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DETERMINACIN DEL POTENCIAL DE EXPANSIVIDAD DE UN SUELO EN ELAPARATO DE LAMBE

I.N.V. E 120 07

1. OBJETO1.1 Esta norma describe un mtodo para la identificacin rpida de suelos que puedan

presentar problemas de expansin, es decir de cambio de volumen, como consecuenciade variaciones en su contenido de humedad.

1.2 Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad asociadoscon su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de

prcticas apropiadas de seguridad y salubridad y la aplicabilidad delimitaciones regulatorias, con anterioridad a su uso.

2. RESUMEN DEL MTODOEl mtodo consiste en valorar la expansin que experimenta una probeta de suelocompactado, en unas condiciones de humedad establecidas, utilizando el expansmetrode Lambe.

A estos efectos, el cambio de volumen potencial de un suelo queda comprendido dentrode uno de los cuatro grupos siguientes:

No crtico Marginal Crtico Muy crtico

La pertenencia a uno u otro grupo, se deduce mediante el ndice de Hinchamiento, quese define como la presin necesaria para reducir el hinchamiento de la muestra a unvalor muy pequeo en las condiciones que se fijan ms adelante. Esa magnitud y lascondiciones iniciales de humedad del suelo ensayado, permiten determinar el cambio

de volumen potencial (PVC) en el grfico de la Figura 1.

3. EQUIPO3.1 Aparato de Lambe El aparato Lambe para medir el ndice de hinchamiento se describe

en la Figura 2, se puede utiliza otro de similares caractersticas. Debe estar constituidopor los siguientes elementos:

3.1.1 Marco metlico y base El marco metlico y la base, deben ser resistentes, slidos, ycapaces de soportar sin deformaciones apreciables los esfuerzos producidos durante el

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ensayo. Pueden ser similares a los descritos en la Figura 2. El marco metlico debedisponer de elementos para fijar el anillo dinamomtrico.

3.1.2 Clula La clula del aparato debe estar constituida por:3.1.2.1 Un anillo portaprobeta, en el que se aloje la probeta de suelo a ensayar, con un espesor

tal que asegure que no se producen aumentos de dimetro apreciables bajo el efecto delas presiones que se generen durante el ensayo.

Las dimensiones de la superficie cilndrica interna deben de ser tales que la probeta unavez compactada tenga 70 mm de dimetro y 16 mm de altura.

3.1.2.2 Un anillo gua, de igual dimetro interior y espesor que el anillo portaprobeta y con unaaltura de unos 17 mm.

Tanto el anillo portaprobeta como el gua deben disponer en el borde, de un encaje paraque se asegure un buen ajuste entre ellos.

3.1.2.3 Dos placas porosas. Pueden ser de material abrasivo o metlicas resistentes a lacorrosin, debiendo en cualquier caso permitir libremente el paso del agua y con untamao de poro que evite la intrusin de partculas de suelo.

La placa inferior debe tener un dimetro mayor que el interior del anillo portaprobeta.La placa superior debe tener un dimetro menor que el interior del anillo, en un valorcomprendido entre 0,2 mm y 0,5 mm.

Esta placa puede adoptar una forma troncocnica para evitar posibles acodalamientos.En este caso la base mayor debe quedar en contacto con la probeta. La relacin entrelos dimetros de las bases superior e inferior debe estar comprendida entre 0,97 y 1.

3.1.2.4 Un pistn de carga, con la rigidez adecuada para que no experimente deformacionesapreciables durante el ensayo.

3.1.3 Anillo dinamomtrico El anillo dinamomtrico debe tener una rigidez tal que, unamilsima de milmetro de deformacin se produzca bajo una fuerza de 10 N 1 N.Debe ir slidamente unido al puente superior del marco metlico y disponer, en laposicin diametralmente opuesta, de un pistn de longitud variable con una tuerca debloqueo en la posicin deseada.

3.2 Martillo de compactacin del ensayo Proctor Normal, descrito en la norma INV E 141.

3.3 Horno Con circulacin de aire fro o caliente, con temperatura regulable hasta 60 C.3.4 Tamiz de 2.0 mm (No.10)3.5 Equipo auxiliar3.5.1 Enrasador metlico, de borde recto y afilado.3.5.2 Cuchara.

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3.5.3 Una brocha, de pelo suave.3.5.4 Un mazo de goma, para desmenuzar la muestra.

4. PREPARACIN DE LA MUESTRALa muestra de suelo se seca al aire, en horno, o por medio de secadores de aire fro ocaliente, pero siempre a menos de 60 C, hasta que la muestra se pueda deshacer pormedio del mazo de goma.

Una vez seca, se cuartea hasta obtener dos porciones de 1 kg aproximadamente. Una deellas, se tamiza por el2.00 mm (No.10). El ensayo se realiza con la fraccin que pasapor dicho tamiz, preparada con uno de los contenidos de humedad que se indican acontinuacin:

4.1 El correspondiente al lmite plstico A este estado se le denomina, en el lmiteplstico.

4.2 El que resulte de mantener la fraccin de la muestra de suelo durante 48 h en unambiente con una humedad relativa del 100%. Se puede utilizar una cmara hmeda. Aeste estado se le denomina, hmedo1.

4.3 El que resulte de mantener la fraccin de la muestra de suelo durante 48 h en unambiente con una humedad relativa del 50%. Se puede utilizar una cmara hmeda obien se puede dejar al aire durante 48 h en una zona de clima seco. A este estado se ledenomina, seco. (Nota 1)

Nota 1.- A fin de asegurar la homogeneidad de la humedad de la fraccin de muestra, se recomiendaextenderla con la mayor superficie posible y removerla peridicamente.

5. PROCEDIMIENTOEl procedimiento operatorio comprende los siguientes pasos:

5.1 Compactacin del suelo. Obtencin de la probetaEl nmero de capas y el de golpes por capa, con que se ha de compactar el suelo,depende de las condiciones de humedad en que se haya preparado, de acuerdo con lo

indicado en la Seccin anterior. En la Tabla 1 se indican los valores correspondientes ala definicin de la compactacin para cada caso:

Tabla 1. Alternativas de compactacin de la probeta

HumedadNo. deCapas

No. De golpes por capa conmartillo de Proctor Normal

Energa por unidad de volumen

Lmite plstico 1 5 Proctor Normal (INV E-141)

Hmedo (100% Hum. Relativa) 3 4 1/2 Proctor ModificadoSeco (50% Hum. Relativa) 3 7 Proctor Modificado (INV E-142)

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Se coloca sobre la base el anillo portaprobeta, y sobre ste, el anillo gua. Se sita elconjunto sobre un soporte de gran solidez para evitar amortiguamientos.

Segn las condiciones en que se haya preparado el suelo se debe proceder como seindica a continuacin:

5.1.1 Si se ha preparado con las condiciones de humedad correspondientes al lmite plstico,se coloca el suelo dentro de los anillos y se presiona con la maza uniformemente portoda su superficie, hasta que sta quede plana y unos 3 mm por debajo de la carasuperior del anillo gua. Se dan, seguidamente, cinco golpes repartidos por dichasuperficie, cambiando la posicin de la maza despus de cada golpe.

5.1.2 Si se ha preparado con las condiciones de humedad correspondientes a los estados quese han denominado hmedo y seco, se vierte en el interior del conjunto la cantidad de

suelo necesaria para que, una vez finalizada la compactacin, la altura de la capa sealigeramente superior a 1/3 de la altura del anillo. Se presiona seguidamente con la mazade manera uniforme, para distribuir bien el suelo. A continuacin, se aplican los golpesque correspondan segn el caso, repartindolos por toda la superficie. Antes de colocarla siguiente capa, se debe escarificar sta con un objeto punzante en una profundidadcomprendida entre 1 mm y 2 mm, para as facilitar la unin entre ambas.

5.1.3 En cualquiera de los casos, al finalizar la compactacin, la superficie de la probeta debequedar entre 3 mm y 6 mm por encima del plano de separacin de los dos anillos. Siesto no se consigue a la primera, se debe repetir el proceso, aumentando odisminuyendo la cantidad de suelo a compactar en cada capa. Finalizada lacompactacin, se sueltan los elementos de fijacin y se gira ligeramente el anillo guapara facilitar su separacin, y se retira.

5.1.4 Se enrasa el suelo al nivel de la cara superior del anillo portaprobeta, empezando porlos bordes y avanzando hacia el centro, hasta que se consiga una superficie plana. Si eneste proceso queda alguna pequea cavidad, se rellena con suelo procedente delenrasado, tomando toda clase de precauciones para que no se altere el resto de laprobeta. Seguidamente, se gira con suavidad el anillo portaprobeta para despegarlo dela base y se retira de la misma

Nota 2.- Si al realizar esta operacin se desprende parte del material, se debe interrumpir el proceso yvolver a compactar con suelo preparado en algunos de los estados cuyo contenido en humedad sea superioral anterior.

5.1.5 Se eliminan los restos de suelo que hayan podido quedar en la base, si la compactacinse ha efectuado directamente sobre sta.5.2 Montaje del equipo5.2.1 Se coloca la placa porosa inferior sobre la base del equipo y sobre sta el anillo

portaprobeta, asegurando un buen contacto entre dichos elementos. A continuacin, sesita el anillo gua encima del anillo portaprobeta, quedando asegurado el ajuste pormedio del encaje que ambos disponen. Se fija el conjunto mediante los tornilloscorrespondientes y se colocan sobre la probeta, la placa porosa y el pistn de carga. Se

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coloca en su posicin, el puente superior del marco metlico con el anillodinamomtrico, y se fija a las columnas por medio de las correspondientes tuercas.

5.2.2 Se coloca la carga de fijacin, se ajusta el vstago del anillo sobre la superficie delpistn de carga hasta que se consiga una lectura del medidor de deformacionesequivalente a 40 N (4.1 kgf). Se fija a continuacin la contratuerca de que va provisto elvstago, de manera que quede sin juego. Se comprueba seguidamente que la lectura delmedidor de deformaciones sigue siendo la correspondiente a 40 N (4.1 kgf).

5.3 Realizacin del ensayoSe anota el tiempo y se aade agua, llenando la clula hasta que el nivel de aqullasobrepase ligeramente la cara superior del anillo gua. Se toman lecturas del anillodinamomtrico a medida que el suelo hincha, a diferentes tiempos, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15,30, 60, 90 y 120 minutos. Transcurridas 2 horas, se toma el valor de la lectura del

anillo dinamomtrico y se calcula el valor de la fuerza correspondiente en Newtons.

6. CLCULOSSe obtienen y se expresan los resultados del ndice de hinchamiento y del cambio devolumen potencial de la siguiente manera:

6.1 ndice de hinchamiento El ndice de hinchamiento es el cociente entre el valor de lafuerza calculada en la Seccin 5.3, expresada en N, y la seccin de la probeta,expresada en mm. El ndice de hinchamiento se expresa en MPa.

Nota 3.- 1 MPa = 1 N/mm1 MPa = 10,197162 kp/cm

6.2 Obtencin del cambio de volumen potencial (PVC) Una vez determinado el valor delndice de hinchamiento, se entra en la curva correspondiente del grfico de la Figura 1,de acuerdo con las condiciones iniciales de humedad del suelo ensayado, y se lee en eleje de abscisas el valor del cambio de volumen potencial (PVC), expresndose stecomo: No crtico, Marginal, Crtico o Muy Crtico.

7. NORMAS DE REFERENCIAProcedimiento descrito por T. William Lambe en Character Identification of

Expansive Soils. Technical Studies Report. F.H.A.701, Federal HousingAdministration, Washington 25, diciembre de 1960.

UNE 103 600 : 1996

HUMEDAD COMPACTACINSeco (w 50%) 3 capas/ 7 golpes por capa con martillo del Proctor Normal

Hmedo (w 100%) 3 capas/ 4 golpes por capa con martillo del Proctor NormalLmite plstico (L.P) 1 cpa / 5 golpes por capa con martillo del Proctor Normal

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Figura 1. ndice de hinchamiento vs. Cambio de volumen potencia (%PVC)

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Figura 2. Aparato de Lambe