RELACIONES HUMEDAD-MASA UNITARIA DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO I.N.V. E – 806 – 07

1.

OBJETO 1.1

Estos métodos se refieren a la determinación de la relación entre la humedad y la masa unitaria de mezclas de suelo-cemento cuando se compactan del modo que se prescribe y antes de que ocurra la hidratación del cemento.

1.2

Se emplean para la compactación, un molde de 944 cm3 (1/30 pie3 ) y un martillo de 2.50 kg (5.5 lbs) que cae desde una altura de 305 mm (12"), pero se siguen dos métodos de acuerdo con la granulometría del material:

1.2.1

Método A , para muestras de suelo que pasan por el tamiz de 4.75 mm (No.4). Se deberá emplear este método cuando el 100% de la muestra del suelo pasa el mencionado tamiz (Véase las Secciones 3 y 4).

1.2.2

Método B, para muestras de suelo que pasan un tamiz de 19.0 mm (3/4").- se deberá emplear este método cuando parte del suelo queda retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4) (Véase las Secciones 5 y 6).

1.3

Este método de ensayo se aplica a mezclas de suelo cemento que tienen 30% o menos de suelo retenido en el tamiz de 19.0 mm (3/4") cuando se emplea el método B. El material retenido en este tamiz se definirá como partículas de sobretamaño (partículas gruesas).

2.

EQUIPO 2.1

Molde – Deberá ser cilíndrico de paredes sólidas, fabricado con metal y con las dimensiones y capacidades mostradas en la Figura 1. Deberá tener un collar ajustable de aproximadamente 60 mm (2 3/8") de altura, que permita la preparación de especímenes compactados de mezclas de suelo cemento de la altura y volumen deseado. El conjunto del molde y del collar deberá estar construido de tal manera que se pueda ajustar firmemente a una placa hecha del mismo material. Su diámetro será de 101.6 mm (4") y debe ser semejante al del ensayo INV E-141 (Ensayo Normal). El molde deberá tener una ca pacidad de 0.000943 ± 0.000008 m3 (1/30 (0.0333) ± 0.0003 pie 3 ) con un diámetro interno de 101.60 ± 0.41mm (4.000 ± 0.016”) y una altura de 116.43 ± 0.13mm (4.584 ± 0.005”). Nota 1.- Se pueden emplear distintos tipos de molde, pero con la capacidad estip ulada aquí, si al correlacionarse con los de los moldes de pared sólida, para diferentes clases de suelo, se obtienen los mismos resultados de relación humedad-masa unitaria. Se deberán mantener disponibles los registros de dicha correlación para el caso en que se desee efectuar una inspección.

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2.2

Martillo:

2.2.1

Operado manualmente – Martillo de metal con una masa de 2.495 ± 0.009kg (5.5 ± 0.02lb), que tenga una cara plana circular de 50.80mm (2.000”) de diámetro con una tolerancia de fabricación de ±0.25mm (0.01 ”). El diámetro en servicio de la cara plana circular no deberá ser menor a 50.42mm (1.985”). El martillo deberá estar equipado con una manga guía para controlar la altura de caída a una caída libre de 305mm ± 2mm (12.00 ± 0.06”) por encima de la elevación del suelo. La manga guía deberá tener al menos cuatro agujeros para ventilación, con diámetro no menor a 9.5mm (3/8”) espaciados aproximadamente 90 grados (1.57 radio) y aproximadamente 19mm (3/4”) desde cada extremo; y deberá suministrar suficiente espac io de tal forma que la caída libre del eje y cabeza del martillo no sea restringida.

2.2.2

Operado mecánicamente – Un martillo de metal que es equipado con un dispositivo para controlar la caída a una caída libre de 305 ± 2mm (12.00 ± 0.06”) por encima de la elevación del suelo y que distribuye uniformemente estas caídas sobre la superficie del suelo (Nota 2). El martillo deberá tener una masa de 2.495 ± 0.009kg (5.5 ± 0.02lb), y tener una cara plana circular de 50.80mm (2.000”) de diámetro con una tolerancia de fabricación de ±0.25mm (0.01”). El diámetro en servicio de la cara plana circular no deberá ser menor a 50.42mm (1.985”). Nota 2. - El martillo mecánico se deberá calibrar con diferentes mezclas de suelo -cemento y su masa se ajustará, si fuere necesario, para que dé los mismos resultados de humedad-masa unitaria que los obtenidos con martillos de operación manual. No es práctico calibrar el aparato mecánico en cada caída del martillo como el operado manualmente. Para efectuar el ajuste de la caída libre, la porción del material suelto que recibe los golpes iniciales se deberá comprimir para establecer el punto del impacto a partir del cual se determina la caída de 305 mm (12"). Los golpes siguientes sobre esta capa se pueden aplicar dejando caer el martillo desde una altura de 305 mm (12") por encima de la altura inicial de asentamiento o, cuando el aparato mecánico está diseñado con un ajuste de una altura para cada golpe, todos los golpes subsiguientes deberán tener una caída libre para el martillo de 305 mm (12"), medidos a partir de la altura del suelo compactado por el golpe previo.

2.2.3

Cara del martillo – Se deberá emplear el martillo con cara circular, pero se podrá emplear como alternativa, uno con cara de sector circular, el cual deberá tener un área ig ual a la de la cara circular. En el informe se indicará el tipo de cara usada cuando es diferente a la circular de 50.8 mm (2") de diámetro.

2.3

Extractor de muestras – Un gato, extractor, u otro dispositivo adecuado para sacar las muestras compactas del molde. No se necesita cuando se utilizan moldes de tipo partido.

2.4

Balanzas y básculas – Una balanza de capacidad de por lo menos 11.3 kg (25 lb) con precisión de 5 g (0.01 lb); y una balanza de al menos 1000 g de capacidad, con precisión de 0.1 g.

2.5

Horno – U n horno termostáticamente controlado, que pueda mantener una temperatura de 110° ± 5° C (230° ± 9° F).

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NOTAS: 1. Todas las dimensiones en mm. 2. La barra de suspensión sobre la porción del molde no puede extenderse por arriba de la linea de altura media.

Figura 1. Molde cilíndrico y Placa base (molde de 101.6 mm)

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2.6

Regla metálica – Una regla de acero endurecido, al menos de 254 mm (10") de largo; deberá tener un borde biselado y una cara plana en sentido longitudinal con una tolerancia del 0.1%, 0.250mm por 250mm (0.01” por 10”) dentro de la porción empleada para enrasar el suelo (Nota 3). Nota 3.- El borde biselado se podrá usar en el alisamiento final si se conserva dentro de una tolerancia del 0.1% (0.250 mm por 250 mm) de longitud; sin embargo, con el us o continuado, el borde cortante se podrá desgastar excesivamente en cuyo caso no sería adecuado para alisar el suelo hasta el nivel del molde. La regla no deberá ser tan flexible que cuando se alise el suelo con el borde cortante, proporcione una superficie cóncava en la muestra.

2.7

Tamices – De 75, 19.0 y 4.75 mm (3", 3/4", y No.4).

2.8

Herramientas para mezcla – Herramientas varias como cucharas, espátulas, cazuelas, o un dispositivo mecánico para mezclar las muestras de suelo con diferentes cantidades de agua .

2.9

Recipientes – Una cazuela plana, redonda para absorción de humedad para mezcla de suelo -cemento de alrededor de 300 mm (12") de diámetro y 50 mm (2") de profundidad.

2.10

Latas para humedad – Recipientes metálicos o de otro material, con tapa, para evitar la pérdida de humedad antes y durante el pesaje.

2.11

Cuchillo – De aproximadamente 250 mm (10") de longitud, para recortar la parte superior del espécimen.

MÉTODO A: EMPLEANDO MATERIAL QUE PASA TAMIZ DE 4.75 mm (No.4) 3.

MUESTRA 3.1

Se prepara la muestra para e nsayo disgregando los terrones del suelo para que pase el tamiz de 4.75 mm (No.4), pero de tal manera que se evite la reducción del tamaño natural de las partículas individuales. Cuando sea necesario, se seca primero la muestra hasta cuando sea friable con un palustre. El secamiento se puede hacer al aire o mediante el empleo de aparatos de calentamiento siempre y cuando la temperatura de la muestra no exceda de 60° C (140° F).

3.2

Se escoge una muestra representativa, que tenga una masa de aproximadamente 2. 7 kg (6 lbs) o más del suelo preparado, como se describió e n la Sección 3.1.

4.

PROCEDIMIENTO 4.1

Se agrega al suelo, de acuerdo con el diseño, la cantidad requerida de cemento. Se mezcla completamente hasta lograr un color uniforme. Cuando sea necesario, se a grega suficiente agua para humedecer la mezcla E 806 - 4

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aproximadamente con cuatro o seis puntos de porcentaje por debajo de la humedad óptima y se mezcla completamente. Con esta humedad, una muestra de suelos plásticos, exprimidos en la palma de la mano, formará una pasta que se fracturará con una ligera presión aplicada por el pulgar y las puntas de los dedos; los suelos no plásticos se abultarán notablemente. Cuando el suelo sea arcilloso de textura pesada, (grasa), la mezcla de suelo -cemento y agua se compactará dentro de la cazuela plana hasta tener un espesor más o menos de 50 mm (2"), empleando el martillo manual descrito en la Sección 2.2. 1 o un martillo similar. Se cubre, y se deja reposar la mezcla, por un período entre 5 y 10 minutos, para que haya dispersión de la humedad y permitir una absorción más completa. Después se disgrega completamente la mezcla, sin reducir el tamaño natural de las partículas, hasta que pase por el tamiz de 4.75 mm (No.4) y se vuelve a mezclar. 4.2

Se forma un espécimen compactando en el molde con el collar ajustado, usando la mezcla preparada de suelo cemento, en tres capas iguales, logrando una profundidad total compacta de alrededor de 130 mm (5"). Se compacta cada capa mediante 25 golpes del martillo uniformemente distribuidos cayendo libremente desde una altura de 305 mm (12”) por encima de la elevación aproximada del suelo compactado cuando se emplea un martillo de tipo montura fija. Durante la compactación, el molde se deberá apoyar firmemente sobre una fundación o base densa, uniforme, rígida y estable. Esta base deberá permanecer quieta durante el proceso de compactación. (Nota 4). Los golpes se deberán distribuir uniformemente sobre la superficie de la capa que se está compactando, y el molde deberá permanecer sobre una fundación uniforme y rígida (Nota 4). Después de la compactación, se remueve el collar de extensión, se recorta cuidadosamente la parte superior de la probeta por medio del cuchillo de borde recto y se determina la masa con aproximación a 0.005 kg (0.01 lb). Para moldes que se ajusten a las especificaciones dadas en la Sección 2.1, y masas en kilogramos, se multiplica la masa de la muestra compacta y del molde, menos la masa del molde, por 1060, y se registra el resultado como la densidad húmeda, W1, en kg/m3 , de suelo compacto. Para moldes que se a justen a las especificaciones dadas en la Sección 2.1, y masas en libras, se multiplica la masa de la muestra compactada y el molde, menos la masa del molde, por 30 y se registra el resultado como la densidad húmeda, W 1 , en lb/pie 3 , de suelo compacto. Nota 4.- Una base satisfactoria para apoyar el molde durante la compactación del suelo, puede ser un bloque de concreto con una masa mayor a de 90.2 kg (200 lb) soportado por una fundación relativamente estable, un piso sólido de concreto, y para el campo, superficies como las halladas en alcantarillas, puentes y pavimentos.

4.3

Se extrae la probeta del molde y se corta verticalmente a lo largo de su eje. Se toma una muestra representativa de una de las caras cortadas que tenga una masa de 100 g mínimo, de la altura completa de una de las caras cortadas secándola en un horno a 110 ° ± 5° C (230° ± 9° F) hasta masa constante. Se calcula la humedad y se anota el resultado como la humedad a la mezcla de suelo cemento compactado.

4.4

Se disgrega completamente la parte remanente del espécimen moldeado hasta que a simple vista se considere que el material pasa por el tamiz de 4.75 mm E 806 - 5

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(No.4) y se integra con la parte restante de la muestra que se está ensayando. Se agrega agua en suficiente cantidad para aumentar el contenido de humedad de la mezcla de suelo -cemento en uno o dos puntos de porcentaje, se mezcla y se repite el procedimiento dado en las Secciones 4.2 y 4.3 para cada incremento de agua. Se continúa esta serie de determinaciones hasta cuando haya una disminución o no haya cambio en la masa unitaria húmeda, W1 , por m³ (pie³) en kg/m³ de la mezcla de suelo-cemento compactada. N o t a 5.- En la mayoría de los casos este procedimiento ha sido hallado satisfactorio. Sin embargo, en casos en los cuales el material es de carácter frágil y se reduce significativamente el tamaño de las partículas, debido a la compactación, muestras diferentes y separadas se deberán emplear para cada determinación de humedad-masa unitaria. Nota 6.- Para minimizar el efecto de la hidratación del cemento, realice el ensayo rápida y continuamente hasta finalizar.

MÉTODO B : EMPLEANDO MATERIAL QUE PASA TAMIZ DE 19.00 mm (3/4") 5.

MUESTRA 5.1

Se prepara la mezcla para ensayo, separando el agregado retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4) y rompiendo los terrones del suelo restante, para que pasen por dicho tamiz, evitando reducir el tamaño natural de las partículas individuales. Cuando sea necesario, se seca la muestra hasta que sea friable con un palustre. El secamiento se puede hacer al aire o mediante el empleo de un aparato secador siempre y cuando la temperatura aplicada no exceda de 60° C (140° F).

5.2

Se pasa el suelo preparado, por los tamices de 75 mm (3"), 19.0 mm (3/4"), y 4.75 mm (No.4) y se descarta el mate rial retenido en el tamiz de 75 mm (3"). Se determina el porcentaje de material, por masa seca al horno, retenido en los tamices de 19.0 mm (3/4") y 4.75 mm (No.4). Se satura el agregado que pasa por el tamiz de 19.0 mm (3/4") y que queda retenido en el de 4.75 mm (No.4), empapándolo en agua potable; se seca la superficie como sea requerido para ensayos posteriores. Nota 7.- La mayoría de especificaciones de construcción de suelo-cemento que cubren la granulometría del suelo limitan el tamaño máximo del material a 75 mm (3") o menos.

5.3

Se escogen y se mantienen separadamente muestras representativas del suelo que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) y de agregado saturado con superficie seca, que pasan el tamiz de 19.0 mm (3/4") y que quedan retenidos en el de 4. 75 mm (No.4), de manera que la mezcla total tenga una masa aproximada de 4.99 kg (11 lbs) o más. El porcentaje, en masa secada al horno, del agregado que pasa tamiz de 19.0 mm (3/4") y que queda retenido en el de 4.75 mm (No.4) deberá ser el mismo que el porcentaje que pasa tamiz de 75 mm (3") y que queda retenido en el de 4.75 mm (No.4) de la muestra original. Una vez hecho el reemplazo respectivo, se unen las porciones separadas formando la mezcla total.

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6.

PROCEDIMIENTO 6.1

Se agrega el cemento, a la porción de la muestra de suelo que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4), en la cantidad requerida, según diseño, por la mezcla total especificada en la Sección 5.3. Se mezcla completamente hasta llegar a un color uniforme. Cuando sea necesario, se agrega agua a esta me zcla de suelocemento y se facilita la dispersión de la humedad como se describe en la Sección 4.1 del Método A. Después de esta preparación se adiciona el agregado saturado con superficie seca, a la mezcla de suelo cemento que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) y se mezcla completamente.

6.2

Se forma un espécimen, compactando la mezcla del suelo -cemento preparada, en el molde con el collar colocado; se recorta y se determina la masa del espécimen compactado como se describe en la Sección 4.2 para el Método A. D urante la operación de recorte se remueven todas las partículas que sobresalgan por encima del nivel superior del molde. Se corrigen todas las irregularidades en la superficie apisonando a mano material fino dentro de dichas irregularidades y nivelando nue vamente el espécimen con el cuchillo de borde recto.

6.3

Se remueve el material del molde y se toma una muestra para determinar la humedad, como se describe en la Sección 4.3 para el Método A, excepto que esta muestra no deberá tener una masa menor a 500 g. Se registra el resultado como la humedad w, de la mezcla de suelo-cemento compactado.

6.4

Se rompe completamente el material como antes, hasta que a simple vista se considere que pasa un tamiz de 19.0 mm (3/4") y que un mínimo del 90% de las partículas menores de 4.75 mm (No.4) pasan el tamiz de 4.75 mm (No.4), y se agrega todo el material remanente después de obtener la humedad de la muestra. Se adiciona agua suficiente para aumentar la humedad de la mezcla de suelo-cemento en uno o dos puntos de porcentaje, se mezcla y repite el procedimiento descrito en las Secciones 6.2 y 6.3, por cada incremento de agua. Se continúan esta serie de determinaciones, hasta cuando haya una disminución o no haya cambio en la masa húmeda, W1 , por m³ (pie³ ) de la mezcla compactada de suelo -cemento (Ver Nota 5).

7.

CÁLCULOS: MÉTODOS A Y B 7.1

Se calcula la humedad y la masa unitaria seca en kg/m³ de mezcla de suelocemento compactado para cada prueba en la siguiente forma:

w =

W =

A−B × 100 B−C

W1 × 100 w + 100

donde:

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w = porcentaje de humedad en la muestra, basado en la masa seca al horno del suelo cemento, A = masa del recipiente para humedad y del suelo-cemento húmedo, B = masa del recipiente para humedad y del suelo-cemento seco en horno, C = masa del recipiente para humedad, W = masa unitaria seca en kg/m³ (lb/pie ³) del suelo-cemento compactado, y W 1 = masa unitaria húmeda en kg/m 3 (lb/pie 3 ) del suelo compactado.

8.

RELACIONES DE HUMEDAD - DENSIDAD 8.1

Los cálculos de la Sección 7 se deberán hacer para determinar la humedad y la correspondiente masa unitaria seca al horno (densidad) en kg/m³ (lb/pie 3 ) para cada una de las muestras de suelo -cemento compactado. Las densidades secas al horno (masas unitarias) en kg/m³ de mezcla de suelo-cemento se dibujarán como ordenadas y las humedades correspondientes, como abscisas.

8.2

Humedad óptima – Cuando se hayan determinado las densidades y las correspondientes humedades, como se indica en la Sección 8.1, se dibujará una curva que una los puntos correspondientes con una línea suave. La hu medad que corresponda al pico de la curva se denomina "humedad óptima" de la mezcla de suelo-cemento bajo la compactación prescrita en estos métodos.

8.3

Densidad máxima – La densidad seca al horno, en kg/m³ (lb/pie³ ) de la mezcla de suelo-cemento que corresponda al contenido de humedad óptimo se llamará densidad máxima bajo la compactación prescrita en este método.

9.

INFORME El informe debe incluir lo siguiente:

10.

9.1

El contenido de humedad óptimo

9.2

La densidad máxima

9.3

El método utilizado

9.4

Tipo de martillo, si se utiliza uno diferente al circular de 50.8mm (2”).

NORMAS DE REFERENCIA AASHTO

T 134 – 05

ASTM

D 558

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