2.2 Historical background
2.2.3 The 1921 Banking Law
material granular de cantera
Una vez obtenida las muestras de subrasante, afirmado existente y material granular de cantera, se realizó el estudio de suelos para determinar la naturaleza y las propiedades mecánicas de dichos materiales; en tal sentido, para cada suelo se practicaron ensayos de laboratorio y con el fin de asegurar su correcta evaluación se realizaron 3 repeticiones por suelo.
A continuación, se describe el procedimiento de los ensayos de laboratorio según las especificaciones del MTC:
Ensayos de caracterización.
Granulometría de la subrasante (MTC E107, ASTM D422).
La muestra de suelo, tal como se recibe del campo, se expuso al aire hasta su secado total; luego por cuarteo manual se obtuvo la muestra representativa a ser ensayada.
Se pesó la muestra representativa a ensayar y se seleccionó los tamices (marca ELE International) con aberturas adecuadas para obtener la información requerida dentro de las especificaciones para el cual el material va a ser ensayado, registrando la masa de cada tamiz y la bandeja ciega en la balanza digital (2kg ± 0.01g de precisión).
Posteriormente, se acomodó los tamices en el orden del tamaño de abertura decreciente, para luego ser colocados en la máquina vibradora ro–tap por un periodo de 10 minutos.
Una vez transcurrido el tiempo de 10 minutos en la maquina vibratoria se desmontó y se registró por separado la masa de los tamices con el suelo retenido, así como la masa de la bandeja ciega.
Para obtener la curva granulométrica se emplearon las siguientes fórmulas y los datos fueron registrados en la tabla 3.7.
Retenido parcial, % = g muestra, la de total Peso g en tamiz, retenido Peso x 100 Retenido acumulado, % = n n 1 P R
Acumulado que pasa, % = 100 –
n n 1 P R Donde:RPn : Retenido parcial del tamiz en la enésima ubicación (orden de numeración
según el tamaño de abertura decreciente).
Tabla 3.7.Recolección de datos para granulometría de subrasante.
Tamiz Abertura
(mm)
Peso retenido (g) Retenido
parcial (%) Retenido acumulado (%) Porcentaje que pasa (%) M-1 M-2 M-3 Promedio N°4 4.750 N°8 2.360 N°16 1.100 N°30 0.590 N°50 0.297 N°100 0.149 N°200 0.075 Bandeja – Total ()
Fuente: (Elaboración propia).
Granulometría del afirmado existente y material granular de cantera (MTC E204, ASTM C136).
Se colocó la muestra (afirmado existente o material granular) en una bandeja y se dejó secar en la estufa (marca ELE international de 200°C ± 1°C) a una temperatura de 110º C ± 5º C durante 24 horas.
Se seleccionaron los tamices (marca ELE International) con aberturas adecuadas para obtener la información requerida dentro de las especificaciones, para el cual el material va a ser ensayado, registrando la masa de cada tamiz y la bandeja ciega en la balanza digital (2kg ±0.01g de precisión).
Posteriormente, se acomodaron los tamices en el orden del tamaño de abertura decreciente, colocando la muestra en el tamiz superior y tapando el tamiz superior para evitar pérdida de material, para luego ser colocada en la máquina vibradora ro–tap por 5 minutos.
Una vez transcurrido el periodo de tiempo necesario (5 minutos) en la máquina vibratoria, se desmontó y se registró la masa de los tamices individuales con el material retenido, incluyendo la masa de la bandeja ciega.
Los cálculos necesarios para cada material se realizaron de la siguiente manera: Para obtener la curva granulométrica se emplearon las siguientes fórmulas y los datos fueron registrados en la tabla 3.8.
Retenido parcial, % = g muestra, la de total Peso g en tamiz, retenido Peso x 100 Retenido acumulado, % = n n 1 P R
Acumulado que pasa, % = 100 –
n n 1 P R Donde:RPn : Retenido parcial del tamiz en la enésima ubicación (orden de numeración
según el tamaño de abertura decreciente).
Tabla 3.8. Recolección de datos para granulometría del afirmado y material
granular.
Tamiz Abertura
(mm)
Peso retenido (g) Retenido
parcial (%) Retenido acumulado (%) Porcentaje que pasa (%) M-1 M-2 M-3 Promedio 2" 50.800 1 1/2" 38.100 1" 25.400 3/4" 19.00 3/8" 9.500 N°4 4.760 N°10 2.000 N°40 0.425 N°200 0.075 B. Ciega – Total ()
Fuente: (Elaboración propia).
Se realizó el procedimiento por separado para cada material:
Se determinó y registró la masa de un contenedor limpio y seco en la balanza digital (1kg ± 0.01g de precisión).
Se colocó la muestra (subrasante, afirmado existente o material granular de cantera) en el contenedor, registrando la masa del contenedor con el material húmedo en la balanza digital (1kg ± 0.01g de precisión).
Posteriormente, se colocó el contenedor con el material húmedo en la estufa (marca ELE International de 200°C ± 1°C) a una temperatura de 110º C ± 5º C durante 24 horas, y luego se registró la masa del contenedor con las muestras secas.
Los cálculos fueron registrados en la tabla 3.9 utilizando la siguiente fórmula: Humedad, % = ) A C ( C) B ( x 100 Donde: A: Peso de la tara, g.
B: Peso de la tara más la muestra húmeda, g. C: Peso de la tara más la muestra seca, g.
Tabla 3.9. Recolección de datos del contenido de humedad.
Descripción Muestras Unidad
M-1 M-2 M-3
Peso de la tara, A. g
Peso de la tara más la muestra húmeda, B. g
Peso de la tara más la muestra seca, C. g
Contenido de humedad %
Promedio
Fuente: (Elaboración propia).
Límite Líquido (MTC E110, ASTM D4318).
Se realizó el procedimiento por separado para cada agregado:
Se escogió 150 g de una porción de material (subrasante, afirmado existente o material granular de cantera) que pasó por el tamiz N°40, esta muestra se colocó en una cápsula de porcelana y se mezcló con agua destilada con la ayuda de una espátula hasta obtener una pasta uniforme.
Se colocó una porción de la mezcla en la copa de Casagrande y se niveló con la espátula hasta obtener un espesor de 1 cm.
Posteriormente, se dividió el suelo en dos partes con el acanalador.
Se elevó y dejó caer la copa mediante la manivela a razón de 2 golpes por segundo hasta que las dos mitades del suelo se pongan en contacto en la base de la ranura y a lo largo de 13 mm.
Finalmente, se registró el número de golpes necesarios para cerrar la ranura, se retiró mediante la espátula una porción de suelo y se determinó su contenido de humedad. Se repitió el ensayo 2 veces más.
Tabla 3.10.Recolección de datos del límite líquido
Descripción
Muestras
Unidad
M-1 M-2 M-3
Peso de la tara más la muestra húmeda. g
Peso de la tara más la muestra seca. g
Peso de la tara. g
Contenido de humedad %
Número de golpes N
Límite Líquido %
Fuente: (Elaboración propia).
Límite Plástico e Índice de Plasticidad (MTC E111, ASTM D4318).
Se realizó el procedimiento por separado para cada agregado:
Se tomó 20 g de una porción de material (subrasante, afirmado existente o material granular de cantera) que pasó por el tamiz N°40, se amasó con agua destilada hasta que se formó con facilidad una esfera y se tomó una porción de dicha esfera como muestra para el ensayo.
Se moldeó la mitad de la muestra en forma de elipsoide y a continuación se rodó con los dedos sobre una superficie lisa, con la presión necesaria para formar cilindros.
Posteriormente, si antes de llegar el cilindro a un diámetro de 3.2 mm (1/8") no se ha desmoronado, se volvió a hacer el elipsoide y a repetir el proceso cuantas veces sea necesario hasta que se desmorone con dicho diámetro.
La porción así obtenida se colocó en vidrios de reloj, se continuó con el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determinó su contenido de humedad.
Tabla 3.11. Recolección de datos del límite plástico e índice de plasticidad.
Descripción
Muestras
Unidad
M-1 M-2 M-3
Peso de la tara más la muestra húmeda. g
Peso de la tara más la muestra seca. g
Peso de la tara. g
Contenido de humedad %
Límite plástico %
Índice de plasticidad %
Fuente: (Elaboración propia).
Ensayos de comportamiento.
Próctor estándar de la subrasante (MTC E116, ASTM D-689).
Se tamizó el suelo con las mallas N°4, 3/8” y 3/4” para determinar el método de ensayo. Según el tamaño máximo del suelo, se eligió el método de ensayo A. Se preparó 5 muestras de 2 kg cada una.
Se colocó el suelo de una muestra en la bandeja y se le adicionó el 2% de agua respecto al peso de la muestra y se mezcló uniformemente.
Se dividió la mezcla homogenizada en 3 partes proporcionales. A continuación, se colocó la primera capa en el molde para compactarlo con el pistón aplicando 25 golpes por capa. Se repitió el procedimiento con las siguientes dos capas.
Compactadas las tres capas, se retiró la extensión desmontable y se enrasó el suelo compactado con una regla metálica en la parte superior del molde.
Luego, se registró el peso de la muestra compactada y molde.
Posteriormente, se removió el material del molde y de la parte central se separó una porción representativa y se determinó su contenido de humedad.
Todo el procedimiento anterior se realizó para obtener un punto en el gráfico, por lo que se repitió el mismo procedimiento para los otros cuatro puntos, incrementando para cada nuevo punto sucesivamente el 2% de agua respecto al peso de la muestra.
Tabla 3.12. Recolección de datos del Próctor Estándar.
Método de compactación Número de golpes Número de capas
Cálculo de la densidad húmeda
N° de ensayo 1 2 3 4
Peso molde + suelo húmedo (g) Peso del molde (g)
Peso suelo húmedo (g) Volumen del molde cm³ Densidad suelo húmedo (g/cm³)
Cálculo de la humedad Peso del suelo húmedo + tara (g)
Peso del suelo seco + tara (g) Peso del agua (g)
Peso de la tara (g) Peso del suelo seco (g) Contenido de humedad (%)
Cálculo de la densidad seca Densidad seca del suelo (g/cm³)
Fuente: (Elaboración propia).
Próctor modificado del afirmado existente y material granular (MTC E115, ASTM D4718).
Se tamizó el suelo por las mallas N°4, 3/8” y 3/4” para determinar el método de ensayo. Según el tamaño máximo del suelo, se eligió el método de ensayo C y se preparó 4 muestras de 6 kg cada una.
Se colocó el suelo de una muestra en la bandeja y se le adicionó el 2% de agua respecto al peso de la muestra y se mezcló uniformemente.
Se dividió la mezcla homogenizada en 5 partes proporcionales. A continuación, se colocó la primera capa en el molde para compactarlo con el pistón aplicando 56 golpes por capa. Se repitió el procedimiento con las siguientes cuatro capas.
Compactadas las cinco capas, se retiró la extensión desmontable y se enrasó el suelo compactado con una regla metálica en la parte superior del molde.
Luego, se registró el peso de la muestra compactada y molde.
Posteriormente, se removió el material del molde y de la parte central se separó una porción representativa y se determinó su contenido de humedad.
Todo el procedimiento anterior se realizó para obtener un punto en el gráfico, por lo que se repitió el mismo procedimiento para los otros tres puntos, incrementando para cada nuevo punto sucesivamente el 2% de agua.
Tabla 3.13. Recolección de datos del Próctor Modificado.
Método de compactación Número de golpes Número de capas
Cálculo de la densidad húmeda
N° de ensayo 1 2 3 4
Peso molde + suelo húmedo (g) Peso del molde (g)
Peso suelo húmedo (g) Volumen del molde cm³ Densidad suelo húmedo (g/cm³)
Cálculo de humedad Peso del suelo húmedo + tara (g)
Peso del suelo seco + tara (g)
Peso del agua (g) Peso de la tara (g) Peso del suelo seco (g)
Contenido de humedad (%)
Cálculo de la densidad seca Densidad seca del suelo (g/cm³)
Fuente: (Elaboración propia).
CBR de Suelos (MTC E132, ASTM D1883).
Se seleccionó el material conforme al procedimiento realizado en el ensayo de Próctor estándar o modificado.
Se preparó 3 muestras de 7 kg cada una, añadiendo una cantidad de agua similar al porcentaje del contenido óptimo de humedad determinado para obtener la máxima densidad seca en el ensayo de Próctor.
Se mezcló en una bandeja la muestra con el agua hasta lograr una mezcla uniforme dividiéndola en 5 partes proporcionales.
Se colocó dentro del molde el disco espaciador y un papel de filtro sobre éste, luego se procedió a compactar el suelo en su interior a razón de 55, 26 y 12 golpes por capa para el primero, segundo y tercer molde, respectivamente.
Compactadas las cinco capas en cada molde, se retiró la extensión desmontable y se enrasó el suelo compactado con una regla metálica en la parte superior del molde y la parte sobrante se depositó en una tara para determinar su contenido de humedad.
Se retiró el disco espaciador y se invirtió el molde para luego proceder a registrar el peso de la muestra compactada y molde.
Para el caso del afirmado existente o material granular de cantera se colocó sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con vástago, y sobre ésta dos anillos de 2.27 kg (5.5 lb), luego se registró la primera lectura con un reloj digital para medir el hinchamiento colocando el trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde. A continuación, se sumergió el molde en un recipiente trasparente con la sobrecarga, se mantuvo la probeta en estas condiciones durante 96 horas (4días).
Al final del periodo de inmersión, se volvió a leer el deformímetro para medir el hinchamiento. Después se sacó el molde del recipiente y se vertió el agua retenida en la parte superior del mismo sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición. Luego se dejó escurrir el molde durante 15 minutos en su posición normal y a continuación se retiró la sobrecarga y la placa perforada. Inmediatamente se pesó el molde con el suelo y se procedió al ensayo de penetración.
Para el caso del suelo de subrasante no se realizó el proceso de inmersión dado que es un suelo arenoso.
En la etapa de penetración se aplicó una sobrecarga de 4.54 kg (10 lb); para evitar el empuje hacia arriba del suelo dentro del agujero de las pesas de sobrecarga se asentó el pistón luego de poner la primera sobrecarga sobre la muestra.
Se ajustó el vástago a la célula de deformación que permite medir la deformación del pistón y se aplica una ligera carga para que el pistón quede en contacto con la superficie del suelo. Seguidamente se situó en cero el panel de control que registra la carga y penetración en el sistema.
Finalmente, se aplicó la carga sobre el pistón de penetración mediante un mecanismo correspondiente de la prensa, con una velocidad uniforme de 1.27 mm por minuto. Las lecturas de la carga en la etapa de penetración fueron registradas en la tabla 3.14.
Tabla 3.14. Recolección de datos para el CBR. Penetración (mm) Carga (KN) Carga (kg/cm 2) CBR (%) 0.00 0.63 1.27 1.90 2.54 3.17 3.81 5.08 7.62 10.16 12.70
Fuente: (Elaboración propia).
Abrasión Los Ángeles del material granular (MTC E207, ASTM C 131).
Se lavó el material y luego fue secado en el horno a una temperatura de 110º C ± 5º C.
Luego, se introdujo la mezcla junto con la carga abrasiva en la máquina de Los Ángeles, seguidamente se accionó la máquina regulándose el número de revoluciones adecuado según el método de ensayo.
Finalizado el tiempo de rotación, se sacó el material de la máquina de Los Ángeles y se procedió a tamizarlo por la malla N°12
El material retenido en malla N°12 se lavó y secó en el horno a una temperatura de 110º C ± 5º C, para luego proceder con los respectivos cálculos.
Tabla 3.15. Recolección de datos de Abrasión Los Ángeles.
Tamiz
N° Abertura (mm) Método de gradación Peso retenido (g)
1” 25.40
3/4” 19.00
1/2” 12.50
3/8” 9.50
Total Peso inicial de suelo (g)
Peso inicial de PVC (g) Peso total inicial (g)
Peso retenido por tamiz N°12 (g) % de Desgaste