Ensayos de Suelos Para Pavimentos

ENSAYOS DE SUELOS PARA PAVIMENTOS

COTENIDO DE HUMEDADEl método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno donde la humedad de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas.EQUIPO NECESARIO Horno de secado Balanzas Recipientes Utensilios para manipulación de recipientes Otros utensiliosMUESTRA DE ENSAYOPara los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método

PROCEDIMIENTO1. Pesar una cápsula o recipiente de aluminio o latón,

incluyendo su tapa. Identificar y revisar adecuadamente el recipiente..

2. Colocar una muestra representativa de suelo húmedo en la cápsula y determinar el peso del recipiente más el del suelo húmedo

3. Después de pesar la muestra húmeda más el recipiente, remueva la tapa y coloque la muestra en el horno.

4. Cuando la muestra se haya secado hasta mostrar un peso constante, determine el peso del recipiente más el del suelo seco.

CALCULOSw = Contenido de humedad expresado en porcentajeWw = Peso del agua existente en la masa de suelo

Ws = Peso de las partículas sólidas

PESO ESPECÍFICODESCRIPCION.El peso específico se determina por la relación entre el peso total del suelo y el volumen total del suelo.EQUIPO NECESARIO

Frasco volumétrico (picnómetro), de 100 a 500 cm3 de capacidad. Bomba de vacío, con tuberías y uniones Homo o Estufa Balanzas Pipeta. Termómetro graduado Cápsula de evaporación. Baño de agua (baño María). Guantes de asbesto. Tamices de 2.36 mm (N° 8) y 4.75

MUESTRA DE ENSAYO• Cuando la muestra contenga partículas de diámetros mayores y menores que la

abertura del tamiz de 2.38 mm (N° 8), la muestra debe ser separada por dicho tamiz y debe determinarse el peso específico de la fracción fina [pasante del tamiz de 2.38 mm (N° 8)] y el peso específico aparente de la fracción gruesa.

PROCEDIMIENTO1. Colóquese en la cápsula de evaporación una muestra representativa del suelo.

2. Empleando una espátula, mézclese el suelo con suficiente agua destilada o desmineralizada, hasta formar una masa pastosa; colóquese luego la mezcla en el picnómetro y llénese con agua destilada hasta aproximadamente la mitad del frasco.

3. Para remover el aire atrapado, conéctese el picnómetro a la línea de vacío hasta obtener una presión absoluta dentro del frasco no mayor de 100 mm de mercurio.

4. Llénese el picnómetro con agua destilada hasta que el fondo del menisco coincida con la marca de calibración en el cuello del picnómetro y, usando un papel absorbente, remuévase con cuidado la humedad de la parte interior del picnómetro. Inmediatamente después de la pesada, agítese la suspensión hasta asegurar una temperatura uniforme y determínese la temperatura de la suspensión con una aproximación de 0.1 °C introduciendo un termómetro hasta la mitad de la profundidad del picnómetro.

5. Transfiérase con mucho cuidado el contenido del picnómetro a una cápsula de evaporación. 6. Introdúzcase la cápsula de evaporación con la muestra en una estufa a 105 ± 5 °C (221 ± 9

°F), hasta peso constante. Sáquese la muestra seca del horno, déjese enfriar a la temperatura del laboratorio y determínese el peso del suelo seco con una aproximación de 0.01g.

7. Anótense todos los resultados en la planilla.

CALCULOS• K = Factor de corrección basado en el peso específico del agua a 20 °C (véase Tabla 1). • W2 = Peso del picnómetro más agua a la temperatura del ensayo, en gramos (obtenido de la curva

de calibración como se indica en la Figura 1). • Wo = Peso del suelo seco (g).

• W1 = Peso del picnómetro + agua + suelo (g).

ANALISIS GRANULOMETRICODESCRIPCION.El método de determinación granulométrico es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramada (a modo de coladores) que actúan como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices.

EQUIPO NECESARIO Dos balanzas. Una con sensibilidad de 0.01 g . Tamices de malla cuadrada 75 mm (3"), 50 mm (2"), 37.5 mm (1-½"), 25mm (1"), 19.0 mm (¾"),

9.5 mm (3/8"), 4.75 mm (N° 4), 2.00 mm (N° 10), 850 mm (N° 20), 425 mm (N° 40), 250 mm (N° 60), 106 mm (N° 140) y 75 mm (N° 200). Se puede usar, como alternativa, una serie de tamices que, al dibujar la gradación, dé una separación uniforme entre los puntos del gráfico; esta serie estará integrada por los siguientes: 75 mm (3"), 37.5 mm (1-½"), 19.0 mm (¾"), 9.5 mm (3/8"), 4.75 mm (N° 4), 2.36 mm (N° 8), 1.10 mm (N° 16), 600 mm (N° 30), 300 mm (N° 50),150 mm (N° 100), 75 mm (N° 200).

Estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Envases, adecuados para el manejo y secado de las muestras. Cepillo y brocha, para limpiar las mallas de los tamices.

MUESTRA DE ENSAYO• Prepárese una muestra para el ensayo como se describe en la preparación de muestras Para

análisis granulométrico Norma MTC E106-1999, la cual estará constituida por dos fracciones: una retenida sobre el tamiz de 2 mm (N° 10) y otra que pasa dicho tamiz. Ambas fracciones se ensayaran por separado.

PROCEDIMIENTOAnálisis por medio de tamizado de la fracción retenida en el tamiz de 2.00 mm (n° 10)• Sepárese la porción de muestra retenida en el tamiz de 2 mm (N° 10) en una

serie de fracciones usando los tamices de: 75 mm (3"), 50 mm (2"), 37.5 mm (1-½"), 25.0 mm (1"), 19.0 mm (¾"), 9.5 mm (3/8"), 4.75 mm (N° 4) y 2.00 mm (N° 10), o los que sean necesarios dependiendo del tipo de muestra, o de las especificaciones para el material que se ensaya.

• En la operación de tamizado manual se mueve el tamiz o tamices de un lado a otro y recorriendo circunferencias de forma que la muestra se mantenga en movimiento sobre la malla.

• Se determina el peso de cada fracción en una balanza. Análisis granulométrico de la fracción finaProcedimiento para el análisis granulométrico por lavado sobre el tamiz de 75 mm (N° 200).• Se separan mediante cuarteo, 115 g para suelos arenosos y 65 g para suelos

arcillosos.• Humedad higroscópica. • Se coloca la muestra en un recipiente apropiado, cubriéndola con agua y se deja

en remojo hasta que todos los terrones se ablanden.• Se lava a continuación la muestra sobre el tamiz de 75 mm (N° 200)• Se recoge lo retenido en un recipiente, se seca en el horno a una temperatura

de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) y se pesa.• Se tamiza en seco siguiendo el procedimiento indicado.

CALCULOSValores de análisis de tamizado para la porción retenida en el tamiz de 2 mm (N° 10).• Se calcula el porcentaje que pasa el tamiz de 2 mm (N° 10) dividiendo

el peso que pasa dicho tamiz por el del suelo originalmente tomado y se multiplica el resultado por 100.

• Para determinar el porcentaje total que pasa por cada tamiz, se divide el peso total que pasa (sección 6.1.2) por el peso total de la muestra y se multiplica el resultado por 100.

Valores del análisis por tamizado para la porción que pasa el tamiz de 2 mm (N° 10).• Se calcula el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 75 mm

(N° 200) de la siguiente forma:

• Se calcula el porcentaje retenido sobre cada tamiz en la siguiente forma:

• Se calcula el porcentaje más fino. Restando en forma acumulativa de 100% los porcentajes retenidos sobre cada tamiz.

LIMITES DE CONSISTENCIALIMITE LÍQUIDODESCRIPCION.El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado líquido. El valor calculado deberá aproximarse al centésimo.EQUIPO NECESARIO• Recipiente para Almacenaje• Espátula. • Aparato del límite líquido (o de Casagrande)De operación manual o de operación mecánica. • Acanalador. • Calibrador.• Recipientes o Pesa Filtros. • Balanza• Estufa. MUESTRA DE ENSAYOTómese una muestra que pese 150 - 200 g de una porción de material completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N° 40).

PROCEDIMIENTODETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO MULTIPUNTO• Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese completamente

con 15 a 20 ml de agua destilada.• Cuando haya sido mezclada suficiente agua completamente con el suelo y la

consistencia producida requiera de 30 a 35 golpes de la cazuela de bronce para que se ocasione el cierre, colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre el sitio en que ésta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el suelo hasta obtener la posición mostrada en la Figura 3 (con tan pocas pasadas de la espátula como sea posible), teniendo cuidado de evitar la inclusión de burbujas de aire dentro de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y al mismo tiempo emparéjeselo hasta conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de espesor máximo. Regrésese el exceso de suelo a la Vasija de porcelana.

• Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes del acanalador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgaduras en los lados de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la cazuela de bronce, se permite hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando cada recorrido como una pasada; con cada pasada el acanalador debe penetrar un poco más profundo hasta que la última pasada de atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. Hágase una ranura con el menor número de pasadas posible.

• Elévese y golpéese la taza de bronce girando la manija F, a una velocidad de 1,9 a 2,1 golpes por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca de 13 mm (0.5"). Anótese el número de golpes requeridos para cerrar la ranura.

• En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a deslizarse. Cuando esto ocurra, deberá a agregarse mas agua a la muestra y mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el Punto 5.3; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de golpes inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite líquido no se puede determinar.

• Sáquese una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula, tomándola de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la porción de ésta en la cual se hizo contacto, y colóquese en un recipiente adecuado.

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

• Transfiérase el suelo sobrante en la taza de bronce a la cápsula de porcelana. Lávese y séquese la taza de bronce y el ranurador y ármese de nuevo el aparato del límite líquido para repetir el ensayo.

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

CALCULOS• Calcúlese el contenido de humedad del suelo, expresándolo

como porcentaje de peso del suelo secado en el horno como sigue:

• Preparación de la curva de fluidez. Trácese una, "curva de fluidez" que represente la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes de la taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido de humedad como ordenada sobre la escala aritmética, y el número de golpes como Abscisa sobre la escala logarítmica. la curva de flujo es una línea recta promedia, que pasa tan cerca como sea posible a través de los tres o más puntos dibujados.

• Límite líquido. Tómese el contenido de humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite líquido del suelo y aproxímese este valor a un número entero

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE UN PUNTOEl ensayo se efectúa en la misma forma que para el método antes descrito (multipunto) con la diferencia que el contenido de humedad de la muestra se debe tomar cuando el número de golpes requerido para cerrar la ranura esté comprendido entre 20 y 30. Si se requiere menos de 20 o más de 30 golpes, se ajustará el contenido de humedad del suelo y se repetirá el procedimiento.Inmediatamente después de remover un espécimen para contenido de humedad como se describe en 5.3 y 5.4, formar nuevamente el suelo en la copa, añadiendo una pequeña cantidad de suelo para reponer la pérdida debida a la ranuración y las orientaciones de muestreo para contenido de humedad. Repetir de 5.2.1 a 5.4 y si el segundo cierre de la ranura requiere el mismo número de golpes o no más de dos golpes de diferencia, tomar otro espécimen para contenido de humedad. De otro modo, mezclar de nuevo todo el espécimen y repetir.

CALCULOSDeterminar el límite líquido para cada espécimen de acuerdo al número de golpes y contenido de humedad, usando una de las siguientes ecuaciones:

N = Numero de golpes que causan el cierre de la ranura para el contenido de humedad.Wn = Contenido de humedad del suelo, para N golpes.

LIMITE PLASTICO E INDICE DE PLASTICIDADDESCRIPCION.Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se desmoronen. EQUIPO NECESARIO• Espátula, de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud por 20 mm (3/4")

de ancho.• Recipiente para Almacenaje, de porcelana o similar, de 115 mm (4 ½”) de diámetro.• Balanza, con aproximación a 0.01 g.• Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).• Tamiz, de 426 μm (N° 40).• Agua destilada.• Vidrios de reloj, o recipientes adecuados para determinación de humedades.• Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado. MUESTRA DE ENSAYOSi se quiere determinar sólo el L.P., se toman aproximadamente 20 g de la muestra que pase por el tamiz de 426 mm (N° 40), preparado para el ensayo de límite líquido. Se amasa con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. Se toma una porción de 1,5 gr a 2,0 gr de dicha esfera como muestra para el ensayo.

PROCEDIMIENTO• Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a

continuación, se rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión estrictamente necesaria para formar cilindros.

• Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha desmoronado, se vuelve a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces sea necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho diámetro.

• El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de suelo.

• La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se continúa el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad de acuerdo con la norma MTC E 108.

• Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado en 4.1, 4.2 y 4.3.

CALCULOSEl límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así:

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

Donde:I.P. = Índice de PlasticidadL.L. = Límite LíquidoP.L. = Límite PlásticoL.L. y L.P., son números enteros

PERMEABILIDADDESCRIPCION.El ensayo determina el coeficiente de permeabilidad (K) de una muestra de suelo granular o cohesiva, entendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el paso del agua a través de sus vacíos bajo la acción de una carga hidrostática.EQUIPO NECESARIO• Aparato de permeabilidad, con conexiones y válvulas de paso

para poder saturar la muestra de ensayo.• Cilindro graduado.• Recipiente graduado de 500 a 1000 ml. de capacidad.• Herramientas y accesorios, Cronometro, recipientes plástico y

termómetro.

PROCEDIMIENTO Y MUESTRA DE ENSAYO

Se determina el peso y el volumen del permeámetro a utilizar. Luego, se vacía la muestra en estado suelto dentro del molde y se compacta, ya sea sometiéndola a un tipo de vibración o bien mediante un pisón compactador. Del suelo restante se toman dos muestras representativas para determinar la humedad (w).• Finalizada la compactación, se enrasa la superficie, se coloca un disco

de papel filtro, sobre la muestra y luego un empaque de caucho sobre el borde del molde para ajustar la tapa de este.

• Se sumerge el permeámetro en un estanque con agua, por lo menos 5 cm bajo el nivel de esta, con las válvulas de entrada y salida de agua abiertas de modo de poder saturar la muestra durante un periodo de tiempo de 24 horas. Finalmente se cierran las válvulas y se saca el permeámetro del estanque.

• Retirado el permeámetro, se conecta el tubo de entrada de esta a una tubería vertical conectada a su vez a un recipiente de este nivel de agua constante. Se desairean las líneas de entrada de la muestra, abriendo simultáneamente las válvulas de entrada y drenaje (salida), hasta remover todo el aire que pueda encontrarse atrapado.

• A continuación, se cierran las válvulas y se mide la altura de nivel 1 de agua (H). en la boca de salida del permeámetro, coloca el recipiente graduado para recibir el agua escurrida. Luego, abrir simultáneamente las válvulas de entrada, salida y suministro de agua junto con accionar el cronometro.

• Registrar el tiempo necesario (seg.) para almacenar entre 750 y 900ml. De agua y medir la temperatura de esta.

• Registrar 2 o 3 mediciones adicionales utilizando como tiempo de ensayo, el obtenido durante la primera medición.

CALCULOS• Calcular el factor de corrección de temperatura (fc) para la viscosidad del agua a T° de 20 °C,

mediante la siguiente expresión:

• ϒt = viscosidad del agua a T°

• ϒ20 = viscosidad del agua a T° de 20 °C• • Calcular el coeficiente de permeabilidad (K) deducido a partir de la ley de Darcy, mediante la

siguiente expresión:

• Donde:• q = Cantidad de agua escurrida en un tiempo t (cm3)• i = Gradiente hidráulico (H/L)• A = Área de la sección de muestra ensayada (cm2)• t = tiempo de ensayo (seg.) • Calcular el coeficiente de permeabilidad a temperatura estándar de 20 °C (K20), mediante la

expresión:

CAPILARIDADDESCRIPCION.Mediante la aplicación del método KH calcular la altura de ascensión capilar en el suelo ensayado. EQUIPO NECESARIO• Molde (KH) con base perforada CBR• Bandeja metálica de 50 x 50 x 50 cm.• Martillo de compactación.• Horno• Cronómetro• Agua• Calibrador

PROCEDIMIENTO Y MUESTRA DE ENSAYO• Se toma las medidas del molde metálico con ayuda de un calibrador, para calcular su

volumen.• Se coloca la muestra de preferencia seca, en un molde cilíndrico de 15 cm. de diámetro y 27

cm. de altura se compacta en la medida deseada (también se puede utilizar muestras inalteradas).

• Luego con la ayuda de una barrilla se enrasa la muestra.• Si la muestra se encuentra en estado húmedo se recomienda colocarla sobre la estufa

durante 24 horas como mínimo, pero si son materiales arcillosos se los deja de 2 a 3 días.• Una vez preparada la muestra en el cilindro se pesa en la balanza .

• Se coloca el molde con la muestra preparada en la bandeja con agua de manera que la superficie del agua quede 1 cm. sobre la base perforada.

• Luego colocar la muestra en el recipiente con agua y se espera por lo menos 15 minutos para que el agua comience a ser absorbida por el suelo.

• Determinar el peso de la muestra a 1 hora, 2 horas, 4 horas, 7 horas, 25 horas, 49 horas y 72 horas.

• Proceder al cálculo y análisis con los datos obtenidos, se grafican estos en un par de ejes coordenados en los cuales se colocará el tiempo en abscisas con una escala igual a la raíz cuadrada del tiempo y el volumen del agua absorbida en ordenadas en escala aritmética.

• Luego de lo cual se conocerá el volumen inicial de agua absorbida, prolongando la parte recta de la curva hasta que intercepte al eje de las ordenadas o mediante un proceso algebraico.

CALCULOSCon los datos obtenidos se procede al cálculo, utilizando la expresión siguiente:

Donde:K = Coeficiente de permeabilidad del suelo ensayadoh = Altura de ascensión capilarA = Área de la sección trasversal del molde metálico.V = Volumen final de agua absorbidaVo = Volumen inicial de agua absorbidan = Porosidad del suelo ensayadot =Tiempo de ensayo

ENSAYO DE COMPACTACION PROCTORPROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO• La compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir

una densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las características mecánicas necesarias del suelo. En primer lugar se lanza sobre el suelo natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o de presión. Para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y, muchas veces, de su accesibilidad.

• Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en determinar cual es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.

• Es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la óptima.

DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADOLa diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada. En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada. En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

MATERIALES• Molde de acero de 4" de diámetro y aprox. 12 cm de altura• Martillo de compactación con guía• Base y extensión para el molde• W del martillo ( prueba estándar): • W del martillo ( prueba modificada): • Malla del No. 4• Cucharón• Enrazador• Probeta de 100ml• 5 cápsulas de aluminio• Desarmador plano• Charola cuadrada• Balanza con aproximación de un gramo• Balanza electrónica

ENSAYO CBR• DESCRIPCION.• Describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un

índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido, como CBR (California Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno.

• • Objetivo:• Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los

suelos de subrasante y de las capas de base, subbase y de afirmado.• Este modo operativo hace referencia a los ensayos para

determinación de las relaciones de Peso Unitario - Humedad, usando un equipo modificado.

PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO SOBRE MUESTRAS INALTERADAS• En el caso de muestras inalteradas se procede como sigue:• Se trabajará en una calicata de aproximadamente 0.80 x 0.80 m.• Se nivela la superficie y se coloca el molde en el centro del área de trabajo. El molde se le

debe haber adicionado el anillo cortador.• Posteriormente se excava suavemente alrededor del molde, presionándolo para que corte

una delgada capa de suelo a su alrededor.• Se clava el molde en el suelo poco a poco, con ayuda de herramientas apropiadas, hasta

llenarlo, haciendo uso de la técnica para la toma de muestras inalteradas que se describe en la norma MTC E 112. Debe entenderse que por ningún motivo la muestra debe ser golpeada, tanto en el proceso de recuperación en el campo, como en su transporte y trabajo de laboratorio.

• Una vez lleno el molde, se parafinan sus caras planas y, cuidando de no golpearlo, se traslada al laboratorio. Cuando se vaya a efectuar el ensayo se quita la parafina de ambas caras y, con ayuda de la prensa y el disco espaciador o de un extractor de muestras, se deja un espacio vacío en el molde equivalente al del disco espaciador, enrasando el molde por el otro extremo.

• A continuación se procede como con las muestras preparadas en el laboratorio. La operación para dejar ese espacio vacío no es necesaria (7,0" ± 0,16") si se utiliza un molde con 127 mm (5") de altura, en vez de los 177,8 mm, y se monta el collar antes de proceder al ensayo de penetración.

IMPORTANCIA• La importancia del CBR se fundamenta en las siguientes razones : Es un indicativo de la

calidad del suelo, existe un método aproximado para el diseño de espesores de pavimentos utilizando este valor, este valor es considerado como parámetro de cálculo en otros métodos de diseño de espesores de pavimentos.

ENSAYO DE CONSOLIDACIONDESCRIPCION.Objetivo: El objetivo de la prueba de consolidación unidimensional es determinar el decremento de volumen y la velocidad con que este decremento se produce, en un espécimen de suelo, confinad lateralmente y sujeto a una carga axial.Durante la prueba se aplica una serie de incrementos crecientes de carga axial, Y por efecto de éstos, el agua tiende a salir del espécimen a través de piedras colocadas en su cara. El cambio de volumen se mide con un micrómetro montado en un puente fijo y conectado a la placa de carga sobre la piedra porosa superior. EQUIPO NECESARIO• Aparato de consolidación• Piedras porosas: • Porta probetas o celda de compresión: • Juego de pesas: • Deformímetro: • Instrumentos de medición: • Cronómetro: • Balanza: • Equipo misceláneo:

PROCEDIMIENTO• Se arma el edómetro colocando la piedra porosa del fondo, por

encima el conjunto del anillo y la pastilla, se ajusta el mismo y sobre la pastilla se pone otra piedra porosa.

• Se ajusta el contrapeso del sistema de transmisión de cargas de manera que el brazo del mismo estuviese en equilibrio.

• Se coloca el edómetro debajo del yugo de carga interponiendo entre ambos una esfera de acero y la zapata de igual superficie que la piedra porosa, para distribuir la carga. El conjunto se centra para que la presión sea axial.

• Se ubica el deformímetro adosándolo al yugo de manera que tuviera contacto con el anillo, permitiendo medir la variación en la altura de la pastilla.

• Se traba el brazo con el yugo en contacto con la bola de acero sobre la zapata y se colocan las pesas necesarias para transmitir a la muestra la presión correspondiente al primer escalón de carga programado de 0,25 kg/cm², considerando que cada kilogramo de las pesas trasmite 0,25 kg/cm² a la pastilla. El trabado del brazo impide el impacto de las cargas sobre la muestra.

• Ubicadas las pesas, se procedió a destrabar el brazo considerando ese momento como el inicio del escalón de carga y a partir del cual se tomaron las lecturas del flexímetro.

• Las lecturas son tomadas y anotadas en intervalos de tiempo adecuados. Se utiliza como guía la siguiente secuencia. Se registran las lecturas del deformímetro en los tiempos dados en minutos: 0 – 0,1 – 0,25 – 0,5 – 1,0 – 2,25 – 4,0 – 6,25 – 9,0 – 12,25 – 16,0 – 20,25 – 25 – 40 – 60 – 90 – 120 – 180 – 480 – 1440.

• Se dibuja la curva de consolidación en escala semilogarítmica.• Este procedimiento se repite en cada ciclo, aumentando la

carga sucesivamente, sin embargo, por razones de tiempo, en este ensayo sólo se midió la consolidación para la primera carga.

• Después de finalizado el ensayo, se desarma el equipo y se pesa la muestra para el cálculo del contenido de humedad.

EQUIVALENTE ARENAOBJETIVOS• Conocer el procedimiento de los mencionados ensayos, el equipo y

además poner en práctica lo explicado en clase.• Para investigar la presencia de materiales finos o de apariencia

arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para los agregados pétreos.

FUNDAMENTO TEÓRICO• Debido a que una buena cimentación de un camino necesita la menor

cantidad de finos posible, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto con el agua causan un gran daño al pavimento, pues es necesario saber si la cantidad de finos que contienen los materiales que serán utilizados en la estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo necesario el plantear una manera fácil y rápida que nos arroje dichos resultados; sobre todo cuando se detectarán los bancos de materiales.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO• Probeta (2)• Molde • Tapón• Cronometro• Embudo• Botellas de solución (Glicerina, Formaldehído, Agua destilada)PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO• Elaboración de un agente dispersante en base a formaldehído,

glicerina y cloruro de calcio.• Verter la solución en la probeta mediante un sifón.• Verter la muestra con ayuda de un embudo, y dejar reposar

por un periodo de 10 min.• Luego de dejar reposar tapar la probeta e invertir

cuidadosamente para proceder agitar la muestra por cualquier método de agitación que indica la norma.

CALCULOS• El equivalente de arena se calculará con aproximación al décimo

(0.1%), así:

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

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

DUREZA DEL AGREGADO LOS ANGELES

• OBJETIVOS• Saber que tan resistente es el agregado que se va a utilizar ya

sea para base, sub-base o carpeta asfáltica; ya que este material estará expuesto a una constante agresión física.

• Determinar la dureza se utilizando un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en las Normas de Ensayo de Materiales para los agregados gruesos.

• FUNDAMENTO TEÓRICO• La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado,

es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros.

La Máquina de los ÁngelesLa Maquina de los Ángeles. Esta es un aparto constituido por un tambor cilíndrico hueco de acero de 500 mm de longitud y 700 mm de diámetro aproximadamente, con su eje horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede transmitirle un movimiento de rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del material de ensayo y de la carga abrasiva; dicha abertura está provista de una tapa que debe reunir las siguientes condiciones:• Asegurar un cierre hermético que impida la perdida del material y del polvo.• Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por la

disposición de la pestaña que se menciona más abajo, se tenga certeza de que el material no puede tener contacto con la tapa durante el ensayo.

• Tener un dispositivo de sujeción que asegure al mismo tiempo la fijación rígida de la tapa al tambor y su remoción fácil.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO• Máquina de los Ángeles• Tamices• Balanza.- Una balanza con una aproximación a 1gr.• Carga abrasiva.- Consiste en esferas de acero o de fundición de diámetros entre

46.38mm y 47.63mm y un peso comprendido entre 390g y 445g.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO• Abrasión• Determinar la granulometría en % retenidos de la muestra, a fin de elegir el método de

acuerdo a los tamices que tiene el mayor porcentaje de retenidos.• Prepara el material (5kg o 10kg) dependiendo si la muestra de agregados es mayor a 2”

o menor a 2”. • Material < 2” → ASTM C-131 (5 kg)• Material > 2” → ASTM C-535 (10 kg)• Revisar si la máquina de los ángeles esta en buen estado, ya que si esta contiene

residuos mayores a 2mm se requiere limpiarla; luego se coloca la muestra, luego colocar la muestra abrasiva, para finalmente hacer girar la máquina a 30-33 rpm, durante 500 revoluciones.

• Luego el material es retirado y tamizado por la malla # 12

INDICE DE DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS• OBJETIVOS• Fortalecer los conocimientos adquiridos en clase con la práctica en

laboratorio.• Determinar la resistencia al hielo y deshielo que pueda tener un agregado.• Entender el Ensayo de Durabilidad y saber interpretar los resultados

obtenidos.

• Durabilidad.-Es la propiedad que tiene un cuerpo o materia a la erosión química.

• Consiste que a la muestra (agregado) se lo someterá a un agente químico(sulfato de sodio o sulfato de magnesio) durante cinco ciclos para finalmente pesar el material final previo lavado y secado, para ver si el material cumple con las exigencias de la Norma o el expediente técnico de proyecto.

% desgaste = [ Pa – Pb ] / Pa

• PARA EL AGREGADO GRUESO• La muestra se tamiza por la malla N° 4 y se trabaja con el material

retenido en este tamiz.• El material lavado y seco se coloca en los recipientes por separado (los

recipientes son 7, preestablecidos para un agregado grueso).• Si el material comprendido entre los tamices es menor de 5% estas no

intervienen en el ensayo. Su correspondiente pérdida será el promedio de la pérdida superior o inferior.

• El material será sumergido en el sulfato de sodio por espacio de 16 a 18 horas cubriendo al agregado totalmente.

• Retiran la muestra de la solución y secar en el horno a 110°C.• Colocar nuevamente solución hasta completar 5 ciclos.• Al término lavar la muestra hasta eliminar los sulfatos y secar a 110°C

para verificar los pesos en los mismos tamices de ensayo.

• Para la granulometría general• Resultado = % Pérdida corregida

PARA EL AGREGADO FINOLa muestra se tamiza por la malla 3/8” y se trabaja con el material que pasa por este tamiz.Se tamiza por las mallas N° 4, 8, 16, 30 y 50, pesando aproximadamente 120 a 150 gr de material comprendido entre los siguientes tamices: • 3/8” a N° 4• N° 4 a N° 8• N° 8 a N° 16• N° 16 a N° 30• N° 30 a N° 50 Se coloca en taras distintas según el diámetro, se lava y se pone a secar en horno a 110°C.Se vuelve a tamizar por las mismas mallas, luego se pesa 100 gr de cada grupo. Se le añade el sulfato de sodio de modo que cubra completamente el material; y se procede de la misma manera que con el agregado grueso, cumpliendo los cinco ciclos.Al final se lava y seca las muestras para determinar el desgaste.

PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS

DESCRIPCION.Objetivo: Describe el procedimiento para determinar el porcentaje, en peso, del material que presente una, dos o más caras fracturadas de las muestras de agregados pétreos.

EQUIPO NECESARIO• Balanza, de 5000 g de capacidad y aproximación de 1 g.• Tamices, de 37.5,25.0, 19.0, 12.5 y 9.5 mm (1 1/2”, 1", 3/4" y 1/2" y 3 /8”).• Cuarteador, para la obtención de muestras representativas.• Espátula, para separar los agregados. MUESTRA DE ENSAYO• La muestra para ensayo deberá ser representativa y se obtendrá mediante un

cuidadoso cuarteo del total de la muestra recibida. Hágase el análisis granulométrico de la muestra cuarteada.

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

PROCEDIMIENTO• Extiéndase la muestra en un área grande, para inspeccionar

cada partícula. Si es necesario lávese el agregado sucio. Esto facilitará la inspección y detección de las partículas fracturadas.

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

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

CALCULOS• El procedimiento de cálculo es como se describe en los numerales

siguientes.• Anótese en la columna A el peso exacto de las porciones de la

muestra tomadas para el ensayo, comprendidas entre los tamaños especificados, y teniendo en cuenta el numeral 3.3.

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

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

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

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

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

ADHERENCIA DEL BITUMEN – AGREGADODESCRIPCION.• Objetivo: Determinación del grado de cubrimiento de las partículas de

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

EQUIPO NECESARIO• Tamices. De 9.5 mm y 4.75 mm (3/8" y No. 4).• Cronómetro. Para verificar el tiempo real de mezcla.• Termómetro. Para medir temperaturas entre 10 y 204 ºC (50 y 400 ºF).• Pala muestreadora.• Bandeja para muestras.

MUESTRA DE ENSAYO• Planta de producción en bachadas ó tandas. Permítase que la

planta opere el tiempo de mezcla por bachada establecido (medido mediante un cronómetro).

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

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

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

PROCEDIMIENTO• Tamícese inmediatamente el material cuando todavía está caliente, con

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

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

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

CALCULOS• Calcúlese el porcentaje de partículas recubiertas de la siguiente manera: