DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA SECA (DENSIDAD SECA) Y LA HUMEDAD DE EQUILIBRIO

I.N.V. E – 146 – 07

1. OBJETO

1.1 Esta norma establece los procedimientos prácticos a seguir, para determinar experimentalmente la masa unitaria seca (densidad seca) de equilibrio y la humedad correspondiente.

1.2 Estos valores brindan una indicación de las condiciones probables de trabajo

de los suelos de subrasante bajo pavimentos asfálticos en servicio y pueden servir como base para establecer la resistencia o la respuesta dinámica de dichos suelos con fines de diseño estructural.

2. DEFINICIONES

2.1 Masa unitaria seca de equilibrio (γd A) – Es la masa unitaria seca que , a través del tiempo, logra un material de subrasante sometido a las condiciones normales de servicio (tránsito), sea por densificación debida a las cargas, o por aumento de volumen debido a la succión de agua.

2.2 Humedad de equilibrio (wA) – Es aquella que se tendrá bajo la estructura, una

vez que el flujo de agua haya cesado, es decir, bajo una condición estática de flujo.

2.3 Masa unitaria seca máxima (γd) – Es la masa unitaria seca máxima que puede

alcanzar el material que se compacta la con energía de compactación del ensayo INV E -142 (Proctor Modificado).

2.4 Masa unitaria seca suelta (γd L) – Es la masa unitaria seca del material, cuando

las partículas están en leve contacto entre sí. En suelos cohesivos, es la masa unitaria del material en el estado que corresponde al límite líquido (LL) y en los suelos arenosos es la masa unitaria determinada directamente de la relación Masa/Volumen.

2.5 Razón de compactación (RC) – Es una relación existente entre la masa unitaria

de servicio o real de la subrasante en equilibrio, que se denomina γdA , y los dos valores extremos de masa unitaria : la masa unitaria seca suelta γdL y la masa unitaria seca máxima γd. Se calcula de la siguiente forma:

dLd

dLdARCγγ

γγ

−

−=

Por lo tanto, RC = cero (0), cuando γ dA = γ dL y RC = uno (1), cuando γ dA = γd

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3. EQUIPO

El equipo utilizado es el correspondiente a otros ensayos, a saber:

3.1 Equipo para determinar el límite líquido (LL).

3.2 Equipos para determinar la gravedad específica de la fracción fina y el peso específico aparente de gravas y arenas.

3.3 Elementos para determinar la masa unitaria seca suelta :

3.3.1 Recipiente cilíndrico de aproximadamente cinco (5) dm³ (litros) de capacidad,

construido con material indeformable.

3.3.2 Varilla de acero, con punta roma, de 15.8 mm (5/8") de diámetro y 300 ó 400 mm (12 ó 16") de largo.

3.4 Tamices para granulometría, de 4.75 mm (No.4) y 425 µm, (No.40).

3.5 Equipo de compactación del ensayo INV E – 142 (Proctor Modificado).

4. PROCEDIMIENTO

El procedimiento incluye la determinación de los resultados de los siguientes ensayos:

4.1 Límite Líquido (LL) – Se lleva a cabo de acuerdo con la norma INV E – 125. 4.2 Granulometría – Se requiere conocer los porcentajes de material que pasan los

tamices de 4.75 mm (No.4) y de 425 µm (No.40). 4.3 Ensayo de compactación – Se ejecuta teniendo en cuenta las siguientes

características: molde de 152.4 mm (6") de diámetro y 114.3 mm (4.5") de altura, capacidad de 2124 cm³ (1/13.33 pie ³), norma INV E – 142 (Proctor Modificado); pisón de 4.54 kg (10 lb) de peso, de 450 mm (18") de caída, con guía; collar de 60 mm (2 3/8"); cinco (5) capas, con 56 golpes cada una.

4.4 Pesos específicos aparentes (Gb) – Se denominan y determinan los pesos

específicos aparentes de los agregados grueso, intermedio y fino, según la gradación, así:

Denominación Pasa Tamiz Retenido en tamiz Método de ensayo

Gbg - 4.75 mm (No.4) INV E-223

Gbi 4.75 mm (No.4) 425 µm (No.40) INV E-222

Gbf 425 µm (No.40) - INV E-128

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Se calcula el peso específico aparente medio (Gbm) en la siguiente forma:

Gbfc

Gbib

Gbga

Gbm++

= 100

donde:

a = Porcentaje retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4)

b = Porcentaje que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) y es retenido en el tamiz de 425 µm (No.40)

c = Porcentaje que pasa el tamiz de 425 µm (No.40).

Nota 1. - Los valores del peso específico aparente obtenidos deben guardar la siguiente relación:

Gbg < Gbi < Gbf

Puede prescindirse de la determinación de Gbi, estableciendo:

2GbfGbg

Gbi+

=

El error que se puede cometer es de muy poca incidencia e influye menos en el cálculo de γ dL, que el error que puede cometerse en la determinación del límit e líquido.

4.5 Masa unitaria seca suelta – Se consideran tres casos:

4.5.1 Si el IP es igual o mayor de 10, se deduce en función del límite líquido, de la

granulometría y del peso específico aparente medio (Gbm) en la siguiente forma:

Se corrige el valor del límite líquido en función del valor c, (c = porcentaje que pasa por el tamiz de 425 µm (No.40)), así:

100'

cLLLLcorregidolíquidoLímite

×=

El valor de la masa unitaria seca suelta (γ dL) se calcula con la fórmula:

'100

100

LLGbm

dL

+=γ

4.5.2 Si el IP es menor de 5 se deter mina experimentalmente en la forma que se

describe a continuación:

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Se llena el recipiente (numeral 3.c)), con el material completamente seco, colocándolo en 3 capas, compactadas con 25 golpes dados con la varilla especificada. Se enrasa y se pesa.

VP

dL =γ

donde: P = masa del material que llena el recipiente, y

V = volumen del mismo.

Se toma el promedio de tres o cuatro determinaciones.

4.5.3 Si el IP está comprendido entre 5 y 10, se determina la masa unitaria seca

suelta aplicando las dos alternativas anteriores, adoptando el valor de γ d L que arroje el menor valor para la masa unitaria seca (densidad) de equilibrio, γdA , calculada como se indica más adelante.

5. CÁLCULOS

5.1 Se calcula la Razón de Compactación en servicio de cualquier suelo cohesivo, con base a los valores experimentales de la fracción que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) y el límite líquido, mediante la fórmula:

4.464.0'

1−

−=LLLog

RC

5.2 Cálculo de la densidad de equilibrio γdA – Reemplazando este valor en la

fórmula dada en la Sección 2.5 se tiene:

4.464.0'

1−

−==−

− LLLogRC

dLd

dLdA

γγ

γγ

despejando, la Masa Unitaria Seca (Densidad) de Equilibrio se calcula:

( ) dLdLddA

LLLogγγγγ +−

−

−=4.4

64.0'1

dLdLddA RC γγγγ +−= )(

5.3 Determinación de la humedad de equilibrio (wA) – La humedad de equilibrio (wA ) se encuentra de la siguiente manera:

Se dibuja la curva de compactación del ensayo de compactación Modificado, INV E – 142, masa unitaria seca o densidad seca y humedad de compactación

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y sobre esta gráfica se traza la curva de cero por ciento (0%) de vacíos de aire o de ciento por ciento de saturación , del suelo en estudio. Por el punto de coordenadas γd máxima y humedad óptima (wópt ), se traza una paralela a la curva de 0% vacíos, hasta cortar una línea horizontal trazada por la ordenada correspondiente a dAγ . La abscisa del punto de intersección será el valor buscado (wA). El procedimiento anterior hace pensar que la idea es pretender que el suelo en estado de equilibrio, tiene el mismo porcentaje de vacíos de aire que el suelo en el estado más denso. La demostración de lo anterior lleva a la ecuación:

optddA

A ww +−=γγ

100100

donde:

wopt = Humedad óptima del ensayo de compactación (norma INV E – 142).

6. NORMAS DE REFERENCIAS

VN E-24-68 SEOP, Dirección Nacional de Vialidad, Ministerio de Obras Publicas, Argentina.