DESIGNACIÓN D 4546 – 90 METODOS DE ENSAYO PARA LA DETERMINACION HINCHAMIENTO UNIDIMENSIONAL O POTENCIAL ASENTAMIENTO DE SUELOS COHESIVOS
1.
DEL DE
OBJETO 1.1 1.1
Esto Estoss método métodoss de ensay ensayo o cubren cubren tres tres méto método doss alter alterna nati tivos vos de labo labora rato tori rio o para determinar la magnitud de hinchamiento o asentamiento de suelos cohesivos relativamente inalterados o compactados. NOTA 1- Consultar la sección 5 para determinar el mejor método para una aplicación particular.
1.2
1.3 1.3 1.4 1.4
2.
Estos Estos métodos métodos de ensa ensayo yo puede pueden n ser ser usad usados os para para deter determin minar: ar: a) La La magni magnitud tud de la hinchamiento ó asentamiento bajo una presión vertical conocida, ó b) La magnitud de presión vertical necesaria para mantener sin variación el volúmen de especímenes axialmente cargados y lateralmente confinados. Los Los valor valores es esta establ blec ecid idos os en unidad unidades es S.I. S.I. son son consid consider erad ados os con con estánd estándar ar.. Los valores establecidos en pulgadas – libras son a proximados. Esta Esta norm norma a no conte contemp mpla la todos todos los los probl problem emas as de seg segur urid idad ad asoci asociad ados os con con su uso. uso. Es respons responsabi abilid lidad ad del usuari usuario o establ establecer ecer la seguri seguridad dad apropi apropiada, ada, prácticas de salud y determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de su uso.
DOCUMENTOS DE REFERENCIA II.1
Normas ASTM D 422 Método para Análisis de Tamaño de Partículas de Suelos. D 653 Terminología referida a Suelo, Roca y Fluidos Contenidos. D 698 698 Méto Método do de ensa ensayo yo para para dete determ rmin inar ar la rela relaci ción ón Hume Humeda daddDensidad de suelos y mezclas agregado-suelo, usando el martillo martillo de 5.5 lb (2.49 kg.) y 12 pulg. ( 305 mm) de caída. D 854 854 Méto Método do de ensa ensayo yo para para la dete determ rmin inac ació ión n de la Grav Graved edad ad Específica de Suelos D 1557 Método de ensayo para evaluar la relación Humedad-Densidad de suelos y mezclas agregado-s agregado-suelo, uelo, usando usando el martillo martillo de 10 lb. (4.54 kg.) y 18 pulg. ( 475 mm) de caída. D 1587 Práctica para muestreo muestreo de suelos usando tubos de pared delgada
D 2216 Método para la determinación en laboratorio del contenido de humedad de suelo, roca y mezclas agregado-suelo. D 2435 Método de ensayo para evaluar las propiedades de Consolidación Unidimensional de suelos. D 3550 Práctica para muestreo de suelos usando cilindro muestreador D 3877 Métodos de ensayo para determinar la expansión unidimensional, contracción y presión de hinchamiento de las mezclas suelo - cal. D 4220 Prácticas para la preservación y transporte de muestras de suelos D 4318 Método de ensayo para la determinación del límite líquido, límite plástico e índice plástico de suelos.
3.
TERMINOLOGIA 3.1. 3.2.
Definiciones – Referidas a la terminología D653 para definiciones de términos estándar, Descripciones de términos específicos a esta norma: 3.2.1. levantamiento (L) - Incremento en la altura vertical, ∆h, de una columna de suelo “ in situ”, de altura h debido a la absorción de agua. 3.2.2. porcentaje de levantamiento ó asentamiento, (%) - Incremento ó decremento con respecto al cambio en altura vertical, ∆h, a la altura original de una columna de suelo in situ; h X100 ó ∆h /h X 100. 3.2 3. Asentamiento, L - Decremento en la altura vertical, ∆h, de una columna de suelo in situ, de altura h. 3.2.4. Hinchamiento, L - Incremento en la elevación o dilatación de una columna de suelo, luego de la absorción de agua. 3.2.5. Hinchamiento libre,% - Porcentaje de levantamiento, ∆h/h X100, luego de la absorción de agua a la presión de asientoσ se. 3.2.6. Hinchamiento primario, L - Hinchamiento arbitrario de corto plazo, usualmente caracterizado como la intersección de la tangente a la curvatura inversa de la curva de deformación vs. logaritmo de tiempo con la tangente de la porción de línea recta que representa el hinchamiento secundario ó a largo plazo. 3.2.7. Hinchamiento Secundario, L – Hinchamiento arbitrario de largo plazo usualmente caracterizado como la porción lineal de la curva deformación vs. logaritmo de tiempo, dibujada luego de completar el hinchamiento primario o de corto término (Fig.1 ). 3.2.8. Indice de Hinchamiento – Pendiente de la curva presión de recuperación - relación de vacíos, en gráfico semilogarítmico. 3.2.9. Presión de hinchamiento, FL-2 (1) Es la presión que evita que la muestra se hinche como se describe en el método C, ó (2) Aquella presión que se requiere para que la muestra regrese a su estado original (relación de vacíos, altura) después del hinchamiento, según el método AóB.
NOTA 2- La presión de hinchamiento obtenida por el método C, corregida para muestras disturbadas, puede ser similar o ligeramente mayor que aquellas obtenidas por el método A.
4.
RESUMEN DE METODOS DE ENSAYO 4.1.
Las siguientes tres alternativas de métodos de ensayo, requiere que la muestra de suelo esté lateralmente confinado y cargado axialmente en un consolidómetro con acceso a agua libre. 4.1.1 METODO A: La muestra es inundada y se permite hincharse verticalmente a la presión de asiento (presión de por lo menos 1kPa ó 20 lbf/ft 2 aplicada por el peso de la piedra porosa superior y la placa de carga) hasta que se complete el hinchamiento primario. La muestra es cargada después que termina el hinchamiento primario, hasta obtener el valor inicial de la relación de vacíos /altura . 4.1.2.METODO B: Se aplica a la muestra una presión vertical que exceda la presión de asiento antes de colocar el agua en el consolidómetro. La magnitud de la presión vertical, usualmente es equivalente a la presión de sobrecarga vertical in situ, a la carga estructural o ambas, pero puede variar dependiendo de la aplicación de los resultados del ensayo. Luego se permite el acceso de agua a la muestra. Esto puede ocasionar hinchamiento, hinchamiento luego contracción, contracción, ó contracción luego hinchamiento. La cantidad de hinchamiento o asentamiento se mide a la presión aplicada después que el movimiento sea insignificante. 4.1.3. METODO C: La muestra se mantiene a altura constante por ajuste de la presión vertical después de saturar la muestra co n agua, para obtener la presión de hinchamiento. Consecuentemente, se efectuará un ensayo de consolidación de acuerdo con el método D2435. Los resultados obtenidos son usados para estimar el potencial de levantamiento.
5.
SIGNIFICANCIA Y USO: 5.1.
El potencial relativo de hinchamiento/asentamiento de suelo determinados a partir de estos métodos de ensayo, pueden ser usados para desarrollar estimaciones de levantamiento o asentamiento para determinadas condiciones de carga y humedad final. El contenido de humedad inicial y la relación de vacíos debería ser representativo del suelo in situ inmediatamente antes a la construcción. La selección del método de ensayo, carga y secuencia de inundación, deberían simular en la medida de lo posible, cualquier construcción
5.2.
y post-construcción, con sus efectos de humedecimiento y secado, y los cambios en sus condiciones de carga. Los suelos que contienen montmorilonitas (esmectitas), son probables que presenten un significativo potencial de hinchamiento y son comúnmente ensayados con estos métodos de ensayo. NOTA 3 - Las montmorilonitas con cationes divalentes, usualmente se hinchan menos que aquellas con cationes monovalentes. Es útil conocer el tipo de catión, tanto como la capacidad de intercambio de cationes de las montmorilonitas.
5.3
Las muestras de ensayo preparadas en laboratorio deberán reproducir las condiciones del suelo in situ, ó el suelo compactado en campo lo mas aproximado como sea posible, porque las variaciones relativamente pequeñas en peso unitario y contenido de humedad, puede alterar significativamente la medida del levantamiento y presión de hinchamiento. Las diferencias en el arreglo de la estructura del suelo en especimenes compactados, tales como las obtenidas por amasando ó compactación estática, podrián tener un impacto significativo en el comportamiento de hinchamiento/asentamiento de suelos cohesivos.
5.4
Estos métodos de ensayo se aplican a muestras inalteradas o remoldeadas, o ambos, de la manera siguiente:
5.4.1 METODO A. -
Este método mide: a) el hinchamiento libre, b) porcentaje de levantamiento para presiones de confinamiento vertical superior a la presión de hinchamiento, y c) presión de hinchamiento
5.4.2 METODO B - Este método mide : a) el porcentaje de levantamiento ó asentamiento para la presión vertical usualmente equivalente a la sobrecarga vertical in situ estimada y otra presión vertical superior a la presión de hinchamiento y b) la presión de hinchamiento .
5.4.3 METODO C - Este método mide: a) La presión de hinchamiento, b) presión de preconsolidación y c) porcentaje de levantamiento ó asentamiento dentro del rango de presiones verticales aplicadas. NOTA 4- Los métodos A y C producen estimados de levantamiento consistente con el levantamiento observado. El método B podría inducir a estimar un levantamiento menor que el observado. El método A no es recomendable para la evaluación de la presión de hinchamiento y parámetros de consolidación para la estimación de asentamientos, porque la absorción de agua no controlada, podría disturbar la estructura del suelo.
6.
INTERFERENCIAS 6.1.
7.
Las estimaciones de hinchamiento y asentamiento del suelo, determinados por estos métodos de ensayo, son a menudo de importancia clave en el diseño de losas de piso sobre suelo, y evaluación de su comportamiento. Sin embargo, cuando se usan estas estimaciones se reconoce que los parámetros de hinchamiento determinados a partir de estos métodos de ensayo con el propósito de estimar el levantamiento “in situ” de las cimentaciones y suelos compactos pueden no ser representativos de muchas condiciones de campo debido a que: 6.1.1. No se simula el hinchamiento lateral y la presión de confinamiento lateral. 6.1.2. El hinchamiento en campo, usualmente ocurre bajo una presión de sobrecarga constante, dependiendo de la disponibilidad de agua. El hinchamiento en laboratorio, es evaluado por observación en los cambios de volumen debido a cambios en la presión aplicada mientras se inunda la muestra. El método B es designado para evitar esta limitación. 6.1.3. Los índices de hinchamiento indicados por los ensayos de hinchamiento, no siempre son indicadores reales del índice de levantamiento de campo, debido a fisuras en la masa del suelo “in situ” ó por una inadecuada simulación de la disponibilidad de agua del suelo. La disponibilidad real de agua de la cimentación puede ser cíclica, intermitente ó dependiente de las condiciones en el lugar, tales como zanjas de rellenos permeables, tuberías de agua y desague rotas. 6.1.4. El hinchamiento secundario ó de largo plazo, puede ser significativo para algunos suelos y deberá ser adicionado al hinchamiento primario. 6.1.5. El contenido químico del agua de inundación afecta los cambios de volumen y presión de hinchamiento; esto es, el agua de campo que contiene grandes concentraciones de iones de calcio producirá menores hinchamientos que el agua de campo que contenga grandes concentraciones de iones de sodio o incluso agua de lluvia. 6.1.6. El disturbamiento ocurrido naturalmente en los especimenes de suelo disminuye grandemente la significancia de los resultados.
APARATOS Y MATERIALES 7.1.
CONSOLIDOMETRO. Este aparato puede reunir los requerimientos del método de ensayo D 2435. El aparato deberá ser capáz de ejercer una presión en la muestra de: (1) por lo menos 200% de la presión de diseño máxima estimada ó (2) la presión requerida para mantener la altura inicial de la muestra cuando se inunde ( método C ), se adopta la que sea mayor. 7.1.1. La rigidéz del consolidómetro influye en el hinchamiento observando, particularmente con el método C. Por consiguiente debe usarse un
consolidómetro de alta rigidez con el Método C (Ver el Método de ensayo D 2435). NOTA 5 – Los pequeños incrementos en el volumen del suelo, pueden disipar significativamente las presiones de hinchamiento. Por consiguiente, las variaciones en los desplazamientos que ocurran durante la determinación de las presiones de hinchamiento por el Método C, deberá ser tan pequeño como sea posible, para reducir la magnitud de corrección requerida en 13.2.5. Las mediciones, especialmente las mediciones de la presión de hinchamiento, deberán ser basadas en correcciones por compresión de elementos.
7.2.
PIEDRAS POROSAS- Las piedras deberán ser de grano suave y suficientemente fino para minimizar la intrusión de suelo dentro de las piedras si el papel de filtro no es usado; y podrá reducir falsos desplazamientos causando por el asentamiento de la muestra contra de la superficie de la piedras porosas (Nota 6). Tales desplazamiento pueden ser significantes, especialmente si estos y la presión aplicada son pequeños. 7.2.1.Las piedras porosas pueden ser secadas al aire. 7.2.2.Las piedras porosas pueden fijarse cerca al anillo del consolidómetro para evitar extrusiones ó punzonamientos a altas presiones verticales. Las dimensiones de piedras apropiadas son descritas en la parte 5.3 del método de ensayo D 2435. NOTA 6 – Un tamaño de poro recomendable es de 10 µm, si es que no se usa el papel de filtro. El papel de filtro no es recomendable debido a su alta compresibilidad y no debe usarse en la medición de hinchamiento/asentamiento de arcillas duras y cuando se mida la presión de hinchamiento por el Método C.
7.3.
MEMBRANA PLASTICA, HOJA DE ALUMINIO Ó PAPEL TOALLA HUMECTANTE, una cubierta suelta, poco firme para encerrar la muestra, anillo y piedras porosas antes de inundar la muestra, usados para minimizar la evaporación de la muestra.
8.
MUESTREO DE SUELOS NATURALES 8.1 El disturbamiento de la muestra de suelo de la cual se obtiene los especimenes, disminuye grandemente la significancia de los resultados y debería ser minimizada. La práctica de los métodos D 1587 y D 3550 cubre los procedimientos y aparatos que pueden ser usados para obtener muestras satisfactoriamente inalteradas. 8.2 No es recomendable el almacenamiento en tubos muestreadores para suelos expansivos, incluso cuando la disipación de esfuerzos sea mínima. La influencia de la herrumbre y penetración del fluido de perforación ó agua libre dentro de la muestra, puede influir adversamente en los resultados del ensayo de laboratorio. El agua y el oxigeno de la muestra podrían causar la formación de óxido dentro del tubo, lo que puede originar que la muestra se adhiera a él. Por lo tanto, los tubos
muestreadores deberán ser de bronce, acero inoxidable, galvanizado o laqueado por dentro para inhibir la corrosión, de acuerdo a la práctica del método D 1587.
8.3 Si las muestras son almacenadas antes del ensayo, deberán ser extraídos del tubo muestreador tan pronto como sea posible después del muestreo y selladas completamente para minimizar la disipación de esfuerzos y pérdida de humedad. La muestra deberá ser extraída del tubo de muestreo en la misma dirección en que fue introducida, para evitar su disturbamiento. Si la muestra no puede ser extraída inmediatamente del tubo, deberán ser manipuladas y transportadas de acuerdo a las prácticas del método D 4220 grupo D. 8.4 Antes de colocarlos en recipientes de almacenamiento, las muestras extraídas de los tubos que fueron obtenidas con técnicas de perforación por lavado, deberán ser limpiadas con un paño para retirar el fluido de perforación adherido a su superficie. Se deberá recortar una capa de 3 a 6mm. (0.1 a 0.3 pulg.) de la superficie cilíndrica de la muestra, de tal manera que la humedad o la lechada no penetre en la muestra y altere el potencial de hinchamiento, su presión de hinchamiento y otros parámetros del suelo. Tal recorte, también removerá cualquier disturbamiento en la periferie debido a la fricción con las paredes. La perforación con aire o espuma en vez de lechada, podría reducir la penetración de la humedad. 8.5 Los recipientes para el almacenamiento de las muestras extraídas pueden ser de cartón ó de metal y podrían ser de aproximadamente 25mm.(1pulg.) mayor en diámetros, y de 40 a 50mm ( 1.5 a 2.00 pulg.) mayor en longitud que la muestra a ser encerradas. 8.6 Las muestras de suelo almacenadas en recipientes, deberán ser completamente parafinadas. La temperatura de la parafina deb erá ser de 8 a 14 °C (15 a 25 °F) por encima del punto de fusión cuando sea aplicado a la muestra de suelo; la cera que está muy caliente penetrará en los poros y grietas de la muestra, rajándola y dejándola inservible, también podría secar la muestra. Se puede colocar una hoja de aluminio, un paño suave ó envoltura de plástico alrededor de la muestra para prevenir la penetración de cera derretida en las fisuras abiertas. Se puede colocar una pequeña cantidad de cera (11.3 mm. ó 0.5 pulg. de grosor) en la parte inferior del recipiente y permitir que se solidifique parcialmente. La muestra debe estar totalmente sumergida y cubierta en cera derretida y luego permitir el enfriamiento antes de su manipuleo. NOTA 7 – Una buena cera para el recubrimiento de suelos expansivos consiste en una mezcla de 1 a 1 de parafina y microcristrales de cera ó 100% cera de abeja.
8.7 Examine y ensaye las muestras tan pronto como sea posible después de recibirla; sin embargo, las muestras que requieran ser almacenadas deberán ser mantenidas en un cuarto húmedo y podrían requerir volver a encerar y etiquetar antes de su
almacenamiento. Las muestras parafinadas ó en tubos de muestreo pueden recortarse usando una hoja de sierra. La muestra debe ser extraída de una sección del tubo de muestreo y cortada en una operación continua para minimizar el disturbamiento.
9.
PREPARACION DE LA MUESTRA 9.1 Para el ensayo se puede usar muestras no disturbada ó compactadas en laboratorio, prepare las muestras compactadas en laboratorio para reproducir el relleno compactado tan similar como sea posible. NOTA 8 – El método de compactación, tal como amasado o compactación estática, podría influenciar el comportamiento del cambio de volumen cuando se prepara con la humedad del óptimo contenido de humedad. La compactación de muestras en laboratorio se describe en los Métodos de Prueba D 698 y D 1557. El hinchamiento del suelo es a veces adecuadamente tratado con cal y muestras de prueba compactada tal como se describe el Método de Prueba D 3877.
9.2 Prepare la muestra de acuerdo con el método D 2435. Puede añadirse al consolidómetro un anillo de extensión ó anillo guía, tal como se muestra en el Método de prueba D 3877 puede ser añadido al consolidómetro para acomodar el hinchamiento de la muestra. Alternativamente, se puede insertar un disco duro delgado en la parte inferior del anillo de la muestra durante la compactación ó tallado dentro del mismo. Voltée el anillo con la muestra hacia abajo y retire el disco delgado insertado para proporcionar espacio para el hinchamiento. Tome precauciones para minimizar el disturbamiento del suelo ó cambios en la humedad y peso unitario durante el transporte y preparación de las muestras. Evite vibración, distorsión y compresión de la muestra. NOTA 9 – Las pruebas con muestras recortadas en 5 mm ( 0.2 pulg.) para anillos de 25mm (1 pulg.) de altura, tienen un funcionamiento adecuado.
10.
CALIBRACION 10.1Calibre la máquina de consolidación de acuerdo al Método de Prueba D 2435 10.2Mida la compresibilidad del aparato con un disco sustituto de la muestra de suelo de cobre suave, bronce, o acero duro. El disco será de aproximadamente la misma altura de la muestra y 1 mm. (0.04 pulg.) más pequeño en diámetro que el del anillo. Coloque los papeles de filtro humedecidos entre las piedras porosas y el disco de metal si es que los papeles de filtro son usados durante la prueba. Déle suficiente tiempo para humedecer, debido a la compresión del papel filtro durante cada incremento y decremento de carga. Las deflexiones de las pruebas de
calibración se restan de las deflexiones de las pruebas de suelo para cada incremento y decremento de carga. NOTA 10.- Cuando se usa el papel de filtro, la calibración debería reproducir la secuencia exacta de incremento y decremento de carga debido a la compresión inelástica de papel; Esto es, la calibración es necesaria para cada prueba. La calibración periódica será suficiente para pruebas sin papel de filtro.
11.
PROPIEDADES ASOCIADAS AL SUELO 11.1 Determine el contenido de humedad inicial (ó natural de agua), pesos unitarios secos y húmedos, volúmen y relación de vacíos inicial de acuerdo al Método D 2435. Determine la gravedad especifica de acuerdo al Método D854 cuando el reporte sea requerido en términos de la relación de vacíos. El límite líquido, plástico e índice de plasticidad, se determina de acuerdo al método D 4318, la distribución del tamaño de partículas de suelo para suelos predominante granulares, se determina en concordancia con el Método D 422. Estos ensayos son usados en la identificación de suelo y en la correlación de los resultados de prueba sobre diferentes suelos.
12.
PROCEDIMIENTO 12.1
12.2
12.3
Prepare el anillo con la muestra instalada en él, con papel de filtro seco si se usa y piedras porosas secadas al aire en el dispositivo de carga. Encierre la muestra, anillo, papel filtro y piedra porosa tan pronto como sea posible con una cubertura suelta de membrana plástica, papel toalla húmedo ú hoja de aluminio para minimizar los cambios en el contenido de humedad y volumen de la muestra debido a la evaporación. Esta envoltura deberá ser cortada y retirada al tiempo de saturación de la muestra. Aplique una presión de asiento constante, σse, de por lo menos 1 kPa (20lbf/ft2). dentro de los 5 minutos después de la aplicación de σse, ajuste el extensómetro de deformación para la lectura inicial o cero. En la Fig. 2 se muestra una representación gráfica de los resultados de los tres métodos de prueba alternativos, incluidas las correcciones para compresibilidad del consolidómetro. Estos métodos de ensayo son desarrollados de acuerdo con el Método D 2435 excepto lo siguiente:
12.3.1. Método A.- Después de registrar la lectura de la deformación inicial para la presión de asiento, se inunda la muestra y se registra las deformaciones después de varios lapsos de tiempo. Las lecturas para 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0, 15.0 y 30 min, y 1, 2, 4, 8, 24, 48 y 72 horas son usualmente satisfactorias. Continúe leyendo hasta que el hinchamiento primario se complete, tal como se determina en el método ilustrado en la Fig. 1. Después de completar el hinchamiento, aplicar una
presión vertical de aproximadamente 5, 10, 20, 40, 80, etc. kPa (100, 200, 400, 800, 1600 etc. lbf/pie2) con cada presión mantenida constante de acuerdo con el acápite 10.4 del Método de ensayo D 2435. Mantenga la presión hasta que la muestra sea recomprimida a su relación de vacío/altura inicial, la duración de cada incremento de carga debe ser igual y de una duración que asegure el 100% de la consolidación primaria (Ver el acápite 11.2 ó 11.6 del Método de Ensayo D 2435) NOTA 11- ciertos hinchamientos secundarios deben ser registrado para determinar gráficamente el fin del hinchamiento primario. NOTA 12 – La duración de un incremento de carga típico es de 1 día. NOTA 13 – La presión vertical deberá ser aplicada para recomprimir el espécimen a una relación de vacíos menor que la relación de vacíos inicial ( punto 6 de la Fig.2, Método A), porque la magnitud exacta de la presión vertical requerida para recomprimir el espécimen a su relación de vacíos inicial es desconocida. Las unidades de carga equipadas con reguladores neumáticos son ideales para este propósito.
12.3.2. El método A puede ser modificado para colocar un esfuerzo vertical inicial σ1, sobre el espécimen equivalente a la presión vertical estimada del suelo in situ dentro de los 5 minutos de aplicada la presión de asiento y asegurando la lectura del cero de deformación. Lea la deformación dentro de los 5 minutos y retire el esfuerzo, excepto la presión de asiento. Registre la deformación dentro de los 5 minutos después de retirar σ1, inunde la muestra y continúe la prueba como en 12.3.1. Esta modificación proporciona una corrección de la lectura de deformación inicial a σse en un esfuerzo mas cercano para simular la relación de vacíos in situ del suelo.
12.3.3. METODO B. Aplique una presión vertical excediendo la presión de asiento dentro de los 5 minutos de colocada la presión de asiento. Lea la deformación dentro de 5 minutos de colocada la presión vertical. La muestra se inunda inmediatamente después de leída la deformación y registrarlas en lapsos de tiempo similar a 12.3.1, hasta completar el hinchamiento primario. Continúe el ensayo como en 12.3.1.
12.3.4.METODO C.- Aplique un esfuerzo inicial, σ1 equivalente a la presión vertical in situ estimada ó presión de hinchamiento dentro de los 5 minutos después de colocar la presión de asiento. Lea la deformación dentro de los 5 minutos después de colocar σ1, e inmediatamente inunde la muestra con agua. Aplicar incrementos de esfuerzo vertical tanto como sea necesario para prevenir el hinchamiento (Ver Nota 14). Las variaciones en las lecturas de deformación al momento de saturar la muestra bajo el esfuerzo σ1, debe ser mantenida preferentemente dentro de los 0.005 mm (0.0002 pulg.) y no mas que 0.01mm ( 0.0004 pulg.). Cargue la muestra de acuerdo con 12.3.1, no alejándose de la tendencia del hinchamiento ( usualmente toda la noche). Los incrementos de carga deberán ser suficientes para definir el punto máximo de curvatura en la curva de consolidación y para determinar la pendiente de la curva de
compresión virgen. La curva de recuperación siguiente a la consolidación deberá ser determinada tal como se ilustra en la Fig. 2 (Método C). La duración de los decrementos de carga de recuperación, deberán estar de acuerdo con 10.6 del Método de Prueba D 2435. NOTA 14 - El uso de pequeños incrementos en peso, proporciona un adecuado control como sea necesario para prevenir el hinchamiento.
12.4 Las mediciones deberán incluir el tiempo de lectura, esfuerzo aplicado, deformación observada y correcciones por compresión de miembros.
13.
CALCULOS 13.1
Calcular la relación de vacíos inicial ó altura, contenido de humedad, peso unitario seco y húmedo, y grado de saturación, de acuerdo al Método de Prueba D 2435. Los cálculos de la relación de vacíos ó porcentaje de levantamiento, están basados en la lectura final para cada incremento ó decremento de hinchamiento. La relación de vacío ó porcentaje de levantamiento deberían ser graficados versus el logaritmo de la presión vertical como por ejemplo los tres métodos gráficamente ilustrados en la figura 2. El porcentaje de levantamiento deberá ser relativo a una altura inicial de la muestra, ho, observado para una presión vertical apropiada, σ (ver 4.1.2.), La relación de vacíos o porcentaje de levantamiento versus la presión vertical en escala aritmética puede ser usada para aplicaciones prácticas.
13.2.
Los puntos datos del gráfico de e versus log 10 σ ( Fig. 2) puede ser usado para evaluar los parámetros de hinchamiento y asentamientos del suelo ensayado.
13.2.1. METODO A.- El hinchamiento libre a la presión de asiento referida a la relación de vacíos e0, está dada por la siguiente expresión (Ver Fig.2-Método A)
∆h h0
* 100
=
−e 1+ e
e se
0
0
* 100
γ = − 1 *100 γ d 0
dse
Donde: ∆h = Cambio en la altura de la muestra ho = Altura inicial de la muestra e se = Relación de vacíos después de estabilizado el hinchamiento a la presión de asiento σ se eo = Relación de vacíos inicial γ do = Peso unitario seco a la relación de vacíos e 0
γ dse = Peso unitario seco a la relación de vacío e se NOTA 15 – La Figura 2 (Método A) ilustra el hinchamiento libre a la presión de asiento σ se = 1 kPa (20 lbf/pie 2). ∆h
h0
* 100 =
0.908 − 0.785 1.000 + 0.785
* 100 = 6.9 0 0
El porcentaje de levantamiento de 6.9% podría leerse directamente desde la coordenada derecha de la Fig.2 (Método A) para e se = 0.908, punto 4. 13.2.2. El porcentaje de levantamiento a la presión vertical, σ sobre la presión de hinchamiento σsp, referida a e0 ó a una presión vertical apropiada inicial σ ν0 es como sigue: (Método A):
∆h
* 100
h0
=
−e 1+ e e
0
* 100
0
γ = − 1 *100 γ do d
Donde: e = Relación de vacíos a la presión vertical, y γ d= Peso unitario seco a la relación de vacíos e NOTA 16 – La Figura 2 (Método A) ilustra un porcentaje de levantamiento como sigue:
∆h
h0
*100 =
0.830 − 0.785 1.000 + 0.785
* 100 = 2.5 0 0
Donde: e = e vo = 0.830
y
σ = σ vo = 100 Kpa ( 2000lbp/pie2)
La presión de hinchamiento, σ sp, está dada por 400 kPa (8350 lb/pie2), referida a eo = 0.785 13.2.3 La Figura 2 podría ser graficada con el peso unitario seco, γ d , versus el logaritmo de la presión aplicada, σ , en vez de la relación de vacíos e versus el logaritmo de σ, si es que no se determinó la gravedad específica. El hinchamiento para cualquier cambio en peso unitario seco dentro de los límites
de los resultados de la prueba, podrían ser determinados de una manera similar a la descrita en 13.2.1.
13.2.4 METODO B – El porcentaje de levantamiento a la presión vertical σ vo, aplicada siguiendo la presión de asiento ( ver 4.1.2.) relativa a e o está dada por la expresión siguiente (Ver Fig. 2, Método B):
∆h
* 100
h0
=
−e 1+ e
evo
0
0
* 100
γ = − 1 *100 γ do
dvo
donde: e νo = relación de vacíos después de estabilizado el hinchamiento a la presión vertical σ νo , y γ dvo = peso unitario seco a la relación de vacíos e νo NOTA 17 – La Figura 2 (Método B) ilustra un porcentaje de levantamiento como sigue: ∆h
h0
* 100 =
0.820 − 0.785 1.000 + 0.785
*100 = 2.0 0 0
Donde: σ = σ vo = 100 kPa ( 200 lbf/pie2), y σ sp = presión de hinchamiento = 350 kPa ( 7300 lbf/pie2) para eo = 0.785 El cálculo del asentamiento es similar si la muestra se contrae a la presión vertical luego del acceso del agua.
13.2.5 METODO C La presión de hinchamiento σsp (punto 3, Fig.2, Método C), deberá ser corregida hacia arriba por un procedimiento de construcción conveniente. El disturbamiento del suelo y el proceso de ajuste de la presión vertical puede permitir que ocurra alguna expansión del volumen, el cual reduce la presión de hinchamiento máxima observada.
NOTA 18 - Los procedimiento de corrección conveniente incluye aquellos basados en la presión de preconsolidación σvm. Un procedimiento de construcción para suelos que fallan sobre la curva de “compresión virgen”, cuando la curva de recompresión es no aparente es como sigue: (a) Localize el punto de curvatura máxima ( punto 5, Fig. 2, Método C), (b) dibuje una horizontal, tangente y línea bisectríz a través del punto de curvatura máxima, (c) dibuje la parte virgen de la curva de compresión hacía atrás hasta intersectar la bisectríz a la presión de preconsolidación σ vm ó 780 kPa (Fig. 2, Método C). La presión de hinchamiento se toma como la presión de preconsolidación. La pendiente de la curva de recuperación de esos suelos es usualmente mucho menor que los de la curva de compresión.
NOTA 19- Un procedimiento de construcción modificado podría ser usado para suelos que fallen sobre la curva de recompresión, Fig. 2, Método C. El procedimiento de construcción es como sigue: (a) Localize el punto de curvatura máxima ( Punto 4, Fig.2, MétodoC), (b) dibuje una horizontal, tangencial y línea de bisección a partir del punto de máxima curvatura, (c) Extienda la línea de recompresión a través de la bisectríz. La intersección de la línea de recompresión con la bisectríz se designa como la presión de hinchamiento corregida, σ´sp, la cual es de 380 k Pa para el ejemplo en la Figura 2 (Método C ). Un detalle de esta construcción se muestra en la Fig. 3 σ´sp en este caso es menor que σ vm . Si la línea de recompresión no está bien definida, dibuje una línea paralela con la curva de recuperación para relaciones de vacíos mayores que e o a partir de la bisectríz. A menudo pueden ser necesarios incrementos de carga para definir cualquier curva de recompresión.
13.2.6 Dibuje una curva paralela conveniente con la curva de recuperación ( ó recompresión), para relaciones de vacíos mayores que eo a través de la presión de hinchamiento corregida σ´sp, a la relación de vacíos inicial eo dada por el punto 3, Fig. 2 (Método C) para obtener el porcentaje de levantamiento para cualquier presión relativa a σ´sp, y eo dentro del rango de los resultados de la prueba. NOTA 20 – El porcentaje de levantamiento calculado por el método C para σvo = 100 kPa (2000lbf/pie2) es el siguiente: ∆h
h0
* 100 =
evo − e0
* 100 =
1 + e0
0.828 − 0.785 1.000 + 0 .785
* 100 = 2.4 0 0
13.2.7 El porcentaje de asentamiento (porcentaje de levantamiento negativo), puede ser evaluado a partir de la relación de vacíos e2 excediendo la presión de hinchamiento corregida como sigue:
∆h
* 100
h0
=
−e 1+ e
e2
0
* 100
0
NOTA 21 – La Figura 2 ( Método C) ilustra el porcentaje de hinchamiento como sigue: ∆h
h0
* 100 =
0.671 − 0.785 1.000 + 0.785
Donde: e2 = 0.671, y σ 2 = 2560 kPa (53000 lbf/pie2)
14.
REPORTE
* 100 = −6.4 0 0
14.1
El reporte deberá incluir la información requerida en el Método de Ensayo D 2435, y también deberá incluirse lo siguiente: 14.1.1 Todos las secuencias del procedimiento, incluyendo cambios en la secuencia de carga . 14.1.2 El porcentaje de levantamiento ó asentamiento para una presión vertical dada y presión de hinchamiento σsp ó presión de hinchamiento corregida σ´sp,. El índice de compresión Cc, é el índice de hinchamiento Cs, deberán ser reportado sí es que son evaluados 14.1.3 El tipo de agua usada para inundar la muestra.
15.
PRECISIÓN Y DESVIACIONES 15.1
15.2
16.
Precisión.- La información está siendo evaluada para determinar la precisión de éste método. En suma, el Subcomité D18.05 está investigando datos pertinentes de usuarios de este método. Desviaciones.- No hay valores de referencias aceptados para este método, por consiguiente no se puede determinar las desviaciones.
PALABRAS CLAVES 16.1
Suelo expansivo; levantamiento, pruebas de laboratorio, asentamiento, presión de hinchamiento, índice de hinchamiento.
