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MODULO RESILIENTE DE SUELOS DE SUBRASANTE
I.N.V. E – 156 – 07
1. OBJETO
1.1 Este método cubre los procedimientos norma lizados para la determinación del módulo elástico- dinámico o de resiliencia de los suelos. Incluye la preparación y ensayo de suelos no tratados, bajo condiciones que representan una simulación razonable de las características físicas y de los estados de esfuerzos de los materiales de la subrasante, bajo pavimentos flexibles sometidos a las cargas debidas al tránsito.
1.2 Los métodos descritos, s on aplicables a muestras inalteradas de materiales naturales, a muestras compactadas de subrasante y a muestras transportadas, preparadas para ser ensayadas, por compactación en el laboratorio.
1.3 Los valores del módulo resiliente (elástico- dinámico) determinados con estos procedimientos, se pueden e mplea r en las teorías de sistema de capas elástico- lineales y elástico- no lineales, para calcular la respuesta física de las estructuras de pavimentos.
1.4 Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad asociados con su uso. Es de responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y la aplicabilidad de limitaciones regulatorias, con anterioridad a su uso.
2. RESUMEN DEL MÉTODO
Un esfuerzo axial desviador repetido, de magnitud, duración y frecuencia fijas se aplica a un espécimen cilíndrico de ensayo, debidamente preparado y acondicionado. Durante y entre las aplicaciones del esfuerzo dinámico desviador, el espécimen es sometido a un esfuerzo está tico en su contorno, proporcionado por medio de una cámara de presión triaxial. La respuesta a la deformación axial resiliente (recuperable) del espécimen, es medida y empleada para calcular los módulos resilientes dinámicos dependientes del esfuerzo.
3. USO Y SIGNIFICADO
3.1 El ensayo de módulo resiliente proporciona la relación básica constitutiva entre esfuerzo y deformación de los materiales de construcción de pavimentos flexibles para su empleo en el análisis del sistema de capas en pavimentos.
3.2 También, proporciona un medio de evaluación de los materiales de construcción de pavimentos, incluyendo suelos de subrasante, bajo una variedad de condiciones ambientales y de estado de esfuerzos, que simulen
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realísticamente las situaciones existentes en pavimentos sometidos a cargas móviles del tránsito.
4. DEFINICIONES BÁSICAS
4.1 Esfuerzo axial total, s 1 - E sfuerzo axial total (esfuerzo principal mayor).
4.2 Esfuerzo radial total, s 3 - Esfuerzo radial total; esto es, la presió n
dec onfinamiento aplicada en la cámara triaxial (esfuerzo principal, intermedio y
menor).
4.3 Esfuerzo axial máximo desviador , s d - Esfuerzo axial máximo desviador;
estoes, el esfuerzo axial que en esta prueba esta compuesto por una fracción que semantiene como carga de contacto y una fracción que se convierte en la carga
cíclica o repetid a.s d
= s1
s 3
4.4 Carga axial máxima aplicada ,
Pmax
- Carga total aplicada a la muestra, incluye la
carga de contacto y la carga cíclica.
Pmax
Pcontacto
Pciclica .P
contacto
0.1Pmax
4.5 Esfuerzo axial de contacto , s contacto - Esfuerzo vertical aplicada a la muestra que se
mantiene durante la prueba para asegurar el contacto entre el cabezal y elespécimen.s
contacto
0.1s d
4.6 Esfuerzo axial cíclico , s c - Esfuerzo vertical cíclic o aplicado en cada serie
contemplada en la prueba.s
c
s ciclica
s d
s contacto
4.7 Deformación axial total, e1
- Deformación axial total debida a d
4.8 Deformación axial resiliente recuperada, e
r(recuperada) debida a s
c
.
- Deformación axial resiliente
E 156 - 3
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4.9 Modulo resiliente, M r - E l módulo resiliente es la relación entre el
esfuerzo
dinámico y la deformación recuperada debida a
s c
, que se puede n sustituir , en
procedimientos analíticos que incluyen cargas de tráfico dinámico y requieren de un módulo de elasticidad.
M r
s ciclico
e r
E 156 - 4
4.10 Duración de la carga - Intervalo de tiempo durante el cual el espécimen es sometido a un esfuerzo desviador (usualmente 0.1 segundo) .
4.11 Duración del ciclo - Interva lo de tiempo en que transcurren las aplicaciones sucesivas de un esfuerzo desviador cíclico ( usualmente de 0.1 a 3.1 segundo).
4.12 Forma de carga de semi seno verso- Forma requerida para el pulso de carga.
El pulso es de forma:
1 cos2
2
4.13 Subrasante - Suelos de subrasante son los preparados y compactados antes de la colocación de capas de subbase y/o base. Estos materiales pueden ser clasificados como Tipo 1 o Tipo 2.
4.14 Material T ipo 1 – Para el propósito de pruebas de módulo resiliente, Ma terial Tipo 1 incluye todos los granulares sin tratar de base y subbase y todos los de subrasante sin tratar que cumplan con los siguientes requisitos: menos de 70% pasa el tamiz de 2.00 mm (No. 10), menos del 20% pasa el tamiz de 75 µm (No. 200) y el índice de plasticidad es menor o igual a 10%. Los suelos clasificados como Tipo 1 deberán ser moldeados en moldes de 150 mm de diámetro.
4.15 Material Tipo 2 - Para el propósito de pruebas de módulo resiliente, Material Tipo 1 incluye todos los granulares sin tratar de base y subbase y todos los de subrasante sin tratar que no cumplan los criterios para los suelos Tipo 1. Las muestras de suelo no tratado tomadas con tubo de pared delgada caen en la categoría Tipo 2.
4.16 g d
G g w
1 w G
Sdonde:
dg = masa unitaria del suelo seco, Kg/m3
(lb/pie 3 ),
G = gravedad específic a de los sólidos
, w = contenido de agua del suelo (%),
S = grado de saturación (%), yw
g= masa unitaria de l agua, Kg/m3
(lb/pie 3 ).
Tanto w como S se pueden expresar en forma decimal o en porcentaje. Esto quiere decir que 20% , por ejemplo, se puede representar como 0.20 ó 20, siempre y cuando haya consistencia entre los parámetros w y S.
5. EQUIPO
5.1 Cámara de compresión triaxial – La cámara de compresión triaxial se utiliza para contener la muestra y el fluido de confinamiento durante el ensayo. En la Figura 1 se muestra una cámara para ser utilizada en el ensayo de resiliencia de suelos. La cámara es similar a muchas celdas triaxiales norma les, excepto que es a lgo más grande para facilitar la acción de la celda de carga que es montada internamente y el equipo de medida de deformaciones , el cual tiene salidas adicionales para las guías eléctricas de los aparatos de medición.
Se p ueden emplear celdas triaxiales normales con un equipo de carga montado exteriormente , al igual que los dispositivos para medir las deformaciones ( Figura 2) en materiales cuyo módulo resiliente sea menor de 104000 kPa (15000 lb/pulg²).
En ambas configuraciones se puede utilizar aire como fluido para la cámara. Se puede emplear también agua o una mezcla de agua - alcohol.
5.2 Dispositivo de aplicación de carga – La fuente externa de carga puede ser cualquier dispositivo capaz de producir carga repetida, que varíe en ciclos fijos de carga y descarga. Estos dispositivos varían desde ejes de levas simples e interruptores de carga estática o pistones de aire, hasta sistemas electro- hidráulicos de abrazaderas de cierre. Se necesita una duración de la carga de0.1 s y una duración del ciclo de 0.9 a 3 segundos en dispositivos neumáticos y0.9 segundos en hidráulicos. Debe simular el esfuerzo mediante un pulso medio seno verso.
5.3 Equipo de medida de la carga y de la respuesta del espécimen :
5.3.1 El dispositivo para medir la carga axial es una celda electrónica de carga.
Preferiblemente se mide la carga colocando la celda entre la parte superior del espécimen y el pistón de carga, como se muestra en la Figura 1. Las celdas decarga se pueden montar también fuera de la cámara de ensayo, previendo que se hagan las correcciones necesarias por cualquier fricción dinámica del pistón en el cuello de la cámara.
5.3.2 Las presiones de la cámara de ensayo son controladas con manómetros convencionales de presión o transductores (aparatos medidores de presión) con graduaciones de sensibilidad convenientes.
5.3.3 El equipo para medida de la deformación axial usado en materiales con módulos resilientes mayores de 104000 kPa (15000 lb/pulg²), consiste de 2 transformadores lineales de voltaje
diferencial (TLDV), conectados directamente a la muestra mediante un par de abrazaderas. Las abrazaderas y los TLDV se muestran en posición, sobre un espécimen de ensayo, en la Figura1. Detalles de las abrazaderas se muestran en la Figura 3.
Dimensiones A B C D E F G H I J K L M N
Métricas, mm
6.4
12.7
152.4
6.4
38.1
6.4
12.
Nota 1
19.1
Nota 1
38.1
Nota 2
2.54
6.4Inglesas, pul. 0.
250.50
6.00
0.25
1.50
0.25
0.5
0.75
1.50
0.10
0.25
Notas:1. Las dimensiones varían con el fabricante2. Las dimensiones varían con el tamaño de la muestra3. TLDV = Transductores Lineales Diferenciales, Variables
Figura 1 . Cámara Triaxial con TLDV interiores y celda de carga
Dimensiones A B C D E F G H I J K L
Métricas, mm 6.4 25.4
12.7
25.4
Nota 1
19.1
38.1
Nota 2
38.1
6.
6.
6.Inglesas, pul. 0.2
51.00
0.50
1.00
0.75
1.50
1.50
0.25
0.25
0.25
Notas:1 Las dimensiones varían con el fabricante2 Las dimensiones varían con el tamaño de la muestra3 TLDV = Transductores Lineales Diferenciales, Variables
Figura 2 . Cámara triaxial con TLDV exteriores y celda de carga
5.3.4 Se pueden efectuar las medidas de la deformación axial, sobre materiales con módulo resiliente máximo, menor de 104000 kPa (15000 lb/pulg²), con los TLDV abrazados al cuerpo del pistón por fuera de la cámara de ensayo (Véase Figura 2) .
5.3.5 Es necesario mantener una señal de excitación adecuada y un campo de grabación adicionado a los dispositivos de medida para registrar simultáneamente , las deformaciones y la carga axial. Los TLDV deberán conectarse separadamente , de tal manera que la señal de cada uno sea registrada independientemente y promediada en cada ciclo.
5.3.6 Para disminuir errores en la medida y registro de la respuesta del espécimen, se calibra el sistema inmediatamente antes y después de cada ensayo. Un
dispositivo que ha sido considerado satisfactorio para este fin, consiste en un anillo de carga de alta calidad soportado por una guía incompresible de acero, cuyas dimensiones totales son similares a las del espécimen de ensayo (Figura 4). Para calibrar el sistema, se coloca el dispositivo sobre la base de la cámara triaxial de la celda de carga, con los TLDV instalados. El dispositivo se somete a cargas repetidas de la magnitud y duración empleada s para medir la respuesta resiliente del espécimen de ensayo. Sosteniendo una tarjeta contra la cara del dial del anillo de carga, se pueden observar sin dificultad las deflexiones dinámicas resultantes del anillo. Los desplazamientos del anillo de carga se comparan con la traza registrada por el TLDV para obtener la calibració n de la deformación. La carga de la relación fuerza- deformación del anillo, se utiliza para establecer la magnitud de la carga representada por la traza registrada por la celda de carga.
Figura 3 . Detalle de abrazadera del TLDV
5.4 Equipo para la preparación del espécimen – Se requiere gran variedad de equipos para la preparación de muestras inalteradas para ensayos, y para obtener especímenes compactados que sean representativos de las condiciones en el terreno. El empleo de diferentes materiales y de distintos métodos de compactación en el terreno, implican el uso de técnicas variadas de compactación en el laboratorio. El equipo típico requerido se enumera a continuación:
5.4.1 Equipo para recortar especímenes de ensayo de muestras inalteradas como el descr ito en la norma INV E – 153 , "Parámetros de resistencia de suelos mediante compresión triaxial".
5.4.2 Equipo para compactación por impacto como el descrito en la norma INV E – 141 pa ra las relaciones de humedad-masa unitaria de suelos empleando equipo
norma l e INV E – 142 para la relación humedad- peso unitario de suelos empleando equipo Proctor Modificado.
5.4.3 Aparato para compactación por amasamiento como el descrito en la norma ASTM 2844, valor de resistencia R y presión de expansión de suelos compactados, u otros aparatos que utilicen métodos de compactación por amasamiento.
5.4.4 Aparato para compactar estáticamente una masa conocida de suelo húmedo hasta una longitud predeterminada y un diámetro fijado por las dimensiones de un molde.
En la Figura 5 se muestra un conjunto de molde típico para la preparación de un espécimen de 71 mm (2.8") por 152 mm (6") de altura para3 capas de compactación estática.
5.4.5 Molde partido y compactador vibratorio manual operado con aire, como se muestra en la Figura 6.
5.4.6 Máquina de carga estática con una capacidad adecuada para compactar diferentes materiales.
5.5 Aparatos y elementos misceláneos requeridos – Estos incluyen calibradores, manómetros micrométricos, regla de acero (calibrada a 0.5 mm (0.02")), membranas de caucho de 0.254 a 0.635 mm (0.01" a 0.025") de espesor, anillos de caucho en O, fuente de vacío con cámara y regulador de burbujas, dilatador de membrana, piedras porosas, reglas, recipientes para contenidos de agua, así como formatos para informe.
6. PREPARACIÓN DE ESPÉCIMENES DE ENSAYO.
6.1 Tamaño del espécimen – La longitud del espécimen no deberá ser menor de dos veces el diámetro. Se deben usar especimenes de diámetro entre 71 y 86 mm en suelos cohesivos (Tipo 2). Para materiales Tipo 1 o especimenes Tipo 2 compactados el diámetro mínimo del molde debe se igual a 5 veces el tamaño de la partícula mayor del suelo. Si la partícula mayor del suelo excede el 25% del diámetro del molde disponible estas partículas se deben separar. Especímenes de 102 mm (4") de diámetro por 203 mm (8") de altura se pueden acomodar en la celda triaxial mostrada en la Figura 1, y éste es el tamaño mínimo requerido para el espécimen, cuando se utilizan abrazaderas de anillo como soportes, de los TLDV mostrados en la Figura 3.
6.2 Especímenes inalterados – Los especímenes inalterados se recortan y preparan como se describe en la norma INV E – 153, "Parámetros de resistencia de suelos mediante compresión triaxial".
6.3 Preparación del suelo para especímenes compactados de laboratorio – El procedimiento siguiente es empleado para preparar las muestras de suelos para compactación en el laboratorio:
Dimensiones A B C D E F G H
Métricas, mm 38.1
19.1
Nota 1
38.1
Nota 1
Nota 1
25.4
6.4
Inglesas, pul. 1.50
0.75
1.50
1.00
0.25
Nota: 1. Las dimensiones varían con el fabricante y con el tamaño de la muestra
Figura 4 . Dispositivo de calibración del anillo de carga
Figura 5 . Aparato para compactación estática
Dimensiones A B C D E F G H I J K L M
mm
Nota 1
Nota 2
Nota 2
Nota 2
Nota 3
6.4
6.4
38.1
6.
6.4
12.7
Nota 1
25.4pulgadas. 0.2
50.25
1.50
0.25
0.25
0.50
1.00
Notas:1. Las dimensiones varían con el fabricante2. Las dimensiones varían con el tamaño de la muestra3. El diámetro deberá ser de 6.35 ± 0.05 mm (0.25 ± 0.02”).
Más pequeño que el diámetro del espécimen.
Figura 6 . Aparato para compactación vibratoria de suelos no cohesivos
6.3.1 Si la muestra de suelo está húmeda cuando se recibe del terreno, se secará hasta que sea disgregable con un palustre. El secado puede ser al aire o mediante el empleo de un aparato para secar, de tal forma que la temperatura no exceda de 60°C (140°F). La disgregación se hará evitando la reducción del tamaño natural de las partículas individuales.
6.3.2 Se determina la humedad w , secando el suelo al aire. La muestra para1humedad no deberá pesar menos de 200 g para suelos con un tamaño máximode partículas de 4.75 mm (No.4), y no menor de 500 g, para suelos con tamaño máximo de partículas, mayor que 4.75 mm (No.4).
6.3.3 Se determina el volumen V, del espéc imen compactado que se va a preparar.Para métodos diferentes al de compactación estática, la altura del espécimen compactado, deberá ser ligeramente mayor que la requerida para el ensayo deresiliencia, para permitir el recorte de los extremos del mismo. Un exceso de13 mm (0.5") es adecuado para este propósito.
6.3.4 Se determina la masa de los sólidos del suelo secado al horno W s
y la masa de l
agua Wc , requerid o para obtener la masa unitaria sec a
g dcontenido de agua w
c(%), así:
deseado y el
Ws
(lb) = g d
3(t /pie 3) x V (pies ).
Ws (g) = W
s (lb) x 454.
Wc
(lb) = Ws
(lb) x wc
/100
Wc
(g) = Wc
(lb) x 454.
6.3.5 Se determina la masa del suelo secado al aire W ad
, requerido para obtener Ws .
Una cantidad adicional Was
, de por lo menos 500 g, deberá dejarse para
proporcionar material para la determinación del contenido de agua en el momento de compactación.
1W
ad (g) = (W
s + W
as ) x (1 + w /100)
6.3.6 Se determina la masa del agua Waw
, requerido para aumentar el peso existente de agua hasta el peso del agua W
c, que corresponde al contenido de agua
w c(%)
para la compactación deseada.
1c12W (g) = (W
s + W
a s) x (w /
100) W (g) = ( Ws + W
a s) x (w
/100)
W aw
(g) = W 2
- W 1
6.3.7 Se determina la masa húmeda del suelo Wt que va a ser compactado.
W t (g) = W
s x ( 1 + ( w
c /100))
6.3.8 Se coloca el suelo con masa Wad
, determinada anteriormente, dentro de
una cazuela para mezclar.
6.3.9 Se agrega el agua con masa Waw
al suelo en cantidades pequeñas y se mezcla completamente después de cada adición.
6.3.10 Se coloca la mezcla en una bolsa plástica, se sella la bolsa y se almacena durante 24 horas en un ambiente de por lo menos el 75% de humedad relativa. Se asegura un sello completo empleando dos o más bolsas.
6.3.11 Después del mezclado y almacenamient o, se pesa el suelo húmedo y el recipiente con aproximación al gramo más próximo y se anota este valor en los formatos apropiados mostrados en las Figuras 7 y 8
6.4 Espec ímenes compactados de suelos cohesivos – El comportamiento resiliente de suelos cohesivos compactados, que contienen cantidades sustanciales de arcilla, depende de la estructura impartida a las partículas del suelo, mediante el proceso de compactación. Suelos cohesivos que contienen cantidades sustanciales de arcilla están definidos para este procedimiento como suelos clasificados como A - 2- 6, A- 2- 7, A- 6 y A -7.
a) Escogencia del método de compactación – El método de compactación y el contenido de agua de moldeo w
c de suelos cohesivos, dependen
de las condiciones del terreno que van a ser simulada s por el espécimen de laboratorio.
1. Espec ímenes que representen subrasantes cohesivas compactadas a humedades que correspondan a menos del 80% de saturación, que permanezcan en la condición como fueron construidas, podrán compactarse hasta la masa unitaria seca y húmeda del terreno, mediante procedimientos norma les giratorios, de amasamiento o estáticos.
2. Espec ímenes de ensayo que representen una subrasante que fue originalmente compactada a una humedad menor que la correspondiente al 80% de saturación, pero que ha experimentado posteriormente un aumento de humedad al someterse al servicio, se compactarán con la humedad esperada, empleando el método estático descrito en la Sección 6.4.d.
3. El amasamiento se emplea para preparar espec imenes que representan las condiciones en el terreno y de servicio del párrafo anterior, sólo si los especímenes se compactan al contenido inicial de agua (empleada en la construcción) y se someten luego a cambios después de la compactación. Cambios controlados del contenido de agua, después de la compactación, están limitados en el laboratorio a las técnicas de saturación bajo contrapresión, descritas en la Sección 6.4.e.
4. Los espec ímenes de ensayo que representen subrasantes cohesivas, compactadas en el terreno con contenidos de agua
mayores que el 80% de saturación, se compactarán en el laboratorio empleando la compactación por amasamiento. Tales especímenes de ensayo se puede someter también a compactación posterior y a aumentos en la humedad, si el material del terreno que van a representar, ha experimentado compactación posterior y aumentos en su contenido de agua.
5. L a Tabla 1 resume la discusión anterior en relación con la escogencia del método de compactación.
Tabla 1. Selección del método de compactación
Giratorio
Por Amasamiento EstáticoSubrasantes compactadas con
contenido de agua menor que el 80% de la humedad de saturación y que permanecen en esa condición.
Subrasantes compactadas con contenido de agua menor que el 80% de la humedad de saturación y que perman ecen en esa condición.
Subrasantes compactadas con contenido de agua menor que el 80% de la humedad de saturación y que permanecen en esa condición.
Muestra compactada con la humedad inicial del campo y sujeta a cambios de humedad después de la construcción.
Subrasantes compactadas con contenido de agua menor que el 80% de la humedad de saturación y con conteni dos de aguas crecientes.
Subrasantes compactadas conhumedades mayores del 80%de la humedad de saturación.
b) Relaciones entre humedad y masa unitaria – Cuando son conocidas las variaciones de las condiciones de compactación y de las condiciones en el servicio, se escogerá el método de compactación requerido para el laboratorio, entre los métodos alternos enumerados. Si las condiciones en servicio no están bien definidas, se prepararán y ensayarán especímenes dentro de una variación de pesos unitarios secos y contenidos de agua. Se cumplirán cuatro pasos para escoger los pesos unitarios, contenidos de agua, y métodos de compactación empleados para preparar especímenes representativos dentro de la variación del comportamiento resiliente.
1. Se establece la relación masa unitaria - humedad para el suelo según la norma INV E – 141, con martillo de 2.5 Kg (5.5 lb) y caída de 305 mm (12") (Equipo Normal).
2. Se determina la gravedad específic a de los suelos, de acuerdo con el métodoINV E – 128 .
3. Se usan los datos obtenidos para determinar el 100% y el 80% de saturación para diferentes densidades. Sobre el gráfico de la relación humedad- masa unitaria de terminada, se dibujan líneas para el 80% y para el 100% de saturación.
4. Se escogen las masas unitarias, las humedades y los métodos de compactación, que se deberán emplear para preparar especímenes de ensayo.
c) Compactación por métodos de amasamiento – Los moldes normales, asociados con métodos de compactación por amasamiento, tales como el Hveem o el Harvard miniatura, pueden no tener las dimensiones correctas para su utilización directa en el ensayo de resiliencia. Se pueden obtener, sin
embargo, moldes de las dimensiones correctas, para lo cual, los métodos a los que se hace referencia atrás, se pueden adaptar a los nuevos moldes. Generalmente, esto requerirá ajustes por tanteos en el número de capas compactadas o en el número de golpes por capa, o ambos, para producir especimenes de los pesos unitarios requeridos. Especimenes compactados de mayor tamaño se pueden preparar y recortar al tamaño correcto del espécimen de ensayo. Ocho pasos se requerirán para el procedimiento de compactación por ama sado.
1. Se establece el número de capas N que van a usarse para compactar el suelo.Se determina la masa húmeda del suelo requerid a por capa, W
L . El espesor de
la capa no deberá exceder de 50 mm (2").
WL
(g) = Wt / N
2. Se coloca en el molde la masa de suelo determinada en el paso 1. Se compacta de acuerdo con el procedimiento establecido para las dimensiones del molde y el compactador usado. Se escarifica la superficie para las capas restantes.
3. Se repite el paso 2 para las capas restantes.
4. Después que se haya completado el espécimen, se verifica el contenido
de agua de compactación w
c del suelo restante. La muestra para humedad no
deberá pesar menos de 200 g para suelos con tamaño máximo de partículas de4.75 mm (No.4) y no menos de 500 g para suelos con un tamaño máximo departículas mayor. Se registra este valor en un formato para suelos cohesivos como se muestra en la Figura 7.
5. Se remueve cuidadosamente el espécimen del molde. Si el espécimen compactado no tiene las dimensiones deseadas, se recorta el espécimen de ensayo de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma INV E – 153 , "Parámetros de Resistencia del Suelo Mediante Compresión Triaxial". Si el molde de compactación tiene las mismas dimensiones del espécimen de ensayo deseado, se pueden obtener extremos de superficies planas, aplicando una pequeña carga estática al espécimen antes de que sea cuidadosamente removido del molde.
6. Se pesa el espécimen con aproximación al gramo más próximo, y se determina la altura y el diámetro promedio con aproximación a 0.5 mm (0.02"). Se anotan dichos valores en un formato para suelos cohesivos, como se muestra en la Figura 7.
7. Empleando un dilatador de membranas al vacío, se coloca una membrana delgada e impermeable sobre el espécimen. Se ponen anillos en “O ” u otros sellos de presión alrededor de la membrana, para proporcionar un sello
positivo a las platinas del tope y del fondo, como las que se usan en la cámara triaxial.
8. Se envuelve la muestra incluida en la membrana, en una bolsa plástica, y se coloca en un ambiente de por lo menos el 75% de humedad relativa, durante un período de no menos de 24 horas, para asegurar una distribución uniforme de la humedad. Si no se va a emplear un acondicionamiento después de la compactación o una saturación po r contrapresión, el espécimen está listo para transferirlo a la cámara triaxial para ensayo de resiliencia.
d) Compactación mediante carga estática – En ausencia de métodos norma les para compactación estática, se emplea el método descrito en esta norma . El proceso consiste en compactar un peso conocido de suelo húmedo hasta volumen que es fijado por las dimensiones del conjunto del molde. Un molde típico empleando 3 capas para la preparación de un espécimen de 71 mm (2.8") de diámetro y 152 mm (6") de altura, se muestra en la Figura 5.
Se p ueden desarrollar otros equipos adecuados y disponer el número de capas necesarias para producir muestras de dimensiones mayores. Para la compactación estática se requieren dieciséis pasos, a saber:
1. Se e stablece el número N de capas que se debe emplear para compactar el suelo. El espesor de cada capa se deberá limitar a 50 mm (2"). Se determina el peso del suelo húmedo por capas.
WL
(g) = Wt / N
2. Se coloca uno de los pistones de carga dentro del molde de la muestra.
3. Se coloca el peso del suelo WL
, determinado en el paso 1 dentro del molde para la muestra. Se usa una espátula para quitar el suelo del borde del molde , para formar un ligero montículo en el centro.
4. Se inserta el segundo pistón de carga y se coloca el c onjunto en la máquina de carga estática. Se aplica una carga pequeña, se ajusta el molde de manera que permanezca a igual distancia de la tapa de los pistones de carga.
La presión desarrollada en el suelo por la carga inicial sirve para mantener el molde en su lugar. Teniendo ambos pistones de carga simultáneamente en posición para que no haya cambio de volumen, se obtienen pesos unitarios más uniformes, por capa.
5. Se aumenta lentamente la carga, hasta que las tapas del pistón de carga descansen firmemente contra el molde. Se mantiene la carga en o cerca de la carga máxima, por lo menos durante 1 minuto. La rata de carga y la duración de la misma, dependen de la cantidad de rebote del suelo. Para una rata de carga más baja y a mayor duración de la carga , el rebote será menor.
6. Se disminuye la carga hasta cero y se retira el conjunto de la máquina de carga.
7. Se remueve el pistón de carga , se escarifica la superficie de la capa compactada, se pone el peso correcto del suelo W
L para una segunda
capa, y se a justa el suelo como en el paso 3. Se agrega un anillo espaciador y se invierte el pistón de carga.
8. Se invierte el dispositivo y se repite el paso 7.
9. Se coloca el conjunto en la máquina de carga y se carga lentamente mientras se mantiene la carga en o ce rca de la carga máxima cuando el disco espaciador hace contacto firmemente con el molde.
10. Se repiten los pasos 6, 7, 8 y 9, tanto como sean requeridos.
11. Después que haya sido completado el espécimen, se determina el contenido del agua de compactación (w
c) del suelo restante. La muestra para
humedad no deberá pesar menos de 200 g para suelos con tamaño máximo de partículas de4.75 mm (tamiz No.4) y no menos de 400 g para suelos con tamaño máximomayor. Se registra este valor en un formato para suelos cohesivos.
12. Se coloca el pistón de extrusión dentro del molde de la muestra y se fuerza el espécimen hacia afuera del molde y dentro del molde de extrusión.
13. Se usa el molde de extrusión para deslizar cuidadosamente el espécimen compactado sobre una placa de vidrio.
14. Se determina la masa del espécimen compactado, con aproximación al gramo.
Se mide la altura y el diámetro del espécimen con aproximación a 0.5 mm(0.02") y se registran los valores en un formato para suelo cohesivo.
15. Empleando un dilatador de membranas, se coloca la membrana delgada a prueba de pinchazos sobre el espécimen. Se colocan anillos en “O” o con otros sellos de presión alrededor de la membrana para proporcionar un sello efectivo a las platinas sólidas de los extremos superior e inferior, similares a los que se emplean con la cámara triaxial.
16. Se cura el espécimen como se describe en la Sección 6.4.c, paso 8. Si no se va a efectuar ninguna operación después de la compactación, como por ejemplo , saturación por contrapresión después de la compactación, el espécimen se halla listo para el ensayo de resiliencia en la cámara triaxial.
e) Saturación por contrapresión después de la compactación de especímenes de suelos cohesivos – Si un espécimen de suelo cohesivo inalterado o que se compacta por los métodos de las Secciones 6.4.c . y 6.4.d, se va a saturar antes del ensayo, deben cumplirse los siguientes 22 pasos:
1. Se separa el espécimen de ensayo de las platinas de los extremos, removiendo primero los anillos de caucho en “O”, y luego doblando o enro llando cuidadosamente la membrana desde los extremos del espécimen, hasta una distancia de aproximadamente 6.4 mm (¼").
2. Se coloca una piedra porosa saturada, encima del pedestal o de la platina de base de la cámara triaxial. Se satura la línea de drenaje del fondo de la cámara triaxial y el dispositivo para medir presión de poros, antes de iniciar este proceso, haciendo pasar agua desaireada a través de él. Si se usa una platina de tipo removible para el fondo, se ajusta ésta firmemente a la cámara triaxial para obtener un sello hermético.
3. Con la válvula de drenaje del fondo cerrada, se coloca la muestra de ensayo sobre la piedra porosa saturada, se desdobla cuidadosamente la membrana hacia abajo y se sella ésta al pedestal o a la platina de base con un anillo en “O” o con otro sello de presión.
4. Se coloca la piedra porosa superior y la placa del extremo superior (con la válvula de saturación de ingreso) sobre la parte superior del espécimen, se desdobla la membrana hacia arriba, y se sella al extremo superior de la platina.
5. Con la línea de drenaje del fondo del espécimen cerrada, se conecta la entrada de vacío de la parte superior del espécimen a una fuente de vacío a través de una cámara de burbujas y se ap lica un vacío de 35 kPa (5 lb/pulg²). Si no hay burbujas, se ha obtenido un sello hermético para el sistema.
Cuando hay burbujas, se verifican los goteos causados por conexiones pobres, huecos en la membrana o sellos imperfectos en las platinas de los extremos.
6. Cuando se hayan eliminado los escapes , se desconecta la fuente de vacío. Si se ha de medir la respuesta del espécimen empleando los TLDV montados internamente, se requieren los pasos 7, 8 y 9. Si se van a emplear TLDV montados exte riormente, el método continúa con el paso 10.
7. Se abre la a brazadera del TLDV inferior y se fija cuidadosamente en un punto ubicado, aproximadamente, en el cuarto inferior del espécimen.
8. Se repite el paso 7 para la abrazadera superior, colocándola en el punto del cuarto superior, asegurando que ambas abrazaderas queden en planos horizontales.
9. Se conectan los TLDV a la unidad de registro y se balancean los puentes de registro. Esto requerirá ajustes del registrador y de los vástagos de los TLDV. Cuando se haya obtenido el balanceo de un puente de registro, se de term ina la separación vertical entre las abrazaderas de los TLDV con aproximación a 0.5 mm (0.02") y se registra este valor en un formato para suelos cohesivos.
10. Se asienta la celda de carga en su lugar sobre la parte superior de la muestra si se emplea la configuración de la celda de carga de la Figura 1.
11. Se coloca el cilindro de la cámara y la placa de cubierta. Se inserta el pistón de carga , asegurándose de obtener una conexión firme con la celda de carga.
12. Se ajustan firmemente las varillas de unión de la cámara.
13. Se desliza el conjunto del aparato, y se coloca en una posición bajo el dispositivo de carga axial. Se baja el dispositivo de carga y se ac opla al pistón de la cámara triaxial.
14. Se conecta la línea de suministro de presión a la cámara y se aplica una presión de confinamiento de 35 kPa (5 lb/pulg²).
15. Se conecta la línea de drenaje del fondo del espécimen a un recipiente de agua destilada desaireada, para la cual se pueda controlar la contrapresión.
16. Se reconecta la línea de drenaje de la parte superior de la muestra a la fuente de vacío a través de la cámara de burbujas. Se aplica un vacío de 21 kPa (3 lb/pulg²) a la parte superior de la muestra.
17. Se abre la válvula de drenaje del fondo y se deja que el agua suba lentamente a través de la muestra. Cuando aparezca fluyendo el agua del espécimen en la línea superior de drenaje, se desconecta la fuente de vacío.
18. Se conecta la línea de drenaje superior a un segundo recipiente de agua destilada desaireada. Se mantiene la contrapresión en este recipiente, 35 kPa (5 lb/pug²) menos que la presión en el recipiente conectado al fondo de la muestra.
19. Se eleva la presión de la cámara y la contrapresión lentamente, en incrementos de 35 kPa (5 lb/pulg²) hasta 518 kPa (75 lb/pulg²) y 483 kPa (70 lb/pulg²) respectivamente, teniendo cuidado de mantener aproximadamente la presión de la cámara en 35 kPa (5 lb/pulg²) por encima de la contrapresión en el drenaje del fondo del recipiente, para evitar flujo entre el espécimen y la membrana.
20. Se contin úa el flujo de a gua a través del sistema, manteniendo la diferencia de
35 kPa (5 lb/pulg²) en la contrapresión aplicada a las líneas de drenaje de la parte superior e inferior, hasta que haya sido eliminado todo el aire.
21. Cuando haya sido eliminado todo el aire del espécimen de ensayo, un aumento de la presión de la cámara (con las válvulas de contrapresión de la parte superior y del fondo del recipiente, cerradas) se traducirá en un incremento, aproximadamente igual, en la presión de poros.
Cuando se logre esta condición , que puede tomar varios días, se reduce la contrapresión a cero y la presión de la cámara hasta 35 kPa (5 lb/pulg²), teniendo cuidado de mantener la presión de la cámara 35 kPa más alta que la contrapresión.
22. Después que la contrapresión y la presión de la cámara hayan sido reducidas a cero, se desconectan las líneas de drenaje de la parte superior e inferior, y se abren a la presión atmosférica (cámara triaxial exterior). El espécimen está listo ahora, para el ensayo de resiliencia.
6.5 Compactación de especímenes de suelos granulares – Suelos granulares que exhiban suficiente cohesión (aparente) para permitir su manejo (remoción del molde, transporte y sello en la membrana de caucho), se pueden compactar mediante los métodos descritos en las Secciones 6.4.c . y 6.4.d.
No es necesario, sin embargo, considerar efectos por la estructura del suelo. Las excepciones son algunos limos plásticos, que pueden exhibir también propiedades resilientes que dependen de las condiciones de compactación. Los materiales gra nulares que no se pueden manejar, se compactarán como se describirá más adelante.
a) Relación de humedad- masa unitaria – Cuando es conocida la variación de masa unitaria en el terreno y de las condiciones de humedad que se representarán con los especímenes de laboratorio, éstos se pueden compactar directamente al contenido de humedad en servicio, empleando los métodos de6.4.c, 6.4.d o 6.5.b. Si no están bien definidas las condiciones del servicio, se preparan y ens ayan especímenes sobre una variación de masas unitarias seca s y contenidos de humedad.
Se establecen las relaciones entre humedad- masa unitaria del suelo de acuerdo con la norma INV E – 141 , empleando un martillo de 2.5 K g (55 lb) y una caída de 30.5 mm (12") (Equipo Norma l).
b) Compactación de suelos granulares empleando un molde partido y un vibrador
– Materiales granulares no cohesivos, son verdaderamente compactados,mediante el empleo de un molde partido montado sobre la base de la celda triaxial como se muestra en la Figura 6. Las fuerzas de compactación son generadas mediante un vibrador, tal como un pequeño martillo neumático operado manualmente. Se necesitan los 26 pasos siguientes para compactar el espécimen:
1. Se ajusta la base de la muestra en su sitio sobre la base de la cámara triaxial.Es esencial que se asegure un sello hermético al aire.
2. Se colocan las dos piedras porosas más la tapa sobre la base de la muestra (se necesitan dos piedras porosas para especímenes saturados, pero generalmente sólo deberá usarse la piedra inferior para ensayos de especímenes no saturados). Se determina la altura de la base, tapa, y piedras con aproximación al 0.5 mm (0.02") más próximo, y se anota este valor en un formato para suelos granulares, como se muestra en la Figura 8.
3. Se remueven la tapa de la muestra y la piedra porosa superior si ésta es usada .Se mide el espesor de la membrana de caucho con un medidor micrométrico y se registra este valor en un formato para suelos granulares.
4. Se coloca la membrana de caucho sobre la base de la muestra y la piedra porosa inferior. Se fija la membrana en su sitio con sellos de anillos en “O”.
5. Se coloca el molde partido primero alrededor de la base de la muestra y se pasa la membrana por dentro del molde. Se aprieta firmemente el molde partido en su sitio. Se debe tener cuidado para evitar pinchazos en la membrana.
6. Se estira la membrana apretadamente sobre el borde del molde. Se aplica un vacío al molde para remover todas las arrugas de la membrana. El empleo de plástico poroso que forme un forro tubular como se muestra en la Figura 6.,
asegura que la membrana se ajuste exactamente alrededor del perímetro interior del molde. El vacío se debe mantener durante el procedimiento de compactación.
7. Se usan calibradores para determinar con aproximación a 0.5 mm (0.02") el diámetro interior de la membrana tubular ajustada al molde. Se determina con aproximación a 0.5 mm (0.02") la distancia desde la parte superior de la piedra porosa, hasta el borde del molde.
8. Se determina el volumen V del espécimen que se va a preparar. El diámetro del espécimen es el diámetro medido en el paso 7, y la altura es un valor menor que el determinado en el paso 7 pero al menos de 2 veces el diámetro.
9. Se determina la masa del material que se debe compactar dentro del volumen V determinado en el paso 8, para obtener la masa unitaria y el contenido de agua deseados, como se describió en la Sección 6.3.
10. Se determina el número de capas N que se van a emplear para la compactación.
Norma lmente, los espesores de las capas serán de 25.4 a 38.1 mm (1" a 1.5"). S e determina la masa del suelo húmedo requerido para cada capa W
L , como
sedescribe en la Sección 6.4.c, paso 1.
11. Se coloca la masa total requerido de suelo, Wad
dentro de una bandeja para mezcla. Se agrega la cantidad de agua reque rida W
aw y se
mezcla perfectamente.
12. Se determina la masa del suelo húmedo más la de la bandeja de mezclado, y se anota en un formato para suelos granulares.
13. Se coloca la cantidad de suelo húmedo requerido para una capa WL
, dentro del molde. Se debe tener cuidado de evitar rebose. Se usa una espátula para quitar el material del borde del molde y se forma un pequeño montículo en el centro del mismo.
14. Se inserta la cabeza del vibrador y se vibra el suelo hasta que la distancia entre la superficie compactada y el borde del molde sea igual a la distancia medida en el paso No.7, menos el espesor de la capa escogida en el paso No.10. Esto puede requerir la extracción e introducción de la cabeza del vibrador varias veces, hasta que por experiencia se obtenga la medición del tiempo de vibración requerido.
15. Se repiten los pasos 13 y 14 para cada nueva capa. La distancia medida desde la superficie de la capa compactada hasta el borde del molde, es reducida sucesivamente por el espesor de cada nueva capa, a partir de l paso 10. La superficie final deberá ser un plano pulido y horizontal.
16. Cuando la compactación esté completa, se mide la masa de la bandeja de mezcla más el exceso de suelo, y se anota en un formato para suelos granulares. La masa determinada en el paso 12, menos la masa
medida ahora, es la masa del suelo húmedo incorporado en los especímenes. Se verifica el contenido del agua de compactación w
c del
suelo remanente en la bandeja. La
muestra para humedad no deberá pesar menos de 200 g para suelos con tamaño máximo de partículas de 4.75 mm (No.4) y no menos de 500 g para suelos con tamaño máximo de partículas mayor. Se registra este valor en el formato para suelos granulares.
17. Se coloca la piedra porosa y la tapa de la parte superior sobre la superficie del espécimen. Si la tapa de la muestra se proyecta por encima del borde del molde, se deberá sellar firmemente la membrana contra la tapa con un anillo de sello “O ”. Si no es así, el sello se puede aplicar posteriormente .
18. Se conecta la entrada de vacío -s aturación, a una fuente de vacío y se aplican
35 KPa (5 lb/pulg²) de vacío con una cámara de burbujas. El vacío sirve para detectar escapes y para producir un esfuerzo inducido rígidamente al material, para evitar el colapso cuando se remueva el molde.
19. S e remueve cuidadosamente el molde con la muestra. Se sella la membrana a la tapa de la muestra si esto no se ha hecho. Se determina con aproximación a0.5 mm (0.02") la altura de la muestra con tapa y base, y el diámetro del espécimen con la membrana tub ular. Se anotan estos valores en el formato para suelos granulares.
20. Se observa la presencia o ausencia de burbujas de aire en la cámara de burbujas. Si no hay burbujas, se ha logrado un sello hermético. Si hay burbujas, compruebe los escapes causados por conexiones mal hechas, huecos en las membranas, o sellos imperfectos en la tapa y en la base. La existencia de un sello hermético asegura que la membrana permanecerá firmemente en contacto con el espécimen. Esto es esencial para el empleo de la abraza dera montada interiormente para los TLDV. Los escapes a través de huecos en las membranas, se pueden eliminar frecuentemente cubriendo la superficie de la membrana con caucho líquido (látex) o empleando una segunda membrana.
21. Cuando haya sido eliminado el escape, se abre la abrazadera inferior de los TLDV y se coloca cuidadosamente sobre el espécimen, aproximadamente , a una altura del cuarto inferior del espécimen.
22. Se repite el paso 21 para la abrazadera superior y se coloca a la altura del cuarto superio r. Se debe asegurar de que ambas abrazaderas permanezcan en planos horizontales.
23. Se conectan los TLDV a la unidad de registro y se balacean los puentes de registro. Esto requerirá ajustes al registrador y ajuste de los vástagos de los TLDV. Cuando se haya obtenido un registro del puente de balanceo, se determina con aproximación de 0.5 mm (0.02") la separación vertical entre las abrazaderas de los TLDV, y se registra este valor en un formato para suelos granulares.
24. Se coloca la celda de carga sobre la platina del extremo de la muestra, se ensa mbla el resto de la celda, y se ajustan firmemente las varillas de unión. Se desliza el aparato ensamblado, se coloca en posición bajo el
dispositivo de carga axial, y se ac oplan los pistones del impulsor y de la cámara triaxial.
25. Se conecta la línea de suministro a la cámara de presión y se aplica una presión de 35 kPa (5 lb/pulg²).
26. Se suspende la producción de vacío de la entrada de vacío- saturación y se c ierra esta línea. Si el espécimen va a ser ensayado con el contenido de agua tal como fue compactado, está listo ahora para el ensayo de resiliencia. Si el espécimen va a estar sometido a saturación por contrapresión después de la compactación, se completan los pasos listados en 6.5.c. para suelos granulares.
c) Saturación después de la compactación por contrapresión – Los especímenes de ensayo de suelos granulares, para ser saturados por inundación de contrapresión, son preparados mediante los métodos descritos en la Sección6.5.b. Después de completarlos, se siguen los siguientes pasos adicionales queson necesarios para saturar el suelo:
1. Se conectan el suministro de vacío a la entrada del vacío (en la parte superior del espécimen) y la línea de drenaje del fondo a una fuente de agua destilada y desaireada.
2. Se a plica un vacío de 14 a 21 kPa (2 a 3 lb/pulg²), se abre la línea de drenaje del fondo , permitiéndose que el agua suba lentamente a través del espécimen.
3. Se continúa la inundación con agua a través del sistema para remover todo el aire atrapado. Para evaluar la presencia o ausencia de aire, la respuesta de la presión de agua en los poros para un incremento de la presión de la cámara es observada, tal como se describe para suelos cohesivos, en la Sección 6.4.e , paso 21.
4. Cuando haya sido eliminado todo el a ire, se mantiene la presión de la cámara en 69 kPa (10 lb/pulg²), aplicando una contrapresión de 35 kPa (5 lb/pulg²) a la fuente de suministro de agua, mientras se cierra la válvula de producción de vacío. La presión efectiva de confinamiento de 35 kPa (5 lb/pulg²) sobre la muestra, es igual ahora a la presión de la cámara de 70 kPa (10 lb/pulg²), menos la contrapresión 35 kPa (5 lb/pulg²). El espécimen se encuentra listo para el ensayo de resiliencia.
7. PROCEDIMIENTO
7.1 Ensayos de resiliencia sobre suelos co hesivos – Los procedimientos descritos en este numeral se emplean para espec ímenes de suelos de subrasantes cohesivos sin tratar , inalterados o compactados en el laboratorio . En este método se pueden incluir especimenes de 150 mm de diámetro de materiales Tipo 2 y de70 mm de diámetro.
a) Conjunto de cámara triaxial – El ensayo de resiliencia de especímenes previamente sometidos a saturación por
contrapresión según los procedimientos de la
Sección 6.4.e), se comienzan con el paso 7.1.b).
Espec ímenes recortados de muestras inaltera das, y especímenes compactados en el laboratorio, que no hayan sido sometidos a saturación por contrapresión
después de la compactación, se colocan en la cámara triaxial y en el aparato de carga, según los siguientes pasos:
1. Se coloca el conjunto de la base de la cámara triaxial sobre la plataforma de la máquina de carga. Si la cámara tiene una platina de fondo removible (base de la muestra), se a justa firmemente para obtener un sello hermético.
2. Se coloca una piedra porosa húmeda y el papel filtro encima del pedestal o sobre la platina del extremo del fondo de la cámara triaxial.
3. Se coloca cuidadosamente el espécimen sobre la piedra y se procede a colocar la membrana. Se coloca la membrana en un dilatador de membrana, se aplica vacío al dilatador , se coloca cuidadosamente la membrana al especimen, se quita el vacío, se dobla la membrana y se sella al pedestal o placa del extremo del fondo, con un anillo en “O” o con otro sello de presión.
4. Se coloca un papel filtro húmedo y la pla tina superior (tapa de la muestra que tiene incorporada una piedra porosa húmeda) y la celda de carga sobre la muestra, se dobla la membrana y se sella a la platina superior.
5. Si el espécimen se ha compactado con la membrana y las piedras porosas se omiten los pasos 2, 3 y 4. En cambio se coloca en el plato de base de la cámara triaxial el “espécimen previamente ensamblado.”
6. Se cierra la válvula sobre la línea de saturación de la placa superior (esta línea no se necesita para el ensayo de resiliencia de muestras no sometidas a la saturación después de la compactación). Una vez cerrada la válvula, se evitará la pérdida de aire de la cámara durante el ensayo.
7. Se conecta la línea de drenaje del fondo de la muestra a una fuente de vacío a través del punto me dio de una cámara de burbujas. Se aplica un vacío de 7 kPa ( 1 lb/pulg²). Si hay burbujas, se comprueban los escapes como se describe en la Sección 6.4.e, paso 5.
8. Cuando se haya eliminado el goteo, se desconecta el productor de vacío. Se instala el conjunt o de TLDV en la cámara triaxial y se co loca bajo el dispositivo de carga axial, como se describe en la Sección 6.4.e, pasos 7 al 14.
b) Conducción del ensayo de modulo resiliente – Las siguientes etapas son requeridas para efectuar el ensayo del módulo res iliente sobre suelo cohesivo instalado en la cámara triaxial y colocado en el aparato de carga, como se describe en la Sección 6.4.e. o en el 7.7.a.
1. Se abren todas las válvulas de drenaje que conducen al espécimen, para simular condiciones drenadas. Pruebas no drenadas requieren saturan previa y procedimiento de prueba no esta contemplada en esta norma.
2. Si la línea de suministro de la cámara de presión no está conectada, se conecta y se aplica una presión de confinamie nto (presión de la cámara) de 41.4 kPa (6 lb/ pulg²), al espécimen de ensayo. En cada serie de carga s e debe mantener
e l esfuerzo axial desviador de contacto, 10% ± 0.7 kPa del esfuerzo axial máximo aplicado, para esa respectiva de serie .
3. Se vuelven a balancear los p untos de registro para los TLDV y para la celda de carga. Las cargas aplicadas con la barra pistón de la celda superior se deben ajustar a los esfuerzos mostrados en la Tabla 2, después de contabilizar la carga neta ascendente o descendente resultado del calculo, como se indic a a continuación:
F A P W
Donde:
Ffuerza resultante,
A área transversal de la barra pistón,
Ppresión de confinamiento, y
W peso de la barra pisto y del sistema para medir deformación montado en el exterior del espécimen.
Tabla 2 Series de prueba para suelos de subrasante
SeriePresión de cámara,
s 3
kPa
Máximo esfuerzo axial
desviador, s d
kPa psi
Esfuerzo cíclico,
s c
kPa psi
Esfuerzo constante,
0.1s d
No. de aplicacione
sde carga
0 41.4 27.6 4 24.8
3.6
2.8
.4 500 - 10001 41.4 13.8 2 12.
41.8
1.4
.2 102 41.4 27.6 4 24.
83.6
2.8
.4 103 41.4 41.4 6 37.
35.4
4.1
.6 104 41.4 55.2 8 49.
77.2
5.5
.8 105 41.4 68.9 1
062.0
9.0
6.9
1.0 106 27.6 13.8 2 12.
41.8
1.4
.2 107 27.6 27.6 4 24.
83.6
2.8
.4 108 27.6 41.4 6 37.
35.4
4.1
.6 109 27.6 55.2 8 49.
77.2
5.5
.8 1010 27.6 68.9 1
062.0
9.0
6.9
1.0 1011 13.8 13.8 2 12.
41.8
1.4
.2 1012 13.8 27.6 4 24.
83.6
2.8
.4 1013 13.8 41.4 6 37.
35.4
4.1
.6 1014 13.8 55.2 8 49.
77.2
5.5
.8 1015 13.8 68.9 1
062.0
9.0
6.9
1.0 10Nota: Las series 14 y 15 no se usan en materiales clasificados cono Tipo 1
4. Se comienza el ensayo aplicando 500 repeticiones de una carga equivalente a un esfuerzo desviador máximo de 27.6 kPa ( 4 lb/pulg²), correspondiente a un esfuerzo cíclico de 24.8 kPa . Se usa un pulso de carga medio seno verso como se describe en la Sección 5.2. Si la muestra todavía esta experimentando disminución al final de las 500 repeticiones se deben continuar hasta completar las 1000, como lo indica la serie 0 de la Tabla 2.
La anterior secuencia de esfuerzos constituye el acondicionamiento de la muestra, esto es, la eliminación de los efectos del intervalo entre la compactación y la carga, y la eliminación del cargue inicial contra la recarga. Es te acondicionamiento de carga ayuda también a disminuir los efectos de un contacto inicialmente imperfecto entre las platinas de los extremos y el espécimen de ensayo.
5. Se continua con la serie 1, se deja la presión de cámara 41.4 kPa (6 lb/ pulg²) y se va ría el esfuerzo axial máximo desviador hasta 13.8 kPa ( 2 lb/pulg²). Se aplican 100 repeticiones del esfuerzo desviador cíclico, 12.4 kPa (1.8 lb/pulg²) y se registra en el formato , Tabla 4, la deformación recuperable para los últimos cinco ciclos, separadamente para cada TLDV y el promedio de los dos TLDV. Se procede de igual forma para las series 2, 3, 4 y 5.
6. Se disminuye el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta 27.6 kPa( 4 lb/pulg²). Se repite el paso 5 hasta completar las series 6, 7, 8, 9 y 10.
7. Se disminuye el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta 13.8 kPa ( 2 lb/ pulg²). Se repite el paso 5 hasta completar las series 11, 12, 13, 14 y15.
8. Si en algún momento la deformación permanente de la muestra excede el 5%, se debe parar la prueba y reportar el resultado en una hoja de cálculo apropiada.
9. Al terminar las series de carga se debe chequear si la deformación total permanente supera el 5 %. Si no excede se debe proceder a efectuar una prueba rápida de corte al espécimen. En caso contrario se sigue con el paso 11.
10. Prueba de rápida de corte – Se aplica una presión de cámara de 27.6 kPa (4 lb/pulg²) al espécimen. Se aplica carga axial por el método de deformación controlada a una velocidad de 1% de deformación por minuto. Se continua cargando hasta que la carga decrezca con un incremento de deformación o hasta que se alcanza el 5% de deformación o hasta que la capacidad de la celda de carga sea alcanzada. Los datos internos del transductor de deformación y de celda de c arga se deben grabar. La deformación del espécimen y carga se deben registrar en intervalo de máximo de 3 s egundos .
11. Una vez concluido el proceso de carga (con la cámara de presión en cero), se desarma la cámara triaxial y se remueven las abrazade ras de los TLDV.
12. Se usa la muestra completa para determinar el contenido de agua y se a nota este valor en el formato para suelos cohesivos.
7.2 Ensayo de resiliencia de suelos granulares – Los procedimientos incluidos en esta parte, se emplean para todos los mater iales granulares no tratados de base y subbase. Pueden ser incluidos especimenes de suelo clasificados como Tipo1 o Tipo 2.
a) Ensamble del conjunto de cámara triaxial – Cuando la compactación es completada se colocan el disco poroso de bronce y el cabezal en la superficie superior del espécimen. Se debe rodar la membrana de caucho fuera del borde del molde y sobre el cabezal de la muestra. Si el cabezal de muestra sobresale el borde del molde, la membrana se sellará herméticamente contra el cabezal con un sello de O-anillo. Si no se hace, el sellado se puede aplicar después. Se insta la el espécimen en la cámara del triaxial como en la Sección 7.1.
1. Se conecta la línea de suministro de presión a la cámara y se aplica una presión de confinamiento de 103.4 kPa.
2. Se suspende el suministro del vacío de la entrada de saturación de vacío y se deben abrir las válvulas de drenaje para presión atmosférica , superior y de fondo.
b) Conducción del ensayo de modulo resiliente – Después de que haya sido preparado el espécimen de ensayo, y que se haya colocado en el dispositivo de carga, como se describe en las Secciones 6.5.b) o 6.5.c), se necesitan los pasos siguientes para efectuar el ensayo de módulo resiliente:
1. S i todavía no ha sido hecho, se ajusta la posición del dispositivo de carga axial o el soporte de la base de la cámara triaxial, en cuanto sea necesario, para acoplar el pistón del dispositivo de generación de carga y el pistón de la cámara triaxial. El pistón de la cámara triaxial deberá ser soportado firmeme nte sobre la celda de carga. En cada serie de carga se debe mantener el esfuerzo axial desviador de contacto, 10% ± 0.7 kPa del esfuerzo axial máximo aplicado, para esa respectiva de serie.
2 Se vuelven a balancear los puntos de registro para los TLDV y para la celda de carga. Las cargas aplicadas con la barra pistón de la celda superior se deben ajustar a los esfuerzos mostrados en la Tabla 3, después de contabilizar la carga neta ascendente o descendente resultado del calculo, como se indica a continuación:
F A P W
Donde:F fuerza resultante,
Aárea transversal de la barra pistón,
P presión de confinamiento, y
W peso de la barra pis to y del sistema para medir deformación montado en el exterior del espécimen.
Tabla 3 Series de prueba para materiales de base/subbase
SeriePresión de cámara,
s 3
kPa
Máximoesfuerzo axial
desviador, s
Esfuerzo cíclico,
s c
kPa psi
Esfuerzo constante ,
0.1s d
kP a psi
No. de
aplicaciones de carga
0 103.4
15
103.4
15 93.1 13.5
10.3
1.5 500- 10001 20.
73 20.7 3 18.6 2.7 2.1 . 3 1
02 20.7
3 41.4 6 37.3 5.4 4.1 . 6 103 20.
73 62.1 9 55.9 8.1 6.2 . 9 1
04 34.5
5 34.5 5 31.0 4.5 3.5 . 5 105 34.
55 68.9 1
062.0 9.0 6.9 1.0 1
06 34.5
5 103.4
15
93.1 13.5
10.3
1.5 107 68.
910
68.9 10
62.0 9.0 6.9 1.0 108 68.
910
137.9
20
124.1
18.0
13.8
2.0 109 68.
910
206.8
30
186.1
27.0
20.7
3.0 1010 103.
415
68.9 10
62.0 9.0 6.9 1.0 1011 103.
415
103.4
15
93.1 13.5
10.3
1.5 1012 103.
415
206.8
30
186.1
27.0
20.7
3.0 1013 137.
920
103.4
15
93.1 13.5
10.3
1.5 1014 137.
920
137.9
20
124.1
18.0
13.8
2.0 1015 137.
920
275.8
40
248.2
36.0
27.6
4.0 10
3 Se vuelven a balancear los puentes de registro de datos para los TLDV y la celda de carga.
4 Acondicionamiento - Se coloca una presión de confinamiento de 103.4 kPa (1 5 lb/pulg²) y se aplica un mínimo de 500 repeticiones de una carga equivalente al máximo esfuerzo axial desviador 103.4 kPa y correspondiente al esfuerzo cíclico de 93.1 kPa, de acuerdo con la serie 0 Tabla 3. Se usa un pulso de carga medio seno vers o como se describe en la Sección 5.2. Si la muestra todavía esta experimentando disminución al final de las 500 repeticiones se deben continuar hasta completar las 1000, como lo indica la serie 0 de la Tabla3.
La anterior secuencia de esfuerzos constituye el acondicionamiento de la muestra, esto es, la eliminación de los efectos del intervalo entre la compactación y la carga, y la eliminación del cargue inicial contra la recarga. Este acondicionamiento de carga ayuda también a disminuir los efectos de un contacto inicialmente imperfecto entre las platinas de los extremos y el espécimen de ensayo. Las válvulas de drenaje se deben abrir a la presión atmosférica durante la prueba de modulo resiliente. Esto si se quieren simular condiciones de drenaje. Simula ción de condición de no drenaje requiere de saturación previa. Tal procedimiento no esta contenido en este método.
Si la deformación permanente total alcanza a 5 % durante el acondicionamiento, el proceso de acondicionamiento debe ser suspendido. Una revisión debe acompañar el proceso de compactación para identificar alguna
causa de porque la muestra no alcanzo una adecuada compactación. Si la el espécimen proviene de una explanación la revisión no se puede hacer, el material debe ser reconformado y prob ado en un segundo tiempo. Si la muestra de nuevo alcanza 5% de deformación total vertical permanente durante el acondicionamiento, la prueba debe ser terminada y se añade una notación al formato de reporte .
5 Prueba del espécimen – La prueba se ejecuta sig uiendo la secuencia de carga de la tabla 2, usando un pulso de carga de forma de medio seno verso como se describió anteriormente. Se reduce la presión de cámara a 20.7 kPa ( 3 lb/pulg²) y el esfuerzo axial máximo desviador a 20.7 kPa ( 3 lb/pulg²), serie 1.
6 Se aplican 100 repeticiones del esfuerzo cíclico correspondiente, usando el pulso de carga descrito en la Sección 5.2. Se debe registrar en el formato la deformación recuperable de los últimos cinco ciclos para cada LVDT y la deformación promedio para lo s dos LVDT.
7 Se continua con la serie 2, se incrementa el esfuerzo axial máximo desviador a41.4 kPa ( 6 lb/pulg²) y se repite el paso 6.
8 Se continúa la prueba con las restantes series de la Tabla 2 (series de 3 a 15), registrando la deformación recuperada. Si para algún tiempo de carga la deformación permanente total excede el 5%, se debe parar la prueba y reportar en el formato correspondiente.
9 Al terminar las series de carga se debe chequear si la deformación total permanente supera el 5 %. Si no excede se debe proceder a efectuar una prueba rápida de corte al espécimen. En caso contrario se sigue con el paso 11.
10 Prueba rápida de corte – Se aplica una presión de confinamiento de 34. 5 kPa ( 5 lb/pulg²) al espécimen Se aplica carga axial por el método de deformación controlada a una velocidad de 1% de deformación por minuto. Se continúa cargando hasta que la carga decrezca con un incremento de deformación o hasta que se alcanza el 5% de deformación o hasta que la capacidad de la celda de carga sea alcanza da. Los datos internos del transductor de deformación y de celda de carga se deben grabar. La deformación del espécimen y carga se deben registrar en intervalo de máximo de 3 s egundos.
11 Se reduce la presión de la cámara hasta cero, se desmonta la celda y se remueven las abrazaderas de los TLDV.
12 Se remueve la membrana de caucho y se usa el espécimen de ensayo completo para determinar el contenido de agua. Se registra este valor en un formato para suelos granulares.
8. CÁLCULOS
Los cálculos se efectúan empleando una disposición tabular a partir de un formato, Tabla 4, y se pueden presentar como se muestra en las Figuras 7 y 8.
9. INFORME
9.1 Suelos cohesivos – El informe debe incluir lo siguiente:
9.1.1 Se registran en la Tabla 4 los datos generales del espécimen de suelo ensayado.
9.1.2 El formato para los cálculos de los módulos resilientes se muestran en la Tabla 5. Se registran los datos para la serie respectiva. Solo es necesario la consignación de lo hecho en los últimos cinco ciclos de carga. La entrada debe corresponder exactamente con los niveles de esfuerzos mostrados en la Tabla2 (Subrasante). En cada serie se deben encontrar el promedio y la desviación estándar para cada columna. Promedio y desviación estándar de las deformaciones, cargas y esfuerzos para los últimos cinco ciclos.
2
x xs n 1
9.1.3 Gráficas que muestren la variación del módulo resiliente, con el esfuerzo desviador y de confinamiento (Véase Figura 9), para cada espécimen ensayado.
9.1.4 Observaciones: Se anota cualquier condición inusual o de otros datos que sean considerados necesarios, para interpretar apropiadamente los resultados obtenidos.
9.2 Suelos granulares – El informe del ensayo del módulo resiliente de suelos granulares, deberá incluir lo siguiente:
9.2.1 Se regis tran en la Tabla 4 los datos generales del espécimen de suelo ensayado.
9.2.2 El formato para los cálculos de los módulos resilientes se muestran en la Tabla 5. Se registran los datos para la serie respectiva. Solo es necesario la consignación de lo hecho en los últimos cinco ciclos de carga. La entrada debe corresponder exactamente con los niveles de esfuerzos mostrados en la Tabla la Tabla 3 (Base/Subbase). En cada serie se deben encontrar el promedio y la desviación estándar para cada columna. Promedio y desviación estándar de las deformaciones, cargas y esfuerzos para los últimos cinco ciclos.
2
x xs n 1
9.2.3 Gráficas que muestren variaciones del módulo resiliente, con los esfuerzos desviadores y de confinamiento para cada espé cimen, como se muestra en la Figura 9.
9.2.4 Gráfico logarítmico del módulo resiliente contra la suma de los esfuerzos principales, como se muestra en la Figura 10 para cada espécimen.
9.2.5 Para cada gráfico se deberán establecer las constantes de regresión K1 y K 2.
9.2.6 Observaciones: Se anotan las condiciones inusuales o aquellos otros datos o parámetros que se consideren necesarios para interpretar adecuadamente los resultados.
10. NORMAS DE REFERENCIA
AASHTO T 307 – 99 (2003)
Figura 9 . Gráfico aritmético de re sultados del ensayo de módulo resiliente
Figura 10 . Gráfico logarítmico de resultados del ensayo de módulo resiliente
Tabla 4 Datos Generales de la muestra ensayada
I.N.V. OFICINA DE
APOYO
TÉCNICO
MÓDULO RESILIENTE PARA SUELOS COHESIVOS
Regional
Hoja No. de
Obra: Masa del espécimen:
Sitio:
Masa inicial recipiente
Muestra No.: + suelo húmedo, g:
Gravedad específica:
Masa final recipiente
+ suelo húmedo, g:
Medidas del especímen de suelo
Masa suelo húmedo usado:
Superior:
Medio: Volúmen espécimen de suelo
Diámetro, mm (pulg) Área inicial Ao
Inferior: mm² (pul²):
Promedio:
Volumen Ao Lo
Espesor de la membrana: cm³ (pul³):
Diámetro neto mm (pulg): Masa unitaria húmeda
Alt. es pécimen + tapa + base: kg/m³ (lbs/pie³):
Alt.tapa + base: Agua de compactación, wc, %:
Fecha:
Método de compactación:
Espaciamiento vertical*
entre abrazaderas TLDV
mm (pul):
Constantes:
TLDV vertical:
Carga de la celda:
Contenido de agua después del
ensayo de Resiliencia, %:
Observaciones:
Instituto Nacional de Vías
Tabla 5 Reporte para la prueba de Modulo Resiliente en suelos de subrasante y materiales no tratados de base/subbase
1- No. de Muestra 2- Tipo de Material
3- Fecha del ensayo
Columna 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
14Parámetro Presi
ónde cámara
Esfuerzoaxial máximo
No.de ci
Cargaefectiva axial máxi
Cargaefectiva axial cícli
Cargaefectiva axial
Esfuerzoefectivo axial
Esfuerzoefectivo axial
Esfuerzoefectivo axial
LecturaDeformación recuperable LVDT
LecturaDeformación recuperable LVDT
Promediodeformación recuperable LVDT
Deformación resiliente
Móduloresiente
Designación
s 3
s
ci
Pm
Pci
Pcon
s
s s H1
H 2
H er
MrUnidades kPa kPa N N N kPa kPa KPa m
mmm
mm
mm/mm
MPa
Serie 1
12345
Promedio de la columnaDesviación estándar
Serie 2
12345
Promedio de la columnaDesviación estándar
Nota: Se repite para las series de 3 a 15
E 156 - 33
