E - 146 - 1 DETERMINACION DE LA DENSIDAD Y HUMEDAD DE EQUILIBRIO I.N.V. E - 146

1.

OBJETO

Existe dependencia del grado de compactación alcanzado por los suelos, con el contenido de humedad y la magnitud del trabajo mecánico aplicado. Los ensayos de compactación que permiten poner en evidencia la relación entre estas variables, son empíricos y su técnica está normalizada, para obtener resultados reproducibles que permitan fijar límites de referencia y juzgar así la eficiencia de un proceso de compactación en las obras. Esta Norma establece los procedimientos prácticos a seguir, para determinar experimentalmente la Densidad de Equilibrio y la Humedad correspondiente. 2.

DEFINICIONES

2.1 Densidad de Equilibrio (⌠ A ).- Es el peso unitario seco, que a través del tiempo logra el material sometido a las condiciones normales de servicio (tránsito), sea por densificación debida a las cargas, o por aumento de volumen debido a la succión de agua. 2.2 Humedad de Equilibrio (w A ).- Es aquella que se tendrá bajo la estructura, una vez que el flujo de agua haya cesado, es decir, bajo una condición estática de flujo. Es el porcentaje de humedad con el que conviene realizar los trabajos de compactación. 2.3 Peso Unitario Seco Denso (⌠ d ).- Es el peso unitario seco máximo que puede alcanzar el material que se compacta con energía de compactación aproximada a la del ensayo INV E-142 (Proctor Modificado). 2.4 Peso Unitario Seco Suelto (⌠ L ).- Es el peso unitario seco, del material, cuando las partículas están en leve contacto entre sí. En suelos cohesivos, es el peso unitario del material en el estado que corresponde al límite líquido (LL) y en los suelos arenosos es el peso unitario determinado directamente de la relación Peso/Volumen. 2.5 Razón de Compactación (RC).- Es una relación existente entre el peso unitario de servicio o real de la subrasante en equilibrio, que se denomina ⌠ A , y

E - 146 - 2 los dos valores extremos de peso unitario: el peso unitario seco suelto ⌠ L y el peso unitario seco denso ⌠ d . Se calcula de la siguiente forma: ⌠A - ⌠L RC = ⌠d - ⌠L RC = cero (0), cuando ⌠ A = ⌠ L RC = uno (1), cuando ⌠ A = ⌠ d

Por lo tanto, y

3.

EQUIPO

El equipo utilizado es el correspondiente a otros ensayos, a saber: a)

Equipo para determinar el límite líquido (LL).

b)

Equipo para determinar el peso específico aparente.

c)

Elementos para determinar el peso unitario seco suelto: -

Recipiente cilíndrico de aproximadamente cinco (5) dm 3 (litros) de capacidad, construido con material indeformable.

-

Varilla de acero, con punta roma, de 15.8 mm (5/8") de diámetro y 300 ó 400 mm (12 ó 16") de largo.

d)

Tamices para granulometría, de 4.75 mm (No.4) y 425 µm, (No.40).

e)

Equipo de compactación del ensayo INV E-142 (Proctor Modificado).

4.

PROCEDIMIENTO

El procedimiento incluye la determinación de los resultados de los siguientes ensayos: 4.1

Límite Líquido (LL).- Se lleva a cabo de acuerdo a la Norma INV E-126.

4.2 Granulometría.- Se requiere conocer los porcentajes de material que pasa los tamices de 4.75 mm (No.4) y de 425 µm (No.40).

E - 146 - 3

4.3 Ensayo de compactación.- Se ejecuta teniendo en cuenta las siguientes características: molde de 152.4 mm (6") de diámetro y 114.3 mm (4.5") de altura, capacidad de 2124 cm 3 (1/13.33 pie 3 ), Norma INV E-142 (Próctor Modificado); pisón de 4.54 kg (10 lb) de peso, de 450 mm (18") de caída, con guía; collar de 60 mm (2 3 / 8 "); cinco (5) capas, con 56 golpes cada una. 4.4 Pesos específicos aparentes (Gb).- Se denominan y determinan los pesos específicos aparentes de los agregados grueso, intermedio y fino, según la gradación, así: Denominación

Pasa Tamiz

Retenido en tamiz

Método

Gbg

-

4.75 mm (No.4)

INV E-215

Gbi

4.75 mm (No.4)

425 µm (No.40)

INV E-214

Gbf

425 µm (No.40)

-

INV E-120

Calcúlese el peso específico aparente medio (Gbm) en la siguiente forma: a x Gbg + b x Gbi + c x Gbf Gbm = 100 Siendo a= b= c=

Porcentaje retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4) Porcentaje que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) y es retenido en el tamiz de 425 µm (No.40) Porcentaje que pasa el tamiz de 425 µm (No.40).

Nota 1: Los valores del peso específico aparente obtenidos deben guardar la siguiente relación: Gbg < Gbi < Gbf Puede prescindirse de la determinación de Gbi, estableciendo: Gbi = ( Gbg + Gbf ) / 2 El error que puede cometerse es de muy poca incidencia e influye menos en el cálculo de ⌠ L , que el error que puede cometerse en la determinación del límite líquido.

E - 146 - 4

4.5

Peso unitario seco suelto.- Se consideran tres casos:

a)Si el IP es igual o mayor de 10, se deduce en función del límite líquido, de la granulometría y del peso específico aparente medio (Gbm) en la siguiente forma: Se corrige el valor del límite líquido en función del valor c, (c = porcentaje que pasa por el tamiz de 425 µm (No.40)), así: Límite Líquido corregido (LL')

LL x c = 100

El valor del peso unitario seco suelto (⌠ L ) se calcula con la fórmula: ⌠L = b)

100 100/Gbm + LL'

Si el IP es menor de 5 se determina experimentalmente en la forma que se describe a continuación. Se llena el recipiente (numeral 3.c)), con el material completamente seco, colocándolo en 3 capas, compactadas con 25 golpes dados con la varilla especificada. Se enrasa y se pesa. ⌠L = P / V Siendo P = Peso del material que llena el recipiente. V = Volumen del mismo. Se toma el promedio de tres o cuatro determinaciones.

c)

Si el IP está comprendido entre 5 y 10, se determina el peso unitario seco suelto aplicando las dos alternativas anteriores, adoptando el valor de ⌠ L que arroje el menor valor para la densidad de equilibrio, ⌠ A , calculada como se indica más adelante.

E - 146 - 5 5

CALCULOS

5.1 Se calcula la Razón de Compactación en servicio de cualquier suelo cohesivo, con base a los valores experimentales de la fracción que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) y el límite líquido, mediante la fórmula: Log LL' - 0.64 RC = 1 4.4 5.2 Calculo de la densidad de equilibrio (⌠ A ).- Reemplazando este valor en la fórmula dada en el numeral 2.5 se tiene: ⌠A - ⌠L

Log LL' - 0.64 = RC = 1 -

⌠d - ⌠L

4.4

despejando, la Densidad de Equilibrio se calcula: Log LL' - 0.64 ⌠A =

(⌠ d - ⌠ L ) + ⌠ L

14.4

⌠A =

RC (⌠ d - ⌠ L ) + ⌠ L

5.3 Cálculo de la humedad de equilibrio (w A ).- La humedad de equilibrio (w A ) se calcula de la siguiente manera: Se dibuja la curva de compactación de peso unitario denso y humedad óptima, y sobre esta gráfica se traza la curva de cero porcentaje (0%) de vacíos de aire, del suelo en estudio. Por el punto de coordenadas ⌠ d , óptima, se traza una paralela a la curva de 0% vacíos, hasta cortar la ordenada correspondiente a Pk. Este punto será el valor buscado w A . El procedimiento anterior hace pensar, que la idea es pretender que el suelo en estado de equilibrio, tiene el mismo porcentaje de vacíos de aire que el suelo en estado denso. La demostración de lo anterior lleva a la ecuación: 100 wA =

100 -

⌠A

+ w opt

⌠d

E - 146 - 6 donde: w opt = Humedad óptima del ensayo de compactación.-

6.

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

YN E-24-68 SEOP, Dirección Nacional de Vialidad, Ministerio de Obras Publicas, Argentina.