Métodos de ensayo estándar para Expansión Uni-dimensional, Contracción y Presión de Expansión en Mezclas de Suelo y Cal.

Esta norma es emitida sobre la designación fija D 3877; el número inmediato a la designación indica el año original de aprobación o, en el caso de revisión, el año de la última revisión. El número entre paréntesis indica el año de la última reaprobación. Un sobrescrito épsilon (є) indica un cambio en la editorial desde la última revisión o reaprobación.

1. Aplicación*1.1 Estos métodos de ensayo muestran procedimientos de expansiones, contracciones, y

pruebas de presión de expansión en mezclas de suelo y cal compactadas y puede ser usadas para determinar el contenido de cal requerido para lograr el control deseado de cambios de volumen causados por incrementos o decrementos de humedad.

1.2 Las pruebas son usadas para determinar (1) la magnitud de los cambios de volumen bajo diferentes condiciones de carga, (2) La tasa de cambio de volumen, y (3) la magnitud de los cambios de presión con cambios de humedad de la mezcla de suelo y cal que se llevará a cabo. La permeabilidad de la mezcla de suelo y cal también puede, si es deseado, ser determinada en las diferentes condiciones de carga.

Nota 1- Diferencias en las condiciones de campo puede generar mayores efectos de expansión y contracción en suelos expansivos. Por lo tanto, en la mayor medida de lo posible, las condiciones de campo iniciales y futuras deben duplicarse, particularmente con respecto a la humedad y densidad.

1.3 Todos los valores observados y calculados deben ser conforme las directrices para dígitos significativos y el redondeo establecido en la Práctica D 6026.1.3.1 El método usado para especificar la cantidad de datos usados, calculados, o

registrados en esta prueba no son relacionados directamente a la exactitud de los datos que se pueden aplicar en diseño u otros usos, o ambos. Las aplicaciones de los resultados obtenidos usando éste método, están más allá de su ámbito de aplicación.

1.4 Los valores indicados con unidades SI son los considerados como norma. Los valores mostrados entre paréntesis son solamente para información.

1.5 Ésta prueba no pretende abordar todas las preocupaciones de seguridad, en su caso, asociado con su uso. Esa es la responsabilidad del usuario de esta prueba de establecer seguridad apropiada y buenas prácticas y determinar la aplicabilidad de las limitaciones antes de su uso.

2. Documentos de referencia2.1 Pruebas ASTM:

C 51 Terminología Relacionada a Cal y Piedra Caliza (como es usada por la industria)

D 427 Métodos de Prueba para Factores de Contracción de Suelos. D 653 Terminología Relacionada al Suelo, Roca y Fluidos Confinados. D 698 Métodos de prueba de Relaciones Humedad-Densidad de Suelos y

Mezclas Suelo-Agregado Usando Pisón de 2.49-kg (55lb) y Caída de 305-mm (12-in.).

D 854 Métodos de Ensayo para Gravedad Específica de los Suelos.

D1452 Práctica para la Investigación del Suelo y Toma de Muestras mediante Perforaciones con Brocas.

D1557 Método de Ensayo para características de Compactación de Suelos en Laboratorio Usando una Energía Específica (56000ft-lbf/ft³)((2700kN-m/m³)).

D 2216 Métodos de Prueba para la Determinación en Laboratorio del Contenido de Humedad de Suelo y Roca.

D 2435 Métodos de Ensayo para Propiedades de Consolidación Uni-dimensional de Suelos.

D 3551 Método para preparación en Laboratorio de Mezclas de Suelo y Cal Usando un Mezclador Mecánico.

D3740Práctica para Organismos que Participan en La prueba y/o Inspección de Suelo y Roca Usada en Diseño Ingenieril y Construcción.

3. Terminología3.1 Definiciones:3.2 Referente a Terminología C51 para términos relativos a cal.3.3 Referente a Terminología D 653 para términos relativos a suelos.

4. Importancia y Uso4.1 Para estos ensayos las expansiones potenciales relativas de mezcla suelo-cal se puede evaluar conteniendo varias cantidades de cal. Para cada evaluación, la cantidad de cal requerida para reducir la expansión a niveles aceptables se puede determinar. Los datos pueden ser usados después para el diseño y requisitos de especificaciones para un relleno estructural y un relleno de subrasante donde los suelos expansivos son encontrados y sea deseado dar un cierto grado de control de expansión-contracción a la estructura de cimentaciones y subrasantes de caminos. Las pruebas también mostrarán si los suelos específicos son candidatos a una estabilización con cal.

Nota 2- La calidad de los resultados arrojados por esta prueba depende de la competencia del personal del laboratorio y de las facilidades de uso. Los organismos que siguen el criterio de la Práctica D 3740 generalmente son capaces de realizar pruebas/muestreos/inspección/ y similares. Los usuarios de esta prueba son advertidos que cumpliendo con la Práctica D 3740 no se asegura confiabilidad en los resultados. La confianza de los resultados depende de muchos factores; La Práctica D 3740 muestra algunos tipos de evaluación de éstos factores.

5. Aparatos5.1 Los aparatos deben mostrar todos los requerimientos del Método de ensayo D 2435, excepto si el espesor mínimo de la muestra es 19.0mm (0.75in.). Los aparatos deben ser capaces de ejercer una presión la muestra de por lo menos 200% de la carga de diseño máxima estimada y por lo menos la máxima presión de expansión.5.2 Micrómetro indicador de deformaciones, es montado en el aparato como se muestra en la figura 1. Otros aparatos equivalentes, pueden ser usados para montar el medidor. La sensibilidad del medidor de deformación debe ser +/-0.0025mm (+/-0.0001in.).

5.3 Anillo de deformación, Dispositivo a la misma Altura del anillo de la muestra que debe tener una aproximación de +/- 0.02mm (+/-0.001 in.) y que puede ser colocado en el consolidómetro.5.4 Consolidómetro, equipado con un drene inferior y un tubo permeámetro vertical para remover cualquier burbuja de aire de la muestra y también es usado para adicionar el agua de la muestra, como se muestra en la figura 1. 5.5 Collar de extensión, sirve para la compactación de muestras, cerca de 100 mm (4in.) de profundidad y del mismo diámetro del anillo de la muestra.Nota 3- Las muestras pueden ser compactadas en un molde más grande que el anillo de la muestra y las muestras se cortarán para ajustarse al anillo de la muestra.

5.6 Martillo de compactación, debe ser el que se especifica en los Métodos de Ensayo D 698, Método A, u otro que sea similar.5.7 Placas de Vidrio, 2, sirven para cubrir cada anillo del consolidómetro.

6.0 Muestreo6.1 Las muestras de suelo natural para estos ensayes deben ser obtenidos de acuerdo con la Práctica D 1452 o con otros métodos aprobados. Las muestras de suelo no deben ser secadas en el horno antes de preparar la muestra de la prueba.

7.0 Procedimiento7.1 Ensamblar la base del consolidómetro, el anillo de la muestra, placas porosas y la placa de carga con el anillo de deformación en el recipiente vacío de la muestra con el mismo arreglo de piezas que se usaron para las pruebas de la muestra.7.2 Coloque el montaje en la misma posición del aparato de carga, estos se utilizarán durante la prueba.7.3 Aplicar una carga que genere en unidades de presión 2.4kPa (50lbf/ft²) en la placa de carga.7.4 Registrar la lectura inicial del anillo de deformación, r1. Marcar las partes de los aparatos para que puedan ser reensamblados en la misma posición durante la prueba en la muestra de suelo y cal.7.5 Preparar un mínimo de 1kg (2lb) de la mezcla suelo-cal con el contenido de cal y humedad deseados, de acuerdo con el Método D 3551. La mezcla no debe tener partículas mayores a 4.75mm (3/16 in., Malla No. 4).7.6 Pesar el anillo del consolidómetro.7.7 Con el collar de extensión colocado en el montaje del anillo del consolidómetro, se compacta la muestra en el anillo del consolidómetro con la humedad deseada, en unidades de peso, por medio de un martillo de compactación adecuado. La muestra debe tener un espesor cercano a 6mm (1/4in.) más grande que la profundidad del Anillo de deformación.7.8 Remover el collar de extensión y cortar material en exceso de la parte de arriba de la muestra con una regla y otra herramienta adecuada.7.9 Obtener una muestra húmeda del material cortado en un contenedor hermético para determinar contenidos de humedad de acuerdo con el Método de Prueba D 2216.

7.10 Inmediatamente después de haber cortado la muestra compactada, pesar la muestra y anillo y cubrir la superficie expuesta de la muestra con las placas de vidrio, hasta que la muestra se coloque en el dispositivo de carga.7.11 Calcular la densidad húmeda inicial de la muestra usando el volumen calculado del anillo del consolidómetro y el peso neto de la muestra. La densidad húmeda calculada, debe estar dentro de 16.02kg/m³ (1lb/ft³) y con 1% de contenido de agua que es requerido.7.12 Si la densidad deseada no es obtenida, se descarta la muestra. Repetir el proceso de compactación, ajustando el esfuerzo de compactación para lograr las unidades de peso deseadas.7.13 Cualquier curado de la muestra suelo-cal debe ser hecho en ese tiempo. Efectuar todo los curados en contenedores sellados para prevenir evaporación de humedad así como carbonatación de la cal.7.14 Al final del tiempo de curado, colocar la muestra con sus anillos del consolidómetro de confinamiento en el aparato de carga de acuerdo con el Método de Ensayo D 2435, asegurándose de que las partes coincidan con la posición que fue usada en la calibración inicial.7.15 Aplicar un asiento de carga que genere una presión igual a 2.4 kPa (50lbf/ft²).7.16 Registrar la lectura del medidor de deformación, r2. Usar la diferencia de r1 y r2 para determinar la altura exacta del espécimen.

8. Prueba de expansión

8.1 Las características expansivas de un suelo expansivo con o sin el tratamiento de cal varía de acuerdo a los esfuerzos aplicados.8.2 Por lo menos 2 muestras iguales se requieren para la prueba.8.3 Usando los procedimientos descritos en éste método y en el Método de Ensayo D 2435, determine los datos de 2 series de ensayos; (1) cargado y expandido, por lo cual, la muestra se satura con agua, y después es cargada para prevenir levantamiento (Curva A de la Figura 2), y (2) expandido y cargado, por lo que la muestra es saturada antes de ser cargada (Curva B de la Figura 2). Ver figura 2, para una gráfica de curvas A y B típicas. Cualquier otro procedimiento de carga podría ser de carácter intermedio y representado por puntos a lo largo de una trayectoria, como se muestra en la Curva C de la Figura 2.8.4 Cargado y expandido – Después de que la carga en el asiento ha sido aplicada y la lectura inicial del medidor de deformación ha sido registrada, se satura la muestra No. 1 de la siguiente manera.

8.4.1 Rellenar el tubo permeámetro vertical con agua destilada (Nota 4), tomando en cuenta el remover cualquier burbuja de aire atrapada en el sistema, humedeciendo lentamente la piedra porosa y drenando a través de la válvula de drenaje interior. (La válvula de agua en el tubo permeámetro debe ser lo suficientemente lenta para que la muestra no sea levantada.)8.4.2 Como el espécimen comienza a expandirse, se incrementa la carga que sea requerida para que la muestra tenga su altura original.8.4.3 Después de la carga máxima, la máxima presión de levantamiento se ha alcanzado y se debe mantener constante por 48 horas como mínimo, se reduce la carga a ½, ¼ y 1/8 de la máxima carga y finalmente el asiento de carga de 2.4 kPa (50lbf/ft²). Medir la altura con cada carga. Usar un mayor número de cargas si se requiere mayor detalle en la curva de la prueba. 8.4.4 Mantener todas las cargas por 24 horas, o más tiempo si se necesita, para obtener medidas constantes de altura.8.4.5 Remover la muestra del molde y pesar inmediatamente secar en el horno a 221°F (105°C).8.4.6 Determinar el contenido de agua de la muestra total de acuerdo con el Método de Ensayo D 2216.8.4.7 Obtener una gravedad específica de la muestra de prueba secada en el horno y determinar la gravedad específica del material de acuerdo con el Método de Prueba D 854.8.4.8 Calcular el grado de saturación del contenido de agua, densidad seca y la gravedad específica de la muestra.Nota 4- A menos de que se especifique lo contrario, se usará agua destilada. Frecuentemente es deseable usar agua con los mismos componentes químicos que hay en campo, como agua subterránea o agua transportada que es encontrada en campo, por efectos de cambio de base.

8.5 Expandido y cargado-después de que la carga inicial del asiento haya sido aplicada y la lectura del medidor de deformación ha sido registrada, se satura la muestra No. 2 de acuerdo con 7.4.

8.5.1 Permitir que la muestra se expanda sobre el asiento de carga por 48 horas como mínimo o hasta que la expansión sea completada.8.5.2 Cargar la muestra sucesivamente a 1/8, ¼, ½ y 1 veces la máxima carga encontrada en 8.4 para el espécimen No. 1 para determinar las características de reconsolidación de la muestra. Usar un mayor número de cargas si se requiere un mayor detalle en la prueba.8.5.3 Se deben seguir los procedimientos especificados en el Método de Ensayo D 2435 para medir cargas y todas las mediciones y determinaciones.

8.6 Expansión de Carga Individual- Cuando es deseado realizar pruebas de expansión separadas para otras condiciones de carga, se usa el siguiente procedimiento:

8.6.1 Después de que la carga en el asiento ha sido aplicada a la muestra y la lectura inicial del medidor de deformación haya sido registrada, cargar cada muestra con la carga deseada, y saturar la muestra de acuerdo con 8.4.1.8.6.2 Permitir que el espécimen se expanda sobre la carga aplicada durante 48 horas o hasta que la expansión sea completada. Medir la altura de la muestra expandida. 8.6.3 Reducir la carga a solo la carga de los asientos. Deje que la atura sea constante y mídala, después remueva la muestra del anillo y obtenga el contenido de agua, densidad seca, gravedad específica y el grado de saturación, de acuerdo con 8.4.1. Un ejemplo de los datos de una prueba con una muestra intermedia se muestra en la Curva C de la Figura 2.

Nota 5- Como ejemplo, la curva C es traza sin expansiones y con el punto de presión de levantamiento máxima de la Curva A, los datos de la prueba con la muestra intermedia y el punto de expansión máxima de la curva B.

9. Prueba de permeabilidad9.1 Después de que la saturación de cualquier muestra de las pruebas descritas en 6.5, 8.4 y 8.6 hayan sido completadas, las lecturas de permeabilidad se pueden tomar a cualquier hora durante la prueba llenando el tubo permeámetro.9.2 Se registra el nivel de agua inicial, Hi, y se deja que el agua se filtre a través de la muestra.9.3 Se mide la altura final del agua, Hf, y el tiempo transcurrido en minutos.9.4 La prueba de permeabilidad de cualquier condición particular de carga debe ser llevada a cabo por lo menos en un periodo de 24 horas.

10. Prueba de contracción10.1 Cuando se necesitan las mediciones de contracción en secado, se prepara una muestra adicional de acuerdo con 7.5 y 7.6. Moldear el espécimen en el anillo del molde con las mismas condiciones de densidad y contenido de agua de los especimenes de expansión No. 1 y No. 2.

10.1.1 Medir la altura inicial, volumen, contenido de agua y densidad como es descrito en 7.6 y 7.16.10.2 Determinación de la altura de contracción- Si el es deseada la altura de la muestra secada al aire, se seca la muestra en aire por lo menos hasta un contenido de agua correspondiente a el límite de contracción como fue determinado en el Método de Ensayo D 427.10.2.1 Colocar la muestra secada en el molde del anillo en la maquina de carga 10.2.2 Aplicar el asiento de carga de 2.4 kPa (50lbf/ft²) y tomar lectura del medidor de deformación.

10.3 Determinación del volumen de contracción- Para medir el volumen de contracción, se permite que la muestra en el anillo sea secada al aire por lo menos con un contenido de humedad correspondiente al límite de contracción.

10.3.1 Después de que la muestra haya sido secada al aire, se remueve del molde del anillo y se obtiene su volumen por el método de encerado. El procedimiento de encerado es el mismo que es usado para la determinación del límite de contracción en el Método de Ensayo D 4943, exceptuando si el contenido de humedad inicial y el volumen de la muestra hayan sido determinados al principio por éste método.10.3.2 Si la muestra contraída se agrieta en partes separadas, se mide el volumen de cada parte y se suman para obtener el volumen total.

11. CálculoDatos de la Prueba de Expansión- Calcular relación de vacíos como sigue: e= (Volumen de vacíos/volumen de sólidos) = [(h-ho)/ho] (1)

Donde:e = relación de vacios

h = Altura de la muestra, y ho = Altura del material sólido con relación de vacíos igual a cero.

11.1.1 Calcular la expansión como un porcentaje del peso original, de la siguiente manera:

Δ3% = [(h2 – hi)/ hi] x 100 (2)

Donde:Δ = Porcentaje de expansión del volumen inicial,hi = Altura inicial del espécimen, yh2 = Altura de la probeta bajo una condición de carga especifica.

11.2 Datos de la prueba de permeabilidad- Calcular la tasa de permeabilidad por medio de la siguiente fórmula básica para el permeámetro de carga variable:

k= [(Ap X LS)/ (AS X 12) x (1/t ) In(Hi/Hf) (3)

Donde:K = Tasa de permeabilidad, pie/año,Ap = Área de la columna de suministro de la cabezal de filtración, in.²,AS = Área del espécimen, in.²,LS = Longitud de la muestra, in., yt = El tiempo transcurrido en años.

11.3 Datos de la prueba de Contracción- Calcular el volumen de la contraccióncomo porcentaje del volumen inicial de la siguiente manera:

Δs = [(vi – vd)/ vi] x 100 (4)

Donde:Δs = Volumen del porcentaje de contracción del volumen inicial,Vi =Volumen inicial de la muestra (altura del espécimen en el momento en que el área es la del anillo contenedor).Vd =Volumen de ala muestra secada al aire por el método de encerado.

11.3.1 Calcular la altura de contracción de la siguiente manera:

Δhs = [(hi – hd)/ hi] x 100 (5)

Donde:Δhs = Altura de la contracción en porcentaje del peso inicial,

hi = Altura inicial de la muestra, yhd = Altura de la muestra secada al aire.11.3.2 Para calcular el cambio porcentual en el volumen totalde aire seco a condiciones de saturación, se agrega el porcentaje de contracción en el volumen de aire de secado, Δs, a la expansión por ciento envolumen de saturación, Δ, en 9.1. Este valor se utiliza como unindicador de las posibilidades de expansión total, basado en las condiciones iniciales de densidad y contenido de agua. Dado que los datos del volumen de expansión se determinan para diversas condiciones de carga, el cambio de volumen total también se puede determinar para variascondiciones de carga.

11.3.3 Para calcular la variación del porcentaje total en la alturade la saturación a las condiciones de aire seco, se añade el porcentaje de contracción de la altura, Δhs, para el porcentaje de expansión, Δ, cuando lamuestra se satura bajo cero o ciertas condiciones de carga, como se desee.

12. Trazado de datos d prueba

12.1 Trazar el ensayo de expansión como se muestra en la Fig. 2

13. Reporte

13.1 Expansión de los ensayos- Incluye la siguiente información en el reporte: 13.1.1 Identificación de la muestra (número de hoyos, la profundidad, ubicación). 13.1.2 Descripción del suelo muetreado y tamaño de la fracción del total de la muestra probada. 13.1.3 Porcentaje de cal mezclada con el suelo. 13.1.4 Contenido inicial de agua y las condiciones de la unidad de peso ygrado de saturación. Dar el porcentaje de densidad máximay contenido de agua óptimo para las mezclas compactadas de suelo-calbasado en los métodos de ensayo D 698, Método A, o D 1557, MétodoA, e indicará la denominación utilizada para la comparación. 13.1.5 Tipo de consolidómetro (anillo fijo o variable, la muestra detamaño) y el tipo de equipo de carga. 13.1.6 Un gráfico, las curvas de carga versus cambio de volumen, como se muestra en la figura. 2. (La gráfica de la relación de vacíos contra el registro de presiones puede ser incluida si es deseado). 13.1.7 Un trazo, registro del tiempo contra deformación, si es deseado. 13.1.8 Si se solicita específicamente, proporcionar la carga y el tiempo contra los datos de cambio de volumen.

13.1.9 Contenido final de agua, densidad seca, y los datos del grado de saturación. 13.2 Prueba de permeabilidad – EL reporte de datos de permeabilidad y cualquier otros datos que se hayan solicitado. 13.3 Prueba de contracción: 13.3.1 Incluye datos sobre la disminución del volumen de lacondición inicial de secado al aire y si se desea, la otra informacióntales como el cambio total en el volumen y en la altura. 13.3.2 Reportar las condiciones de carga bajo las cuales, las mediciones del cambio de volumen fueron obtenidas. 13.3.3 Incluye también 13.1.1, 13.1.2, 13.1.3, 13.1.4, y 13.1.9.

14. Precisión y sesgo. 14.1 Precisión - La precisión de estos métodos de ensayo no tiene datos comprobables. El subcomité está buscando los datos pertinentes para los usuarios de estos métodos de ensayo.

14.2 Sesgo - El procedimiento en estos métodos de ensayo para medir la expansión de una expansión unidimensional, la contracción, y la presión de levantamiento de la mezcla de suelo-cal no tiene sesgo porque el valor del límite de la contracción y la expansión sólo pueden ser definidos en términos del método de ensayo.

15. Palabras Clave. 15.1 Expansión; cal; permeabilidad; suelo-cal; levantamiento, volumencontracción.

SUMARIO DE CAMBIOS

De acuerdo con la política del Comité D18, esta sección identifica la ubicación de los cambios a esta norma desde la última edición (96) que puede afectar a la utilización de esta norma.

(1) Sección 1.3 en dígitos singficativos que fueron agregados y subsecuentemente pasa a ser posterior.

(2) Método de Prueba D 1557 y D 3740 y Prácticas D 6026, se añadieron a la Sección de Documentos de Referencia.

(3) Sección 3.1 en definiciones basadas de acuerdo con la política de comité D 18 y subsecuentemente pasa a ser posterior

(4) La nota 2 fue agregada de acuerdo con la política de comité D18 y subsecuentemente pasa a ser posterior.

(5) Se hicieron correcciones a la sección de referencia en la Sección 10.1.1.(6) Palabras claves fueron modificadas y añadidas a la sección 15.1.

ASTM Internacional no toma posición respecto a la validez de los derechos de patente declarados en relación con cualquier artículo mencionado en esta norma. Los usuarios de esta norma están advertidos expresamente que la determinación de la validez de los derechos de patente, y el riesgo de infracción de estos derechos, son enteramente su propia

responsabilidad.

Esta norma está sujeta a revisión en cualquier momento por el comité técnico responsable y debe ser revisado cada cinco años y si no es revisada, se debe aprobar de nuevo o debe ser retirada. Sus comentarios son invitados para la revisión de esta norma o para normas adicionales y deberán dirigirse a oficinas de ASTM Internacional. Sus comentarios serán atentamente examinados en una reunión del comité técnico responsable, a la cual usted puede asistir. Si usted siente que sus comentarios no han recibido un juicio justo debe

expresar su opinión al Comité de ASTM sobre las normas, a la dirección indicada más abajo.

Esta norma es propiedad de la ASTM Internacional, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, Conshohocken oeste, PA 19428-2959, Los Estados Unidos. Copias (simples o múltiples) de esta norma se pueden obtener poniéndose en contacto con ASTM en la anterior dirección o en el 610-832-9585 (teléfono), 610-832-9555 (fax), o service@astm.org (correo

electrónico), o a través del sitio web de ASTM (www.astm.org).