍCULAS SÓLIDAS 6.1.1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Este método establece el procedimiento para determinar la densidad de las partículas sólidas de suelos que se componen de partículas menores que 5 mm., mediante un picnómetro. Cuando el suelo se compone de partículas mayores que 5 mm. se debe aplicar el método de determinación de densidad real de las gravas, según NCh1117. Cuando el suelo se compone de partículas mayores y menores que 5 mm., se debe separar en el tamiz de abertura 5 mm. (ASTM Nº4). Determinar y registrar el porcentaje en masa seca de ambas fracciones y ensayarlas por separado con el método correspondiente. El resultado debe ser el promedio ponderado de ambas fracciones. 6.1.2. APARATOS 6.1.2.1 Picnómetro Frasco volumétrico con una capacidad igual o mayor que 100 ml o una botella con tapón con una capacidad igual o mayor que 50 ml (ver Figura N°12), el tapón debe ser del mismo material que la botella, de forma y tamaño tales que pueda ser insertado fácilmente a una prefundid marcada en el cuello de la botella, y debe tener una perforación central que permita la eliminación de aire y agua sobrante. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 97 Figura N°12 – Picnómetro 6.1.2.2 Balanza Con precisión de 0,01 gr. si se emplea el frasco o con precisión de 0,001 gr. si se emplea la botella. 6.1.2.3 Reductor de presión Aspirador o bomba de vacío y sus accesorios. 6.1.2.4 Herramientas y accesorios Recipientes para las muestras, brochas, poruña, embudo, termómetro, estufa, secador, etc. 6.1.2.5 Materiales Agua destilada o desmineralizada desaireada, kerosene, solución disolvente de grasas, etc. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 98 6.1.3. CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO 6.1.3.1 Limpiar, secar, pesar, y registrar la masa del picnómetro vacío ( Mf ). La limpieza del picnómetro se puede efectuar con amoniaco o algún disolvente de grasa, en seguida se enjuaga con agua destilada y se deja escurrir colocando boca abajo y posteriormente se lava con alcohol, dejándolo escurrir; finalmente se lava con éter, eliminado así los vapores al dejar el picnómetro boca abajo durante 15 min. 6.1.3.2 Llenar con agua destilada a temperatura ambiente hasta que la parte inferior del mecanismo coincida con la marca de calibración. Secar el interior del cuello del picnómetro y también el exterior. Pesar y registrar la masa del picnómetro más el agua ( Ma ). 6.1.3.3 Insertar un termómetro en el agua hasta el centro del picnómetro. Determinar y registrar la temperatura de calibración ( ti ) aproximando a 1ºC. Nota: El kerosene es un mejor agente humedecedor que el agua para la mayoría de los suelos y puede usarse en el lugar del agua destilada en muestras secadas al horno. 6.1.3.4 De la masa del picnómetro más el agua a la temperatura de calibración ( Mati ) se debe preparar una tabla de valores de Ma para una serie de temperaturas que probablemente prevalezcan durante el ensaye. 6.1.3.5 Calcular los valores de Ma a distintas temperaturas de acuerdo con la formula siguiente: Matx tx Mati Mf Mf ti “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 99 Donde: Ma tx : masa del picnómetro mas el agua a una temperatura x dada, [gr]; tx : densidad del agua a una temperatura x dada, gr/cm3 [Kg/lts]; ti : densidad del agua a la temperatura de calibración, gr/cm3 [Kg/lts] (ver Tabla N°18); Mati : masa del picnómetro más el agua a la temperatura de calibración, [gr]; : masa del picnómetro vacío, [gr]. Mf Nota: Este procedimiento es muy conveniente para laboratorios que hacen muchas determinaciones con el mismo picnómetro. También es aplicable a una sola determinación. Llevar el picnómetro y su contenido a una temperatura determinada requiere un tiempo considerable, por lo que resulta mucho más conveniente trabajar con la tabla de valores Ma . Es importarte que los valores del picnómetro más el agua, como Ma y Mm se basen en agua a la misma temperatura. Tabla N°10 – Densidad del agua según su temperatura Temperatura Densidad K ºC gr/cm3 [Kg/lts] (adimensional) 16 0,99909 1,0009 18 0,99859 1,0004 20 0,99820 1,0000 23 0,99754 0,9993 26 0,99678 0,9996 29 0,99594 0,9977 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 100 6.1.4. MUESTRA DE ENSAYO 6.1.4.1 Acondicionamiento de la muestra La muestra de ensayo puede estar con su humedad natural o seca en horno: 6.1.4.1.1 Muestra de ensayo con su humedad natural Su masa seca ( ms ) se debe determinar y registrar al final del ensaye, evaporando el agua en horno a 110ºC ± 5ºC. Las muestras de suelo arcilloso con su humedad natural deben dispersarse antes de colocar en el frasco (500 ml) empleando el equipo dispersor especificado en el ensaye de granulometría. 6.1.4.1.2 Muestra de ensayo seca en horno. Se debe secar hasta masa constante en una horno a 110ºC ± 5ºC, enfriar en un secador, pesar y registrar su masa seca ( ms ). A continuación la muestra debe sumergirse en agua destilada por a lo menos 12 hr. Cuando se elimina cualquier porción de la muestra original de suelo al preparar la muestra, debe indicarse en el informe la porción sobre la cual se ha efectuado el ensaye. 6.1.4.2 Tamaño de la muestra La muestra de ensayo compuesta por partículas menores que 5 mm. deben tener un tamaño mínimo, referido a su masa seca, de 25 gr. cuando se usa el frasco y de 10 gr. cuando se usa la botella con tapón. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 101 6.1.5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 6.1.5.1 Colocar la muestra en el picnómetro, cuidando de evitar pérdidas del material cuando ya se ha determinado su masa seca. Agregar agua destilada cuidadosamente, evitando la formación de burbujas, hasta alcanzar aproximadamente ¾ de la capacidad del frasco, o la mitad de la capacidad de la botella. 6.1.5.2 Remover el aire atrapado por uno de los siguientes procedimientos: 6.1.5.2.1 Someter el contenido a un vacío parcial (presión de aire igual o menor que 13,3 [KPa]). Para evitar un burbujeo excesivo se va aplicando un vacío gradual que se aumenta lentamente hasta el máximo, el cual deberá mantenerse durante 15 min, por lo menos, para conseguir un desaireado completo. El picnómetro debe agitarse suavemente para ayudar a la remoción del aire. 6.1.5.2.2 Calentar o hervir por a lo menos 10 min haciendo girar ocasionalmente el picnómetro para ayudar a la remoción del aire. Posteriormente someter el contenido a presión de aire reducida. 6.1.5.2.3 Si no se cuenta con sistema de vacío se puede colocar el picnómetro en un baño maría de glicerina. Por lo general, 10 min de hervor son suficientes para expulsar el aire contenido en el material (ocasionalmente el picnómetro debe girarse para ayudar a la remoción del aire). En este caso, debe esperarse a que el picnómetro alcance nuevamente la temperatura ambiente para conseguir la prueba. 6.1.5.3 Tapar el picnómetro con la muestra y cuando corresponda dejar enfriar a temperatura ambiente. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 102 6.1.5.4 Agregar agua destilada hasta llenar el picnómetro. Limpiar y secar el exterior con un paño limpio y seco. Determinar y registrar la masa del picnómetro con la muestra y el agua ( Mm ). Determinar y registrar la temperatura de ensaye del contenido ( tx ) aproximando a 1ºC. Nota: Es necesario efectuar dos veces cada prueba a fin de obtener una comprobación. 6.1.6. MEMORIA DE CÁLCULO 6.1.6.1 Expresión de resultados 6.1.6.1.1 Calcular la densidad de partículas sólidas de acuerdo con la fórmula siguiente: s ms tx ms Ma Mm Donde: s : densidad de partículas sólidas, gr/cm3 [Kg/lts]; ms : masa seca de la muestra de ensaye, [gr]; Ma : masa del picnómetro más el agua a la temperatura de ensayo, [gr]; Mm : masa del picnómetro más la muestra y el agua a la temperatura de ensaye, [gr]. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 103 6.1.6.1.2 La norma ASTM D 854-58 determina un valor adimensional de Specific Gravity, definido como el cuociente entre la densidad del suelo y la densidad del agua a una temperatura determinada (de acuerdo con la siguiente definición, este valor es una densidad relativa). Cuando se desee determinar este valor, proceder como sigue: Para obtener Gs respecto del agua a 20ºC, se aplica la siguiente fórmula : Gs t x Gs t x s 20C t x K 20 C Donde: Gs t x 20C : Valor de Specific Gravity respecto del agua a 20ºC; Gs t x ms tx ms Ma Mm K s : Este valor se obtiene de la tabla N°10. 20 º C Para obtener Gs respecto del agua a 4ºC, se aplica la siguiente fórmula : Gs t x Gs t x s s 4C tx rtx 4C 1Kg lts Donde: SG tx 4º C : Valor de Specific Gravity respecto del agua a 4ºC; r tx : densidad relativa del agua a la temperatura del ensayo. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 104 Corresponde a: r tx tx tx 4 º C 1Kg l 6.1.6.2 Informe El informe debe incluir lo siguiente: La Norma de referencia a este método Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/04/01 y RE:02/04/01. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 105 6.2 DIAGRAMA DE FLUJO 6.2.1 Procedimiento para Determinar la Densidad Partículas Sólidas, Picnómetro Elementos a utilizar Picnómetro, reductor de presión y termómetro Cantidad de Material 25 gr. de suelo “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 106 6.3 REGISTRO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo N4 : Determinación de densidad De partículas sólidas. (Nch 1532 Of80)º RE:01/04/01 Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor: Muestra: Procedencia: Temperatura inicial (ti)= Fecha: TEMPERATURA DE ENSAYE Temperatura final (tf)= 26 ºC Masa Ensaye 1 26 Ensaye 2 Masa del picnómetro vacío (grs) masa seca de la muestra (grs) masa del picnómetro + agua (grs) masa del picnómetro + agua + muestra (grs) s1 s2 (gr/cm3) (gr/cm3) Observaciones: “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 ºC 107 6.4 EJEMPLO Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Muestra: Arena Arcillosa Procedencia: Laboratorio Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones Versión: 00 Ensayo N4 : Determinación de densidad De partículas sólidas. (Nch 1532 Of80)º RE:02/04/01 Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia Fecha: 15/10/2008 TEMPERATURA DE ENSAYE Temperatura inicial (ti)= 26 ºC Masa Temperatura final (tf)= 26 Ensaye 1 Ensaye 2 Masa del picnómetro vacío (grs) 200,06 199,8 masa seca de la muestra (grs) 35 34 masa del picnómetro + agua (grs) 812,9 815,5 masa del picnómetro + agua + muestra (grs) 836,2 837,9 tx s1 s2 2,98 (gr/cm3) 2,93 (gr/cm3) Observaciones: “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009 ºC 108 6.5 APLICACIÓN Valores típicos de la densidad de las partículas sólidas, (Peter L. Berry – David Reid, Mecánica de suelos, Pág. 21). Tabla N°11 – Densidad partículas sólidas Tipo de Suelo [gr] Grava, arena, limo 2,65 Arcilla inorgánica 2,70 Arcilla orgánica 2,60 Turba fibrosa 1,50 “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009
