Mecánica de suelos - Relaciones humedad/densidad - Parte 2: Métodos de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída

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1 NORMA CHILENA OFICIAL NCh1534/2.Of79 Mecánica de suelos - Relaciones humedad/densidad - Parte 2: Métodos de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh1534/2 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Astilleros y Maestranzas de la Armada, ASMAR José A. Reyes A. Cemento El Melón S.A., Depto. de Relaciones Técnicas Armando Soto O. Cemento Polpaico, Depto. de Asesoría Técnica Patricio Downey A. Centro de Estudios, Medición y Certificación de Calidad, CESMEC Ltda. Edwin Party D. Colegio de Arquitectos de Chile Graciana Parodi E. E.C. Rowe y Asociados Enrique C. Rowe M. Carmen G. Villarroel C. Empresa Nacional de Electricidad S.A., ENDESA Eugenio Garcés V. Instituto Nacional de Normalización, INN Alfredo Cifuentes S. Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, Depto. de Normalización Alfonso Herrera A. Hermes Loyola B. Iván Tironi E. Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, SERVIU Metropolitano Lucio López V. I

2 Ministerio de Obras Publicas, Dirección de Vialidad Jorge Salgado A. Luis Guzmán Z. Jorge Pentenero B. Ministerio de Obras Públicas, Servicio Nacional de Obras Sanitarias, SENDOS José Petit V. PROSPECTA Ltda. Eduardo Soto F. Sociedad Chilena de Mecánica de Suelos y Fundaciones, SOCHIMSYF Andrés Pérez M. Universidad Austral de Chile, Facultad de Ingeniería Forestal 1) Jorge Gayoso A. Universidad Católica de Valparaíso Raúl Espinace A. Universidad de Concepción, Depto. de Ingeniería Civil Arturo Gutiérrez T. Universidad de Chile, Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM Horacio Musante H. Universidad Técnica del Estado, Depto. de Obras Civiles Carmen Norambuena P. Mario Silva Ch. Esta norma concuerda parcialmente con la norma de la American Society for Testing and Materials ASTM D , Moisture density relations of soils using 10 lb rammer and 18 in drop. (American Association State Highway and Transportation Officials Standard AASHTO Nº T 180) Esta norma ha sido aprobada por el H. Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el día 20 de Julio de Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº353 de fecha 31 de Agosto de 1979, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial Nº del 01 de Octubre de ) En representación del Comité Regional de Normalización de Mecánica de Suelos de la X Región. II

3 NORMA CHILENA OFICIAL NCh1534/2.Of79 Mecánica de suelos - Relaciones humedad/densidad - Parte 2: Métodos de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída 1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado en un molde normalizado mediante un pisón de 4,5 kg en caída libre desde una altura de 460 mm, con una energía específica de compactación de 2,67 J/cm 3 ( 27,2 kgf cm/cm 3 ). NOTAS 1) Este procedimiento se denomina usualmente Ensayo Proctor modificado. 2) En aquellos suelos que no permiten obtener una curva definida de relación humedad/densidad y en aquellos que contengan menos de un 12% de partículas menores que 0,080 mm ( ASTM Nº200), se recomienda determinar complementariamente la densidad máxima de acuerdo con la NCh1726 e informar los resultados de ambos ensayos. 1.2 Se especifican cuatro alternativas de procedimiento: a) método A - molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz NCh de 5 mm; b) método B - molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz NCh de 5 mm; c) método C - molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz NCh de 20 mm; d) método D - molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz NCh de 20 mm. 1

4 1.3 El método que haya que emplear debe indicarse en las especificaciones para el material que debe ensayarse. Si no se especifica debe regirse por las indicaciones del método A. 2 Referencias NCh179 Mecánica de suelos - Símbolos, unidades y definiciones. NCh1022 Tamices de ensayo de tela de alambre y de plancha perforada Dimensiones nominales de abertura. NCh1508 *) Mecánica de suelos - Guía para la investigación y el muestreo. NCh1515 Mecánica de suelos - Determinación de la humedad. NCh1532 Mecánica de suelos - Determinación de la densidad de partículas sólidas. NCh1726 Mecánica de suelos - Determinación de la densidad relativa. * ) En preparación. 3 Aparatos 3.1 Moldes metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe contar con un collar separable de aproximadamente 60 mm de altura. El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que puedan ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican: Molde de 100 mm de diámetro nominal, con una capacidad (V) de 0,944 ± 0,008!, con un diámetro interno de 101,6 ± 0,4 mm y una altura de 116,4 ± 0,1 mm. (Ver figura 1) Molde de 150 mm de diámetro nominal, con una capacidad (V) de 2,124 ± 0,021!, con un diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y una altura de 116,4 ± 0,1 mm. (Ver figura 2). 3.2 Pisón metálico, con una cara circular de 50 ± 0,2 mm de diámetro y con una masa de ± 10 g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 460 ± 2 mm. 2

5 La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10 mm ubicadas a 20 mm de cada extremo, separadas en 90º entre sí y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. NOTA - Se pueden emplear otros tipos de pisón siempre que se obtenga la misma energía específica de compactación y siempre que se calibre con varios tipos de suelo de modo de obtener los mismos resultados de relación humedad/densidad. 3.3 Probetas graduadas, una con 500 cm 3 de capacidad graduada a 5 cm 3 y otra de 250 cm 3 de capacidad graduada a 2,5 cm Balanzas, una con 10 kg de capacidad y una precisión de 5 g y otra con 1 kg de capacidad y una precisión de 0,1 g. 3.5 Estufa, con temperatura regulable y circulación de aire. 3.6 Regla de acero, de 300 mm de largo y con un canto biselado. 3.7 Tamices, de 50, 20 y 5 mm de abertura nominal y de acuerdo con la NCh1022. NOTA - Corresponden aproximadamente a los tamices ASTM de 2, 3/4 y Nº4 respectivamente. 3.8 Herramientas de mezclado, paila para mezclado, cuchara, llana, espátula, etc. o un dispositivo mecánico para mezclado. 4 Calibración del molde 4.1 Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar (m m ), aproximando a 1 g. 4.2 Determinar la capacidad volumétrica del molde como sigue: a) colocar glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajustarlos firmemente sin el collar; b) colocar el molde sobre una base firme, plana y horizontal; c) llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrasar con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua; d) determinar la masa de agua que llena el molde (m w ) aproximando a 1 g; e) medir la temperatura del agua y determinar su densidad (ρ w ) de acuerdo con la tabla 1, interpolando si fuere necesario; 3

6 Tabla 1 densidad del agua según su temperatura Temperatura º C Densidad kg/m 3 (g/!) , , , , , ,94 f) determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm 3 (1 ml), dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: V = m w /ρ w. 5 Extracción de muestras Las muestras se deben obtener de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente en el caso de controles de obra, o lo indicado por el profesional responsable en el caso de una prospección. NOTA - Ver NCh Preparación de muestras 6.1 Secar la muestra al aire o en estufa a una temperatura menor que 60ºC hasta que se vuelva desmenuzable. Disgregar entonces los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas. 6.2 Pasar por el tamiz de 5 mm para los métodos A y B y el tamiz de 20 mm para los métodos C y D, respectivamente. Descartar el material retenido. NOTA - Si en el método D (molde de 150 mm) es conveniente mantener el porcentaje de material grueso (que pasa por el tamiz de 50 mm y retenido en el tamiz de 5 mm) del material original, proceder como sigue: - determinar por tamizado el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 50 mm y retenido en el tamiz de 20 mm; - reemplazar dicho material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 20 mm y retenido en 5 mm, tomada de la porción no utilizada del material original; - cuando con este reemplazo no se obtenga una curva bien definida de relación humedad/densidad se debe determinar complementariamente la densidad máxima de acuerdo con la NCh1726 e informar ambos resultados. 4

7 7 Tamaño de la muestra de ensayo NCh1534/2 Del material preparado según el capítulo 5, obtener un tamaño de muestra de ensayo de acuerdo con la tabla 2. Tabla 2 - Tamaño de la muestra de ensayo Molde mm Método Masa mínima de la muestra g Masa aproximada de fracción de muestra para cada determinación g 100 A y C B y D Acondicionamiento de la muestra de ensayo 8.1 Homogeneizar el material de la muestra de ensayo y separar en cinco fracciones del tamaño indicado en la tabla Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las cinco fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí y que se distribuyan alrededor de la humedad óptima (w o ) 8.3 Curar cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. NOTA - En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor de 24 h. En suelos de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y, en ciertos casos, puede eliminarse. 9 Ensayo 9.1 Colocar el molde con su collar sobre una base firme, plana y horizontal (tal como la provista por un cubo o cilindro de hormigón de 90 kg o más). 9.2 Llenar el molde con una de las fracciones de muestra como sigue: a) colocar una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde más el collar; b) compactar la capa con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm (métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (métodos B y D); y c) repetir cuatro veces las operaciones a) y b) escarificando ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde. 5

8 9.3 En seguida de compactar, retirar el collar y enrasar cuidadosamente con la regla al nivel del borde del molde. Los agujeros superficiales, resultantes de la remoción de partículas gruesas en el enrasado, deben retaparse con material más fino. 9.4 Pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde determinando la masa de suelo compactado que llena el molde (m). Registrar aproximando a 1 g. 9.5 Determinar la densidad húmeda del suelo compactado (ρ h ) dividiendo la masa de suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica del molde: m P h = V Registrar aproximando a 0,01 g/cm 3 (0,01 kg/!). 9.6 Retirar el material del molde y extraer dos muestras representativas del suelo compactado. Colocar en recipientes herméticos y efectuar dos determinaciones de humedad de acuerdo con la NCh1515. Registrar el promedio de ambas determinaciones como humedad del suelo compactado ( w ). 9.7 Repetir las operaciones 9.2 a 9.6 con cada una de las fracciones restantes hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco determinaciones. El ensayo se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda. 10 Expresión de resultados 10.1 Densidad seca Calcular la densidad seca del suelo compactado para cada determinación de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando a 0,01 g/cm 3 (0,01 kg/!): en que: 100ρ h ρ = d w ρ d = densidad seca del suelo compactado, g/cm 3 (kg/!); ρ h = densidad húmeda del suelo compactado, g/cm 3 (kg/!); w = humedad del suelo compactado, %. 6

9 10.2 Relación humedad/densidad Construir un gráfico con la densidad seca del suelo compactado como ordenada y la humedad como abscisa. NOTA - Se recomienda incluir en el gráfico la curva paramétrica correspondiente al 100% de saturación para la densidad de partículas sólidas del suelo ensayado, determinada según la NCh Registrar los puntos correspondientes a cada determinación y construir una curva conectando dichos puntos Expresar la humedad óptima (w o ) como la correspondiente al punto máximo de la curva Expresar la densidad seca máxima ( Pd máx.) como la correspondiente a la humedad óptima. 11 Informe El Informe debe incluir lo siguiente: a) método empleado (modificado A, B, C o D); b) humedad óptima; c) densidad seca máxima; d) en método C y D indicar el % de material retenido en 20 mm y su descarte o reemplazo; e) cualquier información específica respecto al ensayo o al suelo en estudio; f) la referencia a esta norma. 7

10 Dimensiones en mm Figura 1 - Molde de 100 mm de diámetro nominal 8

11 Dimensiones en mm Figura 2 - Molde de 150 mm de diámetro nominal 9

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13 NORMA CHILENA OFICIAL NCh 1534/2.Of79 I N S T I T U T O N A C I O N A L D E N O R M A L I Z A C I O N! I N N - C H I L E Mecánica de suelos - Relaciones humedad/densidad - Parte 2: Métodos de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída Soil mechanics - Moisture density relations - Part 2: Compaction methods with 4,5 kg rammer and 460 mm drop Primera edición : 1979 Reimpresión : 1999 Descriptores: CIN mecánica de suelos, suelos, ensayos de suelos, ensayos de compactación de suelos COPYRIGHT 1979 : INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION - INN * Prohibida reproducción y venta * Dirección : Matías Cousiño Nº 64, 6º Piso, Santiago, Chile Casilla : 995 Santiago 1 - Chile Teléfonos : +(56 2) Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) Telefax : +(56 2) Centro de Documentación y Venta de Normas (5º Piso) : +(56 2) Web : Miembro de : ISO (International Organization for Standardization) COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas)