anexo e explor y ensayos

5/11/2018 Anexo E Explor y Ensayos - slidepdf.com

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ANEXO E

EXPLORACIONES DE CAMPO Y ENSAYOS IN SITU



Diseño Moderno de Pavimentos Anexo E

S. MINAYA & A. ORDOÑEZ 271

E1

Descripción e Identificación de Suelos

Procedimiento Visual-Manual

(Documento Referencial: ASTM D 2488)

E1.1 INTRODUCCIÓN

La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad de empleo deequipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde, los ensayos de laboratorio confirmarán y

permitirán precisar la información obtenida del terreno.

Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica de Suelos, que permitetomar decisiones y ajustar el programa de investigación. Los términos básicos para designar alos tipos de suelos son: grava, arena, limo y arcilla; sin embargo, en la naturaleza los suelosson una mezcla de dos o más de éstos y a veces contienen una cantidad de materia orgánica.Sin embargo, es posible identificar el componente predominante y asignarles el término básico.Por ejemplo, una arena limosa tiene las propiedades de una arena, con una cantidadimportante de limo; un limo orgánico está compuesto prioritariamente por limo, pero contieneuna cantidad significativa de materia orgánica.

E1.2 DEFINICIONES

La American Society for Testing and Materials (ASTM) define los diferentes tipos de sueloscomo:

Bloques: Partículas de roca mayores que 12” (300 mm).

Boleos: partículas de roca menores que 12” (300 mm), pero mayores que 3” (75 mm)

Grava- suelo que pasa la malla de 3" (75 mm) y es retenida en la malla No.4 (4.75 mm); tienelas siguientes subdivisiones:

grava gruesa: pasa la malla de 3" (75 mm) y es retenida en la malla de 3/4" (19 mm).grava fina: pasa la malla de 3/4" y es retenida en la malla No.4 (4.75 mm).

Arena: partículas de roca que pasan la malla No.4 (4.75mm) y son retenidas en la mallaNo.200 (75 µm), tiene las siguientes subdivisiones:

arena gruesa: pasa la malla No.4 (4.75mm) pero se retiene en la malla No.10 (2mm).

arena media: pasa la malla No.10 (2mm) pero es retenida en la malla No.40 (425 µm).arena fina: pasa la malla No.40 (425 µm) pero es retenida por la malla No.200 (75 µm).





Arcilla: suelo que pasa la malla No. 200 (75 µm) que presenta plasticidad dentro de un rangode contenidos de humedad y que es resistente en estado seco.

Arcilla orgánica: es una arcilla con suficiente contenido orgánico como para influenciar en laspropiedades de suelo. Para su clasificación, una arcilla orgánica es un suelo que podría ser clasificado como arcilla, excepto cuando el valor de su límite líquido después del secado seamenor del 75% del valor de su límite líquido antes de su exposición al secado.

Limo: suelo que pasa la malla No.200 (75 µm); no tiene propiedades plásticas o tiene muypoca plasticidad, y que en estado seco no tiene resistencia.

Limo orgánico: es un limo con suficiente contenido orgánico como para influenciar en laspropiedades de suelo. Para su clasificación, un limo orgánico es un suelo que podría ser clasi-ficado como un limo excepto cuando su valor de límite líquido después de su exposición alsecado sea menor del 75% de su valor de límite líquido antes de su exposición al secado.

Turba: es un suelo compuesto en primer lugar por un tejido vegetal en diferentes etapas dedescomposición, usualmente con un olor orgánico, de color marrón oscuro a negro, deconsistencia y textura que varía de fibrosa a amorfa.

El procedimiento visual-manual describe e identifica los suelos con los siguientes simbolos:

G grava (gravel)S arena (sand)M limo (silt)C arcilla (clay)O material orgánico (organic)Pt turba (peat)W bien gradada (well graded)P pobremente gradada (poorly graded)

E1.3 DESCRIPCIÓN E INFORMACIÓN DE SUELOSEn comparación a los suelos finos, los suelos granulares son más fáciles de identificar. Enterreno se considera un tamaño de 5 mm. para separar las gravas de las arenas.

Angularidad

Describe la angularidad de la arena (solamente de la arena gruesa), grava, bolones y cantos.Los describe como angular, subangular, subredondeado o redondeado, de acuerdo con loscriterios de la tabla E1.1 y la foto E1.1.





Tabla E1.1 Criterios de angularidad

Descripción CriterioAngular Partículas que tienen bordes afilados y son relativamente planas

en los lados con superficies ásperas.Subangular Partículas que son similares a la descripción angular pero que

también tienen bordes redondeados.Subredondeada

Partículas que son ligeramente planas en los lados pero quetienen esquinas y bordes bien redondeados.

Redondeada Partículas que tienen los lados ligeramente curvados y no tienenbordes.

Forma

Describe la forma de la grava, cantos rodados y boleos como chatas, alargadas, o chatas yalargadas si reúnen los criterios de la Tabla E1.2 y la Figura E1.2.

Tabla E1.2. Criterios para definir la forma de las partículas

Descripción Criterio

Chata Partículas con relación ancho/espesor > 3Alargada Partículas con relación largo/ancho > 3Chata y alargada Partículas que cumplen con ambos criterios

ancho

espesor

largo

Foto E1.1:Angularidad de laspartículas.

Figura E1.2: Criteriopara la forma de lapartícula





Color Describe el color. El color es una propiedad importante para la identificación de suelosorgánicos, y dentro de determinada localidad, puede ser útil para la identificación de materiales

de origen geológico similar. Si la muestra contiene estratos o fragmentos de colores variados,esto debe anotarse y se deben describir todos los colores representativos. El color debedescribirse para muestras húmedas. Si el color representa una condición seca, este hecho sedebe establecer en el reporte.

Olor Describe si el olor es orgánico o inusual. Los suelos que contienen una cantidad considerablede material orgánico, usualmente tienen un olor característico de vegetación descompuesta.Esto aparece principalmente en muestras frescas, pero si las muestras están secas, el olor casisiempre podría revivirse exponiendo a temperatura alta la muestra humedecida. Se debedescribir si el olor es inusual (producto derivado del petróleo, químicos y similares).

Condic ión de HumedadDescribe la condición de humedad como seca, húmeda o muy húmeda de acuerdo a loscriterios de la tabla E1.3.

Tabla E1.3. Criterios para describi r la condic ión de humedad

Descripción CriterioSeco Ausencia de humedad, polvorienta y seca al tacto.Húmedo Húmeda sin presencia visible de agua.Muy húmedo Visibilidad de agua, usualmente el suelo está

cubierto de una capa de agua.

ConsistenciaPara un suelo intacto de grano fino, se describe la consistencia como muy suave, suave, firme,dura y muy dura, de acuerdo a los criterios de la tabla E1.4. Esta observación es inapropiada

para suelos con cantidad considerable de grava.Tabla E1.4. Criterios para describir la consistencia

Descripción CriterioMuy suave El pulgar penetrará en el suelo más de 1” (25 mm).Suave El pulgar penetrará en el suelo alrededor de 1”(25 mm).Firme El pulgar se hundirá en el suelo alrededor de 1/4” (6 mm).Duro El pulgar no se hundirá en el suelo pero la uña del pulgar

se hundirá levemente.

Muy duro La uña del pulgar no se hundirá en el suelo.





Cementación

Describe la cementación de suelos intactos de grano grueso como débil, moderada o fuerte, de

acuerdo a los criterios de la tabla E1.5.

Tabla E1.5. Criterios para describi r la cementación

Descripción CriterioDébil Se desmorona o se rompe al manipularse o con una ligera

presión del dedo.Moderada Se desmorona o se rompe con una presión fuerte del

dedo.Fuerte No se desmorona o se rompe a la presión con el dedo.

Estructura

Describe la estructura de suelos naturales de acuerdo a los criterios de la tabla E1.6.

Rango de las partículas

Para componentes de grava y arena, describe la escala del tamaño de las partículas dentro de

cada componente. Por ejemplo, alrededor del 20% de grava fina a gruesa, alrededor de 40%de arena fina a gruesa.

Tabla E1.6. Criterios para describi r la estruc tura

Descripción CriterioEstratificada Alterna estratos de materiales o colores variados con

estratos de al menos 6 mm de espesor.Laminada Alterna estratos de material o color variados con las capas

menores de 6 mm de grosor.Fisurada Fisuras a lo largo de los planos de fractura definidos con unapequeña resistencia a fracturarse.

De superficiefisurada

Planos fisurados que aparecen pulidos o lisos, algunasveces estratificados.

Macizo Suelo cohesivo que puede romperse en pequeños terronesangulares y que resisten una desintegración adicional.

Cristalizados Inclusión de pequeñas bolsas de diferentes clases de suelo,como por ejemplo, pequeños lentes de arena esparcidos por una masa de arcilla; anote el grosor.

Homogénea El mismo color y apariencia en toda la muestra.





Tamaño máximo de partícula

Describe el tamaño máximo de la partícula encontrada en la muestra, de acuerdo a la siguiente

información:

Tamaño de arenaSi el tamaño máximo de la partícula es arena se debe describir como fina, media o gruesa.Por ejemplo, tamaño máximo de la partícula: arena media.

Arena gruesa

Arena media

Arena fina





Tamaño de grava

Si el tamaño máximo de la partícula es grava, se debe describir el tamaño máximo de

partícula, como la partícula que pasa la malla de abertura menor, Por ejemplo, tamañomáximo de partícula de 1½”, significa que pasa el tamiz de 1½”pero no la de ¾”. Unejemplo de gravas se muestra en la siguiente foto.

Tamaño de canto rodado o bo leo

Si el tamaño máximo de la partícula es del tamaño de un canto rodado o un boleo; describela dimensión máxima de la partícula más larga. Por ejemplo: dimensión máxima, 18' (450mm).

Tamaño de bloques o boleo Si el tamaño máximo de la partícula es un canto rodado o un boleo; se mide la dimensiónmáxima de la partícula mayor. Por ejemplo: dimensión máxima, 18” (450 mm).

Dureza

Describe la dureza de la arena gruesa y partículas mayores, se les denomina dura. Durosignifica partículas que no se rajan, fracturan o desintegran bajo el golpe de un martillo.

Reacción con el HCl

Describe la reacción con el HCl como nula, débil y fuerte, de acuerdo a los criterios de la tablaE1.7. Debido a que el carbonado de calcio es un agente cementante común, es importante unreporte de su presencia sobre la base de la reacción con el ácido clorhídrico diluido.





Tabla E1.7. Criterios para describi r la reacción con HCl

Descripción CriterioNula Sin reacción visible.Débil Alguna reacción, con burbujas que se forman lentamente.Fuerte Reacción violenta, con burbujas que se forman

inmediatamente.

Nota

Se puede anotar comentarios adicionales como la presencia de raíces o huecos de raíces,dificultades al taladrar o al hacer perforaciones, al cavar una zanja o al hacer una perforación, ola presencia de mica.

E1.4 PROCEDIMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DE GRANO FINO

Para realizar este ensayo se debe eliminar el suelo retenido en la malla Nº40 (eliminar arenasmedias y gruesas). Para identificar la presencia de limos o arcillas, se recurre a los siguientesensayos:

Reacción a la Agitación o Dilatancia

Se selecciona una cierta cantidad de suelo, aproximadamente 5 cc., si es necesario debeañadirse agua. Con ayuda de una espátula se amasa y forma una bolita de suelo, la que debecontener una humedad tal que el agua casi aparezca en la superficie. La muestra preparada secoloca en la palma de la mano y se sacude horizontalmente golpeándola en forma reiterada yfuerte contra la otra mano.

Se debe observar la velocidad con que el agua aparece en la superficie del suelo. Los criterios

de clasificación son ninguna, lenta y rápida, de acuerdo con la siguiente tabla:

Foto E1.2: Pruebade dilatancia





Tabla E1.8: Criterios para describi r la Dilatancia

Descripción CriterioNinguna No hay cambios visibles en la superficie de la muestraLenta El agua aparece lentamente en la superficie de la muestra

durante la sacudida y no desaparece lentamente bajopresión.

Rápida El agua aparece rápidamente en la superficie de lamuestra durante la sacudida y desaparece rápidamentebajo presión.

Cuando el suelo tiene reacción rápida al sacudimiento con unos pocos golpes, se puedeasegurar que se trata de un limo. Si la reacción del suelo es muy lenta o no hay reacción, esdecir, no hay cambio de forma en la pasta de suelo y el tiempo necesario para que el aguabrille en la superficie del suelo es mucho mayor, se puede concluir que se trata de una arcilla.

Reacciones intermedias no permiten identificar inmediatamente el suelo y por ello es necesariorecurrir a un ensayo de amasado para despejar la interrogante. Sin embargo, en el caso enque el tipo de suelo fino se pueda definir sólo con el ensayo de dilatancia, es siempreconveniente continuar con el ensayo de amasado que se enuncia a continuación.Nota:- Para el caso de arenas limpias muy finas la reacción es muy rápida.

Ensayo de amasado o de tenacidad

El ensayo de amasado permite complementar el ensayo de dilatancia. Se toma la pasta y seamasa hasta alcanzar la consistencia de la masilla. Se forma un bastón hasta aprox. 3 mm. Seamasa nuevamente y se forma un bastón con las características dadas anteriormente. Conestas operaciones el contenido de humedad se reduce y la muestra adquiere una consistenciadura. Se repite hasta que el bastón se rompa en varias partes al ser amasado (foto E1.3).

La tenacidad se describe como baja, media o alta, según el siguiente cuadro:

Foto E1.3:Prueba detenacidad





Tabla E1.9: Criterios para describ ir la tenacidad

Descripción CriterioBaja Sólo se requiere una ligera presión para enrollar el bastón de tal manera

que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo son frágiles y suaves.Media Se requiere una presión media para enrollar el bastón de tal manera que

llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidez media.Alta Se requiere una considerable presión para enrollar el bastón de tal manera

que llegue a su límite plástico. El bastón y el grumo tienen una rigidezbastante alta.

Cuanto mas tenaz es el rollito y cuanto mas duros son los trozos al desmoronarse, masimportante es la fracción arcillosa del suelo.

Durante el ensayo se deben observar las características del suelo analizado.1. Resistencia que opone el suelo al amasado cuando está cerca de las condiciones de

ruptura descritas: una arcilla opone mucha resistencia al amasado, en cambio un limoopone una baja resistencia.

2. Plasticidad: durante el amasado el suelo está constantemente perdiendo humedad ydurante todo el proceso de amasado, el suelo se comporta plásticamente, pero deja dehacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastón al romperse.

3. Brillo: cuando se alcanza la rotura del bastón de suelo, se pueden unir sus partes al

oprimirlas entre sí fuertemente con los dedos, se frota la superficie contra la uña y seobserva si brilla (las arcillas presentan una superficie brillante que va en aumento segúnel crecimiento de la plasticidad, es decir, es más brillante si la arcilla es más plástica).

Resistencia en Estado Seco (a la disgregación)

Se prepara una muestra de suelo, a la que se debe añadir agua si es necesario. Se deja secar la pastilla expuesta al sol y aire, probando después su resistencia rompiéndola ydesmoronándola entre los dedos. La resistencia (en esta seco) aumenta con la plasticidad(presencia de arcill a).

Foto E1.4:Resistencia enestado seco





La resistencia del suelo en estado seco, se puede describir según la siguiente tabla:

Tabla E1.10: Criterios para describir la resistencia en estado seco

Descripción CriterioNula La muestra seca se desmorona con sólo la presión o la manipulación.Baja La muestra seca se desmorona con poca presión.Media La muestra seca se rompe en pedazos o se desmorona con la presión

considerable con el dedo.Alta La muestra seca no puede romperse con la presión del dedo. Sólo se

romperá en pedazos entre el dedo pulgar y una superficie dura.Muy alta La muestra seca no puede romperse entre el pulgar y una superficie dura.

Resistencia en estado seco muy alta es característica de las arcillas. Un limo inorgánico poseeuna resistencia en estado seco nula. Las arenas finas limosas y los limos tienen resistenciabaja.

Plasticidad

Basándose en las observaciones hechas durante el ensayo de tenacidad, describa la

plasticidad del material de acuerdo a los criterios dados en la siguiente tabla.

Tabla E1.11: Criterios para describi r la plasticidad

Descripción CriterioNo plástica Un bastón de 3 mm no puede enrollarse con algún contenido de agua.Baja Un bastón puede apenas enrollarse y el grumo no se puede formar cuando

está más seco de lo que su límite plástico puede permitir.Media Un bastón es fácil de enrollar y no se requiere mucho tiempo para alcanzar

el LP. Un bastón no puede enrollarse después de alcanzado el LP. El grumose desmorona cuando está más seco que su LP.Alta Tiempo considerable en enrollar y amasar hasta alcanzar el LP. Un bastón

puede reenrollarse varias veces después de alcanzar su LP. Se puedeformar un grumo sin que se desmorone, aún más seco que su LP.

Identificación de Suelos Finos con Pruebas Manuales

En la tabla E1.12 se compilan los tipos de suelos y su comportamiento ante las pruebas de

campo. En la tabla E1.13 se muestran las expresiones cualitativas y cuantitativas de la arcilla.





Tabla E1.12: Identificación de Suelos con Pruebas Manuales

Suelo Típico Resistencia en

Estado Seco

Dilatancia Tenacidad Tiempo de

sedimentación enprueba de dispersión

Limo arenoso ninguna a muy baja Rápida De débil abaja

De 30 a 60 min

Limo muy baja a baja Rápida De débil abaja

De 15 a 60 min

Limo arcilloso baja a media De rápida alenta

Media De 15 min. a variashoras

Arcilla arenosa baja a alta De lenta aninguna

Media De 30 seg. a variashoras

Arcilla limosa Media a alta De lenta aninguna Media De 15 min. a variashorasArcilla alta a muy alta Ninguna Alta De varias horas a díasLimo orgánico baja a media Lenta De débil a

bajaDe 15 min. a variashoras

Arcilla orgánica Media a muy alta Ninguna Alta De varias horas a días

Tabla E1.13: Expresiones Cualitativas y Cuantitativas dela Consistencia de las Arcillas

Consistencia Características NSPT Resistencia a laCompresión

Simple qu (kg/cm2)

Identificación de campo

Muy blanda 0 - 2 < 0.25 El puño puede penetrar en ellafácilmente varios centímetros

Blanda

Arcillas deformaciónreciente, arcillasnormalmente

consolidadas

3 - 5 0.25 – 0.50 El pulgar puede penetrar en ellafácilmente varios centímetros

Media 6 - 9 0.50 – 1.00 El pulgar con esfuerzo moderadopuede penetrar en ella varioscentímetros

Firme o rígida

Arcillaspreconsolida-das resecadaso cementadas 10 - 16 1.00 – 2.00 El pulgar se encaja fácilmente

pero solo penetra con granesfuerzo

Muy rígida 17 - 30 2.00 – 4.00 La uña del pulgar se encajafácilmente

Dura

Arcillassobreconsolida-das > 30 > 4.00 La uña del pulgar se encaja con

dificultad





E1.5 REPORTE DE CAMPO

El reporte de campo debe incluir el origen y los puntos indicados en la tabla E.14.

TABLA E1.14: LISTA DE CHEQUEO PARA DESCRIPCIÓN DE SUELOS

1. Nombre de grupo.2. Símbolo de grupo.3. Porcentaje de cantos rodados o boleos, o ambos (por volumen).4. Porcentaje de grava, arena o finos, o los tres (por peso seco).5. Rango del tamaño de la partícula:

Grava - fina, gruesa.Arena - fina, media, gruesa.

6. Angularidad de la Partícula: angular, subangular, subredondeada, redondeada.7. Forma de la partícula: (si fuera apropiado) chata, alargada, chata y alargada.8. Tamaño o dimensión máxima de la partícula.9. Dureza de la arena gruesa y de las partículas mayores.10. Plasticidad de finos: no plástica, baja, media, alta.11. Resistencia en estado seco: nula, baja, media, alta, muy alta.12. Dilatancia: nula, lenta, rápida.13. Tenacidad: baja, media, alta.14. Color: (en condición húmeda).15. Olor: (mencionar sólo si fuera orgánico o inusual).16. Humedad: seca, humedad baja, humedad alta.17. Reacción con HCl: nula, débil, fuerte.

Para muestras inalteradas: 18. Consistencia (sólo suelos de grano fino): muy suave, suave, firme, dura, muy dura.19. Estructura: Estratificada, laminada, fisurada, de plano de resbalamiento, lenticulada,

homogénea.20. Cementación: débil, moderada, fuerte.21. Nombre local.22. Interpretación geológica.23. Comentarios adicionales: presencia de raíces o agujeros de raíces; presencia de mica,

yeso, etc.; superficie revestida de partículas de grano grueso, corrimientos odesprendimientos de agujeros de las paredes de las perforaciones, dificultad en laperforación o excavación, etc.

NotaSi se desea, los porcentajes de grava, arena y finos pueden establecerse en términos queindiquen un rango de porcentajes tal y como sigue:

Trazos - Si presentan partículas en un estimado menor al 5%.Poco - 5 a 10%.

Pequeño - 15 a 25%.Mucho - 30 a 45%.Bastante - 50 a 100%.





E1.6 EJEMPLOS

Grava arcillosa con arena y cantos rodados, GC, alrededor del 50% de grava fina a gruesa,

subredondeada a subangular; 30% de arena fina a gruesa subredondeada; 20% de finos conplasticidad media, resistencia en estado seco alto, dilatancia nula, resistencia media; la muestraoriginal de campo tiene aproximadamente 5% (por volumen) de cantos rodadossubredondeados y una dimensión máxima de 150 mm.Condiciones del lugar - Firme, homogéneo, seco, marrón.Interpretación geológica - Lodo aluvial.

Grava bien graduada con arena (GW) - Alrededor del 75% de grava fina a gruesa, dura ysubangular; 25% de arena fina a gruesa, dura y subangular; una pizca de finos; tamañomáximo, 75mm, marrón, seca; reacción nula al HCl.

Arena limosa con grava (SM) - Alrededor del 60% es predominantemente arena fina; 25% sonfinos limosos con baja plasticidad, resistencia en estado seco lenta, dilatancia rápida y bajatenacidad. Con 15% de grava fina, dura y subredondeada, pocas partículas de gravafracturadas con un martillazo; tamaño máximo, 25mm; no reacciona al HCl (Nota - El tamañode la muestra de campo es más pequeño que el recomendado).

Condiciones in-situ - Firme, estratificada, contiene lentes de limo de 1 a 2 pulgadas (25 a50mm) de espesor, húmedo, marrón a gris; densidad natural 1.4 tn/m3, humedad natural 9%.Suelo Orgánico (OL/OH) - Alrededor del 100% de finos con plasticidad baja, dilatancia lenta,esfuerzo seco bajo y resistencia baja; húmedo, marrón oscuro, olor orgánico, reacción débil conel HCl.

Arena limosa con finos orgánicos (SM) - Alrededor del 75% de arena fina a gruesa, dura,subangular y rojiza; 25% de finos orgánicos y limosos marrón oscuro, no plásticos, conresistencia en estado seco nula y dilatancia lenta; húmeda, tamaño máximo, arena gruesa,reacción débil al HCl.

Grava pobremente gradada con limo, arena, boleos y cantos rodados (GP-GM) - Alrededor del75% de grava fina a gruesa, dura, subredondeada a subangular; 15% de arena fina, dura,subredondeada a subangular; 10% de finos limosos no plásticos, húmedo, marrón, reacciónnula al HCl; la muestra de campo original tiene un aproximado de 5% (por volumen) de boleossubredondeados y duros y una pizca de cantos rodados duros y subredondeados, con unadimensión máxima de 18 pulgadas (450mm).





E2

Ensayo de penetración ligera, Dynamic Probing Light-DPL

y posteadora manual Iwan Auger

(Documento Referencial: DIN 4094)

E2.1 ENSAYO DE PENETRACIÓN LIGERA CON DPL

Los sondeos de campo permiten complementar la información recabada por otros medios deexploración, como las calicatas. Los sondajes permiten identificar límites entre estratos,

presencia de gravillas o cavidades. Los ensayos de penetración permiten correlacionar laresistencia del suelo a la penetración con su densidad relativa.

Se utiliza el Cono Ligero Alemán de acuerdo a la norma DIN 4094 incorporado en la NormaTécnica E0.50 de Suelos y Cimentaciones por el Ministerio de Transportes, Comunicaciones,Vivienda y Construcción. Dado que el cono alemán transmite la misma energía específica queel Ensayo de Penetración Estándar S.P.T. Norma ASTM D 1586; según la norma DIN, no esnecesario utilizar otras correlaciones para la interpretación de los resultados.

El equipo de cono ligero (foto E2.1) consiste de un cono de punta cónica de 90º y 2.2 cm de

diámetro. El martillo pesa 10 kg y la altura de caída es de 50 cm. El valor NDPL corresponde alnúmero de golpes para conseguir 10 cm de penetración. El ensayo es continuo y se registranvalores cada 10 cm de profundidad. Por la cantidad de datos de la resistencia a la penetracióneste ensayo es muy recomendado en cimentaciones. La foto E2.2 muestra la realización delensayo.

La principal limitación del ensayo es la presencia de gravas en el subsuelo que altera losresultados o en el peor de los casos impide el ensayo. En la tabla E2.1 se muestra lasrelaciones entre la densidad relativa del suelo y su número de golpes del SPT, estascorrelaciones también pueden ser usadas cuando el equipo de penetración es DPL.

E2.2 POSTEADORA MANUAL

El barrenador manual (posteadora o Iwan Auger) es una herramienta manual muy simple quese usa para perforaciones o sondajes en suelos blandos hasta una profundidad de 5 a 6 m. Laforma usual es un barrenador para arcilla semicilíndrica de 10 cm. de diámetro, unido por medio de una serie de varillas de extensión de 1m a un mango en forma de cruceta que sehace girar manualmente desde la superficie. Las cucharas acopladas en el extremo paraextraer muestras tienen diseño especial cuando se trate de suelos puramente cohesivos

(arcillas) o friccionantes (arenas).





Foto E2.1.- Equipo de Penetración Ligera, DPL,compuesto por cabezal, martill o y guía

Foto E2.2: Ensayos de penetración l igera con cono.





Tabla E2.1: Relaciones empíricas de φ, Dr, y peso unitario de

suelos granulares normalmente consolidados basadosen ensayos SPT para profundidades menores de 6 m

Descripción Muy Suelto Suelto Medio Denso Muy Denso

Densidad Relativa, Dr 0 0.15 0.35 0.65 0.85

SPT N70Fino, 0.075-0.425 mm 1-2 3-6 7-15 16-30 ?Medio, 0.425-2 mm 2-3 4-7 8-20 21-40 > 40Grueso, 2-4.750 mm 3-6 5-9 10-25 26-45 > 45

φ: Fino 26-28 28-30 30-34 33-38Medio 27-28 30-32 32-36 36-42 < 50Grueso 28-30 30-34 33-40 40-50

γd (gr/cm3) 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2.0

Foto E2.2.- Posteadoramanual Iwan Auger,compuesto por manivela,varillas y cuchara





M O D E L O D E R E G I S T R O D E E X P L O R A C I O N E S

0 10 20 30 50

2.20 50

P R O F U N D .

( M E T R O S )

T i p o d e S o n d e o

DESCRIPCION DEL MATERIAL

P R O F U N D I D A D

( M E T R O S ) ENSAYO DE PENETRACION

LIGERA

Golpe x

10cm.

GRAFICA DE N C l a s i f i c a c i ó n S U C S

0.10

C A L I C A T A

A

C I E L O A

B I E R T O + P E N E T R A C I Ò N

L I G E R A

1.10

0.90

1.90

0.10

GM

SM

0.50

0.70

0.30

4

0.200.20 5

0.309

0.400.40 4

0.507

0.600.60 12

0.7013

0.800.80 8

0.90

Arena limosa, humeda, con raicez, en estado suelto a semi-

compacto, cementado. Presencia de gravillas aisladas.

NDPL entre 4 a 12.

12

1.00 101.00

1.10 13

1.20 1.20 29

1.301.30 32

1.401.40 30

1.50

1.60

1.50 50

1.60 50

1.70

1.80

1.90 50

1.70 50

1.80 50

2.002.00 50

2.102.10 50

2.20

Gravas y pequeños cantos rodados en matriz limo arcillosa,

semi compacto, pobremente graduado, cementada, colorblnaco amarillento, con presencia de bolones

subredondeados de TM=8". Porcentaje de bolones de

10%. NDPL mayor de 50. Sin presencia significativa de sales

agresivas al concreto.

Cloruros : 102.56 ppm

>

>

>

>

>

>

>

>





E3

Densidad de Campo con el Cono y la Arena

(Documento Referencial: ASTM D 1556)

E3.1 INTRODUCCIÓN

El ensayo mide la densidad del suelo in situ. Las normas de la referencia recomiendan lautilización de este método en suelos con partículas no mayores de 2” de diámetro. La densidadnatural del terreno es de suma importancia para evaluar los resultados de capacidad de soporte(C.B.R.) sobre todo en subrasantes arcillosas o limosas.

Otra aplicación de este ensayo es en los controles de compactación de campo (conformación deterraplenes, capas de afirmado, base y sub base) Conociendo la máxima densidad seca y elóptimo contenido de humedad del suelo a compactar, se puede verificar el porcentaje decompactación con este ensayo.

El ensayo permite medir la densidad del suelo. Se excava un hoyo en la zona de estudio, cuyomaterial retirado es pesado. El volumen del hoyo se obtiene de manera indirecta, con la densidadde la arena calibrada y el peso de arena que entra en el hoyo.

E3.2 EQUIPO DE COMPACTACIÓN

Cono de ArenaRecipiente que tenga un volumen aproximadamente igual o mayor a 3785 lt (1 gal).

Un utensilio desarmable que consiste en una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7 mm dediámetro, que tiene un pequeño embudo de metal conectado a un recipiente de un galón en unextremo y a un embudo de metal (cono) en el otro extremo. La válvula deberá tener tapones paraprevenir que rote de una posición completamente abierta a otra completamente cerrada. Ver figura E3.1.

Una placa cuadrado o rectangular metálico con hueco en el centro para recibir el cono, deberá ser plana en la base y deberá tener espesor, rigidez suficiente y orillas de aproximadamente 10 a 13mm (3/8 a 1/2 pulg) de altura.

ArenaLa arena deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que discurra libremente.Cualquier graduación puede ser usada, siempre que tenga un coeficiente de uniformidad(Cu=D60/D10) menor que 2, tamaño máximo de partículas de 2.00 mm (malla N° 10) y menos del3% en peso que pase el tamiz 250 µm (malla N° 60).





Se recomienda el uso de arena consistente, de partículas naturales redondeadas osubredondeadas. La arena triturada o que tenga partículas angulares pueden no tener un libreescurrimiento, por lo que esta condición puede causar una acción puente y por lo tanto imprecisión

en la determinación de la densidad.

Figura E3.1: Equipo para el ensayo de cono de arena

Las normas recomiendan verificar la densidad de la arena cada 14 días como máximo, la razón esporque la mayoría de las arenas tienen la tendencia de absorber humedad de la atmósfera. Unamuy pequeña cantidad de humedad absorbida puede ocasionar una variación sustancial en ladensidad de la arena. En zonas de alta humedad o donde la humedad cambia continuamente, ladensidad de la arena debe ser determinada más frecuentemente que el máximo intervalo de 14días indicado.

BalanzasUna balanza de capacidad de 10 kg y sensibilidad de 2 gr y otra de capacidad de 200 gr ysensibilidad de 0.1 gr.

Equipo de SecadoHorno para determinar el contenido de humedad.

Peso de arena para llenar elcono y el surco de la placa

Placa base

3785 cm3 (1 gal.)





Equipo MisceláneoCuchillo, pico pequeño, cinceles, espátula pequeña, cucharas para retirar el suelo del hoyo.Recipientes con tapas o bolsas de plástico que retengan la humedad del material. Recipientes

para pesar el suelo extraído del hoyo.

E3.3 CALIBRACIÓN

Antes de realizar el ensayo se deberá conocer el peso de la arena en el recipiente contenedor,así como la densidad de la arena, ρarena, que será empleada en el ensayo.

Con anticipación se deberá calcular el peso de arena que entra en el cono y el surco de laplaca base.

Determinar el peso de arena a ser utilizada

Pesar el recipiente contenedor vacío, luego llenarlo con arena, retirar el exceso. Determine elpeso del recipiente con arena. Por diferencia se conoce el peso de la arena que será empleadadurante el ensayo.

Determinar el peso de arena necesaria para llenar el cono

Llenar el contenedor con arena. Vierta el equipo sobre la placa base. Abrir la válvula y dejarla quela arena fluya libremente. Tenga el cuidado de no golpear la mesa de ensayo, para no producir vibraciones.

Cierre la válvula y retirar el equipo de densidad. Pese el equipo con la arena remanente y calcular la arena perdida. Esta pérdida representa la masa de arena requerida para llenar el cono y elsurco de la placa base, W3.

Repita el ensayo por lo menos tres veces. El peso de arena usada es el promedio de las tresmediciones.

E3.4 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

- Nivele la superficie de estudio con ayuda de la placa base.- Asiente la placa base sobre la superficie nivelada; estando seguro que existe un buen

contacto entre la superficie del terreno y el borde del hueco central. Marcar la placa base ycontrolar que no haya movimiento durante el ensayo.

- Hacer un hoyo dentro del hueco de la placa base, cuidar no alterar el suelo que rodea elhueco. El volumen del hoyo será lo suficientemente grande como para minimizar errores.

Los lados del hoyo tratarán de ser perpendiculares. El hoyo deberá ser cuidado en loposible de cavidades, salientes y obstrucciones filudas ya que pueden afectar la precisión





del ensayo. Los suelos que son esencialmente granulares requieren un cuidado extremo ypueden requerir excavaciones de forma cónica.

- Pesar el suelo retirado del hoyo inmediatamente o protegerlo contra pérdida de humedad

hasta que se pese, Wsw. Tomar una muestra para determinar el contenido de humedadnatural.

- Limpiar el borde del hueco central de la placa base e invierta el contenedor de arena acopladoal cono (no olvidar que de antemano se debe conocer el peso del equipo con la arena queserá utilizada en el ensayo, W1). Abrir la válvula y dejar que la arena llene el hoyo, el cono y elsurco de la placa base. Tener cuidado de no golpear o vibrar el equipo o el terreno duranteeste paso. Cuando la arena deje de fluir, cierre la válvula.

- Pese el equipo con la arena sobrante, W2.

E3.5 CÁLCULOS

Calcule el volumen del hoyo del ensayo como sigue:

ρ

−−

arena

321 WWW =V

donde:V Volumen del hoyo del ensayo, cm3.W1 Peso de arena con equipo antes del ensayo , gr.

W2 Peso de arena con equipo al final del ensayo, gr.W3 Peso de arena para llenar el cono y placa base, gr.ρarena Densidad de arena, gr/cm3.

Calcular la densidad húmeda y seca del material ensayado como sigue:

V

W = sw

swρ

ω+ρρ

1= sw

d

donde:V Volumen del hoyo de prueba, cm3.Wsw Peso del suelo natural retirado del hoyo, gr.ρsw Densidad natural del material ensayado gr/cm3.ρd Densidad seca del material ensayado.





E4

Densidad de Campo con Métodos Nucleares

ASTM D 2922

E4.1 OBJETO

Medir la densidad y humedad natural del terreno a ser evaluado. La evaluación se puederealizar sobre suelos, suelo-agregado, bases tratadas con cemento o asfalto y carpetas derodadura. El procedimiento detallado en esta guía es aplicado al Densímetro Nuclear Troxler “RoadReadders” modelo 3440.

Se coloca una fuente emisora y un detector de rayos gamma, sobre o dentro del material a ser evaluado, las emisiones recibidas por los detectores se cuantifican. Estos métodos son nodestructivos y de relativa facilidad para la realización del ensayo.

La intensidad de la radiación detectada, depende en parte, del peso unitario del material. Lalectura de la misma se transforma en peso unitario húmedo mediante una curva de calibración.Los resultados pueden variar debido a la composición química, heterogeneidad de la muestra,etc.

E4.2 GENERALIDADES

El equipo consta de una fuente nuclear emisora de rayos gamma; un detector sensible a estosrayos, modificados al pasar a través del material evaluado; y un medidor para el cronometrajeautomático, necesario para determinar la velocidad a la cual los rayos gamma modificadosllegan al detector.

E4.3 MÉTODOS DE ENSAYO

La medición de la densidad puede realizarse por medio de dos modos de operación,Retrodispersión o el Modo de Transmisión Directa, dependiendo del tipo de material y delespesor de la capa correspondiente.

E4.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD

Procedimientos detallados de seguridad se hallan fuera del objetivo de esta guía, pero esnecesario que las personas que lo empleen se familiaricen con los riesgos de los mismos.

E4.5 OPERACIÓN DEL DENSÍMETRO NUCLEAR

RetrodispersiónLa fuente de emisiones gamma y los detectores permanecen dentro del densímetro, colocadosobre la superficie del material a analizar. Las emisiones gamma penetran el material evaluado





y son recibidas y cuantificadas por los detectores. La retrodispersión se usa principalmente encapas delgadas.

Transmisión DirectaLa fuente gamma se introduce en la capa a través de un orificio de acceso. Las emisionesgamma se transmiten a través del material, hacia los detectores. Se determina la densidadpromedio entre la fuente y los detectores. Este modo minimiza la incertidumbre ocasionada por superficies rugosas y composición química del material. Modo recomendado en capas deespesor medio a grueso.

HumedadLa fuente de neutrones y el detector permanecen dentro del densímetro en la superficie delmaterial a analizar. Los neutrones a alta velocidad se introducen en la capa evaluada, y sonparcialmente detenidos por sus colisiones contra los átomos de hidrógeno dentro del material.El detector de helio en el densímetro, cuenta los neutrones con velocidad disminuida; quecorrelaciona directamente con la humedad en el material.

Retrodispersión Transmisión directa Humedad

E4.6 MEDIDOR Y ACCESORIOS

Los controles, componentes, operaciones principales, seguridades y protecciones del Troxler 3440 se detallan a continuación. Figura E4.1.

Medidor. Equipo que mide densidad y humedad, contiene fuentes radiactivas, electrónica ybaterías recargables.

Bloque de referencia estándar. Usado para el conteo estándar.

Placa/guia para varilla de perforación. Usada para preparar el agujero en la medición tipotransmisión directa.

Varilla de perforación.Herramienta para extracción de varilla de perforación Caja de transporte.





Figura E4.1: Partes del Equipo

E4.7 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

MÉTODO A - RETRODISPERSION

1. Prepare un área horizontal, con ayuda de la placa de alisado. Levante la plancha pararellenar cualquier depresión o hueco que pudiera existir, coloque la placa de alisado sobre

la superficie nuevamente y presione ligeramente hacia abajo para nivelar la superficie, detal manera que se obtenga el contacto máximo entre el medidor y el terreno a evaluar. Lazona debe estar fuera del alcance de otra fuente radiactiva.

2. Asiente el medidor y enciéndalo.3. Obtenga y registre una o más lecturas de un minuto.4. Determínese el peso unitario húmedo en el sitio, mediante el empleo de la curva de

calibración establecida previamente.

MÉTODO B - TRANSMISIÓN DIRECTA

1. Prepárese el sitio de ensayo siguiendo el paso 1 del método A.





2. Usando los lentes de seguridad, pararse sobre la plancha para sostenerla firmemente ymartillar la varilla de perforación por lo menos 2” más abajo de la profundidad de ensayo. Lavarilla de perforación marca los incrementos incluyendo las 2” adicionales. Antes de

remover la varilla de perforación de la placa de alisado, marque el área de prueba según lafigura E4.3.

Figura E4.2: Posición de la Varilla de Perforación yExtracción con el plato Guía

Figura E4.3: Marcando el área de prueba

3. Remover la varilla de perforación tirando hacia arriba y girando la herramienta deextracción. Retire cuidadosamente la placa de alisado y póngala del lado.

4. Coloque el medidor sobre la superficie alineada cuidadosamente con marcas y bajar lavarilla de la fuente dentro del agujero usando el manubrio y el mecanismo disparador.Desprender el gatillo a la profundidad deseada y escuche un Click. Presione el tope del

manubrio (suavemente) para confirmar la posición de la varilla porta fuente.





5. Asiéntese firmemente el medidor, rotándolo alrededor de la sonda, con un movimientohacia atrás y hacia adelante.

6. Empújese suavemente el medidor en la dirección que colocaría el lado de la sonda, contra

el lado del orificio más próximo a la localización del detector o la fuente en la caja delmedidor.

7. Encienda el equipo.8. Obténganse y regístrense una o más lecturas de un minuto.9. Determínese el peso unitario húmedo en el sitio, mediante el uso de la curva de calibración

establecida previamente.

E4.8 EMPLEO DEL EQUIPO

ENCENDIDO DEL MEDIDOR

Presione la tecla ON. Luego de aproximadamente 400 segundos la pantalla cambiara a:

UNIDADES DE MEDIDALas unidades disponibles son kg/m3 y lb/pie3. Para ejecutar la función presione SHIFT ySPECIAL para que aparezca:

Presione 9 para que aparezca:

Seleccione la unidad requerida.

SELECCIÓN DEL TIEMPO DE CONTEO

El medidor tiene tres tiempos de conteos, 4 minutos (más largo) y los periodos más cortos.Presione TIME para el despliegue:

<YES>3 veces

ó





La pantalla regresara a READY.

SELECCIÓN DEL MODO

Permite seleccionar la función SUELOS o ASFALTO.Presione SHIFT y MODE para el despliegue:

Elija el modo que desee usar.

Si se elige SUELO, la pantalla mostrará Soil Mode, y después de un momento la pantallaregresará a READY.

Si seleccionó ASFALTO la pantalla mostrará:

(%MA) : calcula el % de compactación respecto de un Marshall designado. El porcentajeMarshall será:

100Marshall

dado Marshall%Marshall ×=

La pantalla mostrará la siguiente etiqueta:

Si desea habilitar el porcentaje de vacíos, presione YES.Para calcular el porcentaje de vacíos se debe ingresar la Gravedad específica Teórica Máximao RICE de la mezcla asfáltica. El porcentaje de vacíos se calculará con la siguiente ecuación:

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −×=Marshall

dado Marshall1100%vacíos

La pantalla mostrará la siguiente etiqueta; luego de un corto período de tiempo regresará almodo READY.





INGRESO DE UN NUEVO PROYECTO

Presione SHIFT y PROYECTO

Presione YES,

Presione NO/CE, para desplegar:

Ingrese el nombre del proyecto, para caracteres numéricos presione directamente el número,para caracteres alfabéticos, presione SHIFT y luego la letra, presione YES para aceptar elcarácter, al finalizar, presione ENTER para activar el número de proyecto y salir.

TOMA DE UN CONTEO ESTANDAR

Todos los medidores nucleares Troxler, utilizan fuentes radiactivas de bajo nivel para tomar medidas. A medida que se realicen mediciones, la cantidad de radiactividad de la fuentedecaerá. Como consecuencia de este decaimiento se debe realizar conteos estándar parareajustar el medidor en compensación a esa caída de radiación.

Es importante tomar el Conteo Estándar cuando un medidor es inicialmente recibido de fábricay antes de tomar medidas en el lugar de trabajo.





Figura E4.4: Mostrando posic ión de la varilla

El medidor debe ser encendido antes de partir al lugar de trabajo. Se irá corriendo la rutina deautotest. Durante el conteo estándar, el medidor compara automáticamente el nuevo conteoestándar con el promedio de los últimos cuatro conteos estándar. El nuevo Conteo Estándar será aceptado PASS, si está en el rango de 1% de la densidad promedio ó 2% de la humedadpromedio de los cuatro últimos conteos. Después de tomar el conteo, asegurarse de ingresarloen la memoria.

Para iniciar el conteo estándar coloque el bloque de Referencia en una superficie plana, a por lo menos 2 m de una estructura vertical y 10 m de cualquier otra fuente radiactiva. La superficiedebe ser compacta y uniforme con densidad no menor a 1.6 gr/cm3. No colocar el bloque dereferencia en superficies inestables como camiones, etc. Coloque el medidor sobre el bloquede referencia, asegurarse de que las superficies en contacto estén limpias.

Figura E4.5:medidor sobrebloque dereferencia





Para iniciar el Conteo Estándar , presione STANDARD para el despliegue:

YES

Coloque la varilla de la fuente en la posición Segura SAFE POS y presione YES para iniciar elconteo estándar de cuatro minutos (240 Segundos).

Al final del conteo:

La P indica que los nuevos conteos están dentro de los rangos establecidos. Si en lugar de la Paparece una F significa que los porcentajes están fuera de los límites. Verificar si:

La varilla porta fuente está en la posición indicada. Hay medidores cerca? El medidor está correctamente colocado sobre el bloque de referencia estándar La superficie de contacto está limpia El bloque de referencia esta sobre una superficie recomendadaSi todas las otras condiciones están normales, no acepte el conteo estándar recién tomadopresione <NO/CE> y tome otro conteo estándar.

Si el segundo conteo estándar falla, borrar los antiguos conteos estándar y tomar cuatro seriesnuevas de conteos estándar. Presione YES para aceptar e ingresarlo en la memoria.

MEDICIONES DE HUMEDAD - DENSIDAD

NOTA IMPORTANTE

Si no está tomando ninguna lectura, guarde la varilla porta fuente en la posición segura(SAFE). La varilla se retrae automáticamente cuando el medidor se toma del manubrio.

No guarde o transporte el medidor a menos que el bloque corredizo de tungsteno estécompletamente cerrado. Los niveles de radiación incrementados pueden violar lasregulaciones de transporte, y puede causar la exposición excesiva de radiación depersonal.

MODO SUELO

En modo SUELO, posesionar el medidor en la ubicación apropiada y desprender la varilla portafuente, presionándola a la profundidad apropiada.





Verificar que todos los parámetros han sido puestos con los valores correctos. Presionar START/ENTER para iniciar la medición.

Después que el medidor complete su tiempo de conteo, el despliegue será:

La lectura puede ser almacenada para usarla luego.

MODO ASFALTO

Habilitado el modo asfalto y verificado todos los parámetros iniciar la medición presionandoSTART/ENTER, para el despliegue:

Después que el medidor haya completado el tiempo de conteo, el despliegue será:

El despliegue mostrado permanecerá hasta que: una tecla de función sea presionada, unanueva medida sea tomada, la tecla NO/CE es presionada o el medidor se apague debido a suinactividad. La lectura puede ser almacenada.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Manual de Densímetros Nucleares Troxler “RoadReaders”, traducción del Laboratorio deMecánica de Suelos de la Universidad Ricardo Palma.

anexo e explor y ensayos

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