MTC E 1104

MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES (EM 2000)
HUMEDECIMIENTO Y SECADO DE MEZCLAS DE SUELO-CEMENTO
COMPACTADAS
MTC E 1104 – 2000
Este Modo Operativo está basado en las Normas ASTM D 559 y AASHTO T 135, las mismas que se han adaptado al nivel de implementación y a las condiciones propias
de nuestra realidad. Cabe indicar que este Modo Operativo está sujeto a revisión y actualización continua.
Este Modo Operativo no propone los requisitos concernientes a seguridad. Es responsabilidad del Usuario establecer las cláusulas de seguridad y salubridad
correspondientes, y determinar además las obligaciones de su uso e interpretación.
1. OBJETIVO
1.1 Se refieren estos métodos de ensayo a procedimientos para determinar las pérdidas del suelocemento, los cambios de humedad y de volumen (expansión y contracción) producidos por el
humedecimiento y secado repetido de especimenes endurecidos de suelo-cemento. Estos
especímenes son compactados en un molde, antes de la hidratación del cemento, hasta peso unitario
máximo con el contenido óptimo de humedad, empleando los procedimientos de compactación
descritos en el ensayo para la determinación de las relaciones humedad-peso unitario de mezclas de
suelo-cemento, norma sobre “Relación Humedad – P. Unitario de mezclas de suelo – cemento”.
1.2 Se señalan dos métodos según la granulometría del suelo, para la preparación del material para
moldear los especímenes, aplicando los mismos criterios de los métodos A y B del ensayo de la
norma citada.
2. EQUIPOS
2.1 Para el presente ensayo se utilizan los mismos equipos requeridos por la norma mencionada
(véase Figura 1). Además, se necesitan los que se describen a continuación.
2.2 Una Estufa termostáticamente controlada que pueda mantener temperaturas de 71 ºC ± 3 ºC (160
± 5 ºF) para secado de los especímenes compactados.
2.3 Cámara húmeda. Una cámara húmeda o un recipiente cubierto que pueda mantener una
temperatura de 21 ± 1.7ºC (70 ± 3ºF) con una humedad relativa del 100% para un almacenamiento de
7 días de los especímenes compactados.
2.4 Baño de agua. Cantidad adecuada para sumergir especímenes compactados en el agua a la
temperatura ambiente.
2.5 Cepillo de cerdas de alambre. Un cepillo de cerdas de alambre calibre 20 de 50 por 1.6 mm (2"
por 1/16") compuesto por 50 grupos de 10 cerdas cada una y montados para que formen 5 filas
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longitudinales y 10 filas transversales de cerdas sobre un bloque de madera dura de 191 por 64 mm
(7½ por 2½").
.
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2.6 Escantillón. De acero para nivelar el plano liso de la primera y segunda capa del espécimen.
2.7 Dispositivo de medida. Un dispositivo adecuado para la medición precisa de las alturas y
diámetros de los especímenes de ensayo con aproximación de 0.25 mm (0.01").
2.8 Bandejas y soportes adecuados para el manejo de materiales.
2.9 Una probeta de vidrio con 250 ml de capacidad para medir agua
MÉTODO A, EMPLEANDO MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ DE 4.75 mm (No. 4)
3. PREPARACIÓN DEL MATERIAL PARA EL MOLDEO DE ESPECIMENES
3.1 Prepárense las muestras de suelo de acuerdo con los procedimientos descritos en el Método A
del ensayo para las relaciones de humedad - peso unitario de mezclas de suelo-cemento.
3.2 Escójase una cantidad suficiente de suelo preparado como se indicó en el numeral 3.1 para
proporcionar dos muestras compactadas (Nota 1) y las muestras requeridas para determinación de la
humedad.
Nota 1. Usualmente, solo un espécimen (identificado con el No. 2) se necesita para ensayos de
rutina el otro espécimen (identificado con el No. 1) se emplea para investigaciones y ensayos
de suelos poco usuales.
3.3 Agréguese al suelo de acuerdo con el diseño, la cantidad requerida de cemento. Mézclese
completamente, hasta lograr un color uniforme.
3.4 Agréguese suficiente agua para llevar la mezcla a su contenido óptimo de humedad en el
momento de la compactación y mézclese completamente. Cuando el suelo que se emplea sea de
textura arcillosa pesada (grasa), compáctese la mezcla de suelo, cemento y agua en la cacerola
plana hasta tener un espesor de alrededor de 50 mm (2") empleando el pisón del ensayo Próctor
estándar o un martillo de mano similar; cúbrase y déjese en reposo entre 5 y 10 minutos para que
haya dispersión de la humedad y permitir una absorción más completa.
Después, disgréguese completamente la mezcla, sin reducir el tamaño natural de las partículas, hasta
cuando a simple vista se note que pase por el tamiz 4.75 mm (No. 4) y vuélvase a mezclar.
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4. MOLDEO DE ESPECÍMENES
4.1 Fórmese un espécimen compactando la mezcla de suelo-cemento en el molde (con el collar
ajustado) y recórtese la superficie del espécimen de acuerdo con el Método A de la norma
mencionada; adicionalmente, escarifíquense las partes superiores de la primera y segunda capa para
romper planos lisos de compactación, antes de colocar y compactar las capas subsiguientes. Esta
escarificación deberá formar ranuras en ángulos rectos una de otra de aproximadamente 3.2 mm
(1/8") de ancho, 3.2 mm (1/8") de profundidad y de 6.4 mm (1/4") de separación. Durante la
compactación tómese de una bachada una muestra representativa de la mezcla de suelo cemento,
que no pese menos de 100 gramos, pésese inmediatamente y séquese en el horno a 110 ± 5ºC (230
± 9 ºF) por lo menos durante 12 horas o hasta peso constante. Calcúlese el porcentaje de humedad
como se prescribe en la norma mencionada para comprobar que está en el óptimo.
4.2 Pésense el espécimen compactado y el molde, extráigase el espécimen del molde y calcúlese el
peso secado al horno de cada espécimen en kg / m3 (libras por pie cúbico), para comprobar el peso
unitario del diseño.
4.3 Identifíquese el espécimen con un membrete metálico (u otro dispositivo adecuado) como No. 1
(Nota l), juntamente con otras marcas de identificación necesarias y empléense para obtener datos
sobre cambios de humedad y de volumen durante el ensayo.
4.4 Hágase un segundo espécimen tan rápidamente como sea posible y determínese el porcentaje de
humedad y el peso unitario secado al horno como se describió en los numerales 4.1 y 4.2.
Identifíquese este espécimen como el No. 2 conjuntamente con otras marcas de identificación
necesarias y empléese para obtener datos sobre las pérdidas del suelo cemento durante el ensayo.
4.5 Determínese el diámetro y la altura promedio del espécimen No. 1 y calcúlese su volumen.
4.6 Colóquense los especímenes en dispositivos adecuados en la cámara húmeda y protéjanse del
agua libre durante un período de 7 días. Pésese y mídase el espécimen No. 1 al final del
almacenamiento de 7 días para obtener datos para el cálculo de su contenido de humedad y del
volumen (Nota 2).
Nota 2. Es importante que todas las medidas de altura y diámetro se hagan con aproximación
de 0.25 mm (0.01 ") y que sean tomadas en los mismos puntos sobre el espécimen en todo
momento.
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5 . PROCEDIMIENTO
5.1 Al final del período de almacenamiento en la cámara húmeda, sumérjanse los especímenes en
agua, a temperatura ambiente durante un período de 5 horas. Luego, pésese y mídase el espécimen
No. 1 (cambio de volumen y humedad del espécimen).
5.2 Colóquense ambos especímenes en la estufa a 71 ± 3 ºC (160 ± 5 ºF) durante 42 oras y
remuévanse. Pésese y mídase el espécimen No. 1. Dense dos pasadas firmes al espécimen No. 2
(espécimen para la pérdida de suelo-cemento) sobre toda su área, con el cepillo de alambre. El
cepillo deberá mantenerse con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal del espécimen o paralelo
a los bordes, como sea necesario, para cubrir toda su superficie. Aplíquense esas pasadas con un
golpe firme que corresponda aproximadamente a 13.3 N (3 lbf) (Nota 5). Se requerirán de 18 a
20.Manual de pasadas verticales con el cepillo para cubrir los lados del espécimen y cuatro pasadas
sobre cada extremo.
Nota 3. Esta presión se mide de la siguiente forma: colóquese el espécimen en la posición
vertical sobre el borde de una balanza de plataforma y póngase la balanza en cero. Aplíquense
los golpes de cepillado verticales al espécimen y nótese la fuerza para registrar
aproximadamente 13.3 N (3 lb).
5.3 Los procedimientos descritos en los numerales 5.1 y 5.2 constituyen un ciclo (48 horas) de
humedecimiento y secado. Sumérjase de nuevo el espécimen en agua y continúese el procedimiento
durante 12 ciclos (Nota 4). El espécimen No. 1 podrá descontinuarse antes de los 12 ciclos si las
medidas llegan a hacerse imprecisas debido a pérdidas de suelo-cemento del espécimen (Nota 5).
Nota 4. Cuando se efectúan investigaciones o estudios especiales, las determinaciones del
peso del espécimen No. 2 antes y después del cepillado se hace generalmente al final de cada
ciclo.
Nota 5. Si no es posible correr ciclos continuamente a causa de domingos, fiestas o por
cualquier otra razón, manténgase el espécimen en el horno, durante el tiempo de receso, si
fuere posible.
5.4 Después de los 12 ciclos de ensayo, séquense los especímenes a una temperatura de 110 ± 5 ºC
(230 ± 9 ºF) en horno, hasta obtener un peso constante.
5.5 Los datos recogidos permitirán cálculos de cambios de volumen y peso unitario del espécimen
No. 1 así como las pérdidas de suelo-cemento del espécimen No. 2 después de los ciclos de ensayo.
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MÉTODO B. EMPLEANDO MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ.DE 19.0 mm (3/4")
6. PREPARACIONES DEL MATERIAL PARA EL MOLDEO DE ESPECÍMENES
6.1 Prepárese la muestra de suelo de acuerdo con el Método B de la norma citada, del ensayo para
las relaciones de humedad-peso unitario de mezclas de suelo-cemento.
6.2 Escójanse y manténganse separadamente muestras representativas de suelo que pasa tamiz de
4.75 mm (No. 4) y de agregado saturado con superficie seca que pasa tamiz de 19 mm (3/4") y queda
retenido en el de 4.75 mm (No. 4), de manera que la muestra total sea suficiente para proporcionar
(véase la Nota 1) dos (2) especimenes compactados mas las muestras requeridas para determinación
de la humedad. El porcentaje en peso secado al horno, del agregado que pasa el tamiz de 19.00 mm
(3/4") y que queda retenido en el de 4.75 mm (No. 4) deberá ser el mismo que el porcentaje que pasa
el tamiz de 75 mm (3") que queda retenido en el de 4.75 mm (No. 4) de la muestra original. Una vez
efectuado el reemplazo requerido, únanse las porciones, formando la mezcla total.
6.3 Agréguese a la porción de muestra que pasa tamiz de 4.75 mm (No. 4), la cantidad de cemento,
requerida según diseño, para la muestra total especificada en el numeral 6.2. Mézclese ambos hasta
lograr un color uniforme.
6.4 Agréguese agua suficiente para llevar la mezcla total de suelo-cemento hasta su contenido
óptimo de humedad en el momento de la compactación, facilitándose la dispersión de humedad como
se prescribe para el Método A, en el numeral 3.4.
6.5 Después de preparada la mezcla como se describió en los numerales 6.1 a 6.4, agréguese a la
mezcla el agregado grueso saturado, con superficie seca, y mézclese completamente.
7. ESPECIMENES MOLDEADOS
7.1 Fórmese un espécimen compactando la mezcla de suelo-cemento en el molde (con el collar
ajustado) y recórtese la superficie del espécimen, de acuerdo con el Método B de la norma
mencionada, pero clavando repetidamente un cuchillo doméstico en cada capa colocada, antes de
ser compactada, a fin de obtener una distribución uniforme del material retenido en el tamiz de 4.75
mm (No. 4) y escarificando la parte superior de la primera y segunda capa como se describe en el
numeral 4.1 del Método A. Durante la compactación, tómese de una bachada una muestra
representativa de suelo-cemento que no pese menos de 500 g, pésese inmediatamente y séquese en
un horno a 110 ± 5 ºC (230 ± 9 ºF) por un mínimo de 2 horas o hasta peso constante, para determinar
la humedad de ensayo y comprobar la humedad de diseño. Fórmese, tan rápidamente como sea
posible un segundo espécimen, de la misma manera que el primero.
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7.2 Pésese cada espécimen compactado para verificar la densidad de diseño identifíquese y mídase
el espécimen No. 1 (Nota 1), colóquese en el cuarto húmedo, y mídase de nuevo el espécimen Nº 1
al final del período de almacenamiento de 7 días, como se describe en los numerales 4.2 a 4.6.
(Nota 2).
8. PROCEDIMIENTO
8.1 Procédase como se indicó en el numeral 5, Método A.
CÁLCULOS E INFORME
9. CÁLCULOS
9.1 Calcúlense los cambios de volumen y humedad y las pérdidas de los especímenes, en la
siguiente forma:
•
Calcúlese la diferencia entre el volumen del espécimen No. 1 en el momento del moldeo y los
volúmenes subsiguientes como un porcentaje del volumen original.
•
Calcúlese el contenido de humedad del espécimen No. 1 en el momento del moldeo y los
subsiguientes contenidos de humedad como un porcentaje del peso del espécimen original
secado en el horno.
•
Corríjase el peso seco al horno del espécimen Nº 2 obtenido en 5.4, por el agua que ha
reaccionado con el cemento y el suelo durante el ensayo, así:
Peso seco al horno corregido = (A/B) x 100
Donde:
A
=
Peso secado al horno a 110 ºC (230 ºF).
B
=
Porcentaje de agua retenida en el espécimen + 100.
El porcentaje de agua retenida en el espécimen No. 2 después de secamiento a 110 ºC para emplear
en la formula de arriba puede suponerse igual al agua retenida en el espécimen No. 1.
Cuando no se moldean los especímenes No. 1, no se dispone de los datos precedentes y se
emplearán los valores promedios prescritos en la Tabla 1.
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Tabla 1
Valores promedio de agua retenida
·
Clasificación del suelo según
Promedio de agua retenida después de
AASHTO
secamiento a 110 ºC %
A-1-A-3
1.5
A-2
2.5
A-4-A-5
3.0
A-6-A-7
3.5
Calcúlese la pérdida de suelo-cemento del espécimen No. 2 con un porcentaje del peso
original del espécimen secado al horno, así:
Pérdida de suelo-cemento, % = (X/Y) x 100
Donde:
X
=
Peso original secado al horno calculado menos peso final corregido, secado al homo.
Y
=
Peso original calculado secado al horno.
10. INFORME
10.1 El informe debe incluir:
•
Humedad óptima de diseño y peso unitario máximo de los especimenes moldeados.
•
Humedad y peso unitario logrados en los especímenes moldeados.
Nota 6. Una buena práctica de laboratorio permite la tolerancia siguiente entre los factores de
diseño y los obtenidos en especímenes moldeados.
humedad
± 1%.
Peso unitario
± 48 kg/m3 (3 lb/pie3).
•
El contenido de cemento de diseño, en porcentaje, en especímenes moldeados.
•
El contenido de cemento, en porcentaje, obtenido en especímenes moldeados.
•
El máximo cambio de volumen, en porcentaje, y el contenido máximo de humedad durante el
ensayo del espécimen No. 1.
•
La pérdida del suelo-cemento, en porcentaje, del espécimen No. 2.
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11. REFERENCIAS NORMATIVAS
AASHTO
T 135
ASTM
D 559
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