INORMA CHILENA OFICIAL NCh1726.Of80

Mecnica de suelos - Determinacin de las densidadesmxima y mnima y clculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

Prembulo

El Instituto Nacional de Normalizacin, INN, es el organismo que tiene a su cargo elestudio y preparacin de las normas tcnicas a nivel nacional. Es miembro de laINTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISIONPANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esosorganismos.

La norma NCh1726 ha sido preparada por la Divisin de Normas del Instituto Nacional deNormalizacin, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturalessiguientes:

Cemento MELON S.A., Depto. Asesora Tcnica Armando Soto O.Centro de Estudios, Medicin y Certificacin de Calidad,CESMEC Ltda. Henrique Scarella H.Consultora en Mecnica de Suelos Issa Kort K.E.C. Rowe y Asociados Enrique C. Rowe M.Empresa Nacional del Petrleo, ENAP Pedro Carvajal A.Instituto de Investigaciones Geolgicas Gloria Valenzuela B.Instituto Nacional de Capacitacin, INACAP Rubn Figueroa G.Instituto Nacional de Normalizacin, INN Alfredo Cifuentes S.Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU,Divisin de Desarrollo Urbano Jaime Tllez T.Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, DivisinPoltica Habitacional, Depto. de Normalizacin

Eduardo Cuevas O.Alfonso Herrera A.

Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, MINVU, SERVIUMetropolitano Walter Soto S.

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II

Ministerio de Obras Pblicas, Direccin de Vialidad Pablo Gutirrez D.Jorge Salgado A.

Ministerio de Obras Pblicas, Servicio Nacional de ObrasSanitarias, SENDOS Jos Petit V.Particular Eduardo Soto F.Particular Francisco Dick V.Particular Miguel Sandor E.Sociedad Chilena de Mecnica de Suelos y Fundaciones,SOCHIMSYF Andrs Prez M.Universidad Catlica de Chile Guido Concha G.Universidad Catlica de Chile, Ingeniera Estructural Arturo Morales M.Universidad Catlica de Valparaso, Escuela deConstruccin Civil Ral Espinace A.Universidad de Concepcin, Escuela de Ingeniera Arturo Gutirrez T.Universidad de Chile, Sede Valparaso, Depto. deTecnologas Eduardo Cruzat F.Universidad Tcnica del Estado, Depto. Obras Civiles Carmen Norambuena P.

Gerardo M. Silva Ch.Universidad Tcnica del Estado, Sede La Serena,Construccin Civil Mario Aguilera L.

Esta norma concuerda totalmente con la norma de la AMERICAN SOCIETY FOR TESTINGAND MATERIALS ASTM D 2049 - 69.

Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalizacin, ensesin efectuada el da 13 de junio de 1980.

Esta norma ha sido declarada Oficial de la Repblica de Chile por Decreto N 286 defecha 03 de octubre de 1980, del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, publicado en elDiario Oficial N 30.797 de fecha 23 de octubre de 1980.

1NORMA CHILENA OFICIAL NCh1726.Of80

Mecnica de suelos - Determinacin de las densidadesmxima y mnima y clculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

1 Alcance y campo de aplicacin

1.1 Esta norma establece un procedimiento para determinar las densidades secas mximay mnima de suelos no cohesivos, no cementados, de flujo libre, con un tamao mximonominal hasta 80 mm y que contienen hasta un 12% en masa de partculas menores que0,080 mm.

NOTA - En general se recomienda aplicar este procedimiento a aquellos suelos que, cumpliendo con 1.1,tengan un IP igual o menor que 5, determinado de acuerdo con NCh1517/2.

1.2 Esta norma es aplicable a suelos para los cuales la compactacin por impacto noproduce una curva bien definida de relacin humedad densidad y en los cuales la densidadmxima por impacto resulta generalmente menor que la obtenida por mtodos vibratorios.

1.3 Esta norma determina la densidad mxima mediante compactacin por vibrado y ladensidad mnima mediante vaciado.

1.4 Esta norma indica adems el procedimiento para calcular la densidad relativa (ndicede densidad).

NOTA - Se recomienda emplear el trmino ndice de densidad de acuerdo con el listado de la SociedadInternacional de Mecnica de Suelos y Trabajos de Fundaciones (SIMSTF).

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2 Referencias

NCh179 Mecnica de suelos - Smbolos, unidades y definiciones.NCh15081) Mecnica de suelos - Gua para la investigacin y muestreo de

suelos y rocas.NCh1516 Mecnica de suelos - Determinacin de la densidad en el terreno -

Mtodo del cono de arena.NCh1517/1 Mecnica de suelos - Lmites de consistencia - Parte 1:

Determinacin del lmite lquido.NCh1517/2 Mecnica de suelos - Lmites de consistencia - Parte 2:

Determinacin del lmite plstico.NCh1532 Mecnica de suelos - Determinacin de la densidad de partculas

slidas.

3 Terminologa

3.1 ndice de densidad (densidad relativa): estado de compacidad de un suelo conrespecto a los estados ms sueltos y ms densos obtenidos mediante los procedimientosde laboratorio descritos en este mtodo.

3.2 densidad mxima: densidad de un suelo en el estado ms denso obtenible segnensayo normal.

3.3 densidad mnima: densidad de un suelo en el estado ms suelto obtenible segnensayo normal.

3.4 Otros trminos aparecen definidos en NCh179.

4 Aparatos

4.1 Aparato de compactacin, compuesto por los siguientes elementos (ver figura 1):

4.1.1 Mesa vibradora, de acero, con cubierta vibradora de aproximadamente750 x 750 mm, apoyada sobre amortiguadores y accionada por un vibradorelectromagntico. El vibrador debe ser semisilencioso y con una masa igual o mayor que45 kg. Debe tener una frecuencia de 3660 vibraciones/min y una amplitud de vibradovertical entre 0,05 y 0,64 mm bajo una carga de 1 112 N ( 111,2 kgf).

4.1.2 Moldes metlicos, con una capacidad nominal de 2,8 y 14,2 litros respectivamente.Deben cumplir con los requisitos dimensionales de figura 2.

4.1.3 Tubos gua, metlicos, ajustables a cada tipo de molde. Con un sistema de ajusteconsistente en tres juegos de tornillos, dos de los cuales deben tener tuercas de fijacin.(Ver figura 3).

1) En preparacin.

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4.1.4 Placas base

Una placa de acero de 12,5 mm de espesor para cada tamao de molde. (Ver figura 4).

4.1.5 Sobrecargas

Una para cada tamao de molde. La masa total de la sobrecarga y su correspondienteplaca debe ser equivalente a 14 kPa para el molde en uso. (Ver figura 4).

4.1.6 Manilla

Una para cada placa base. (Ver figura 3).

4.1.7 Sujecin del calibre. (Ver figura 3).

4.1.8 Calibre

Deformmetro, comparador con indicador de dial, con un recorrido de 50 mm ygraduaciones de 0,01 mm.

4.1.9 Barra de calibracin, de metal de 75 x 305 mm x 3 mm.

4.1.10 Aparatos de vaciado

Embudos de 12,5 mm y 25 mm de dimetro por 150 mm de largo, con descargacilndrica. La boca de carga debe tener los bordes pestaados y contar con tarros demetal ajustables, de 150 mm de dimetro por 300 mm de altura.

4.1.11 Bandejas de mezclado

De dos tamaos: una de aproximadamente 900 mm x 600 mm x 10 mm y la otraaproximadamente 400 mm x 400 mm x 50 mm.

4.1.12 Balanzas

Una de 100 kg de capacidad con una precisin de 100 g y otra de 20 kg de capacidadcon una precisin de 1 g.

4.1.13 Aparejo de izar

Cuerda, cadena o cable que soporte a lo menos 1 400 N (140 kgf) de carga y roldana.

4.1.14 Herramientas y accesorios

Una pala, una porua, una brocha, un contador de tiempo o cronmetro que indiqueminutos y segundos, una regla metlica de 400 mm, un micrmetro de 0 a 25 mm conuna precisin de 0,01 mm, y un pie de metro.

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5 Calibracin

5.1 Determinacin del volumen del molde

Efectuar mediante uno de los procedimientos siguientes:

5.1.1 Por medicin directa

Determinar la altura y el dimetro interior promedio del molde aproximando a 0,1 mm.Calcular y registrar el volumen interno del molde aproximando a 1 cm3 (1 ml).

Calcular y registrar el rea promedio de la seccin interna del molde aproximandoa 0,1 cm2.

5.1.2 Por llenado con agua:

a) colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal;

b) llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrasar con una placa de vidrio,eliminando burbujas de aire y el exceso de agua;

c) determinar la masa de agua que llena el mode (mw) aproximando a 1 g;

d) medir la temperatura del agua y determinar su densidad pw de acuerdo con latabla 1, interpolando si fuera necesario;

Tabla 1 - Densidad del agua segn su temperatura

Temperatura CDensidad

g/cm3 (kg/l)16 0,999 09

18 0,998 59

20 0,998 20

23 0,997 54

26 0,996 78

29 0,995 94

e) determinar y registrar la capacidad volumtrica (Vc) aproximando a 1 cm3 (1 ml),

dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad Vc = mw/w.

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5.2 Lectura inicial del calibre

Determinar y registrar los espesores de la placa base y la barra de calibracin,aproximando a 0,01 mm.

Colocar la barra de calibracin sobre el molde, a lo largo del dimetro que pasa por el ejede los anclajes gua.

Insertar la sujecin del calibre en cada uno de los anclajes gua, con el vstago del calibresobre un extremo de la barra de calibracin y en el eje de los anclajes gua.

La sujecin del calibre debe colocarse siempre en la misma posicin en los anclajes gua,mediante marcas de referencia en las guas y en la sujecin.

Obtener seis lecturas del calibre, tres en cada lado, y determinar el promedio de las seislecturas.

Computar y registrar la lectura inicial del calibre (Li) sumando el espesor de la placa basems el promedio de las seis lecturas, y restando el espesor de la barra de calibracin, conaproximacin a 0,01 mm.

NOTA - La lectura inicial es constante para cada combinacin de medida y placa base.

5.3 Determinacin de la masa inicial del molde

Pesar y registrar la masa del molde vaco aproximando a 100 g para el molde de14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros.

6 Muestreo

Las muestras de suelo para los ensayos que se indican en esta norma se deben obtenerde acuerdo con lo indicado por la Especificacin Tcnica correspondiente en el caso decontroles de obra, o lo indicado por el profesional responsable en el caso de unaprospeccin.

NOTA - Ver NCh1508.

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7 Tamao de la muestra de ensayo

7.1 Obtener una muestra de ensayo representativa del tamao indicado en tabla 2, deacuerdo con el tamao mximo nominal de partculas del suelo en estudio.

Tabla 2 - Tamao de la muestra de ensayo

Tamao mximo nominal de partculas, Dnmm

Tamao mnimo de la muestra de ensayokg

80 45

40 10

20 10

10 10

5 10

8 Acondicionamiento de la muestra de ensayo

8.1 Secar la muestra a 110 5 C y pasar por un tamiz de abertura suficientementepequea para romper todas las partculas de suelo dbilmente cementadas.

9 Determinacin de la densidad mnima

(Correspondiente a ndice de huecos mximo).

9.1 Seleccionar el aparato de llenado y el molde segn tabla 3, de acuerdo con el tamaomximo nominal de partculas.

Tabla 3 - Aparato de llenado y molde

Tamao mximo nominal de partculasmm

Aparato de llenado para densidadmnima

Capacidad nominal de moldel

80 Pala o porua 14,2

40 Porua 2,8

20 Porua 2,8

10 Embudo de 25 mm 2,8

5 Embudo de 12,5 mm 2,8

9.2 Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. Llenar el molde conmaterial de la muestra acondicionada y enrasar mediante uno de los procedimientossiguientes, segn el tamao mximo nominal de partculas del suelo en estudio, yevitando golpear y/o vibrar el molde.

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9.2.1 Tamao mximo nominal igual o menor que 10 mm:

a) colocar el material en el molde tan suelto como sea posible, vacindolo en un flujoconstante y ajustando la altura de la descarga de modo que la cada libre del suelo seade 25 mm. Simultneamente mover el embudo en espiral desde la pared del moldehacia el centro, a fin de formar una capa de espesor uniforme sin segregacin. Llenarhasta aproximadamente 25 mm por sobre el borde del molde; y

b) enrasar el material excedente mediante una pasada continua con la regla de aceroprocurando no compactar el material. Si no se remueve todo el material excedentedebe efectuarse una pasada adicional.

9.2.2 Tamao mximo nominal mayor que 10 mm:

a) colocar el material en el molde de modo que se deslice, en lugar de caer, sobre elfondo del molde o el material previamente colocado. Al efecto, colocar el aparato dellenado tan cerca como sea posible y, si es necesario, sujetar con la mano laspartculas mayores para impedir que rueden fuera. Llenar hasta aproximadamente 25mm por sobre el borde del molde; y

b) enrasar el material excedente efectuando una pasada continua con la regla de acero(y ayudndose con los dedos, cuando sea necesario) de modo que cualquier leveproyeccin de las partculas mayores por sobre el borde del molde compenseaproximadamente los huecos superficiales mayores.

9.3 Pesar el molde con el suelo, determinar y registrar la masa seca del suelo que llena elmolde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de2,8 litros.

9.4 Repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o ms resultados consistentes.Registrar el valor ms bajo conseguido.

10 Determinacin de la densidad mxima

(Correspondiente a ndice de huecos mnimo).

Determinar mediante uno de los procedimientos siguientes:

10.1 Mtodo seco:

a) mezclar el material de la muestra acondicionada para obtener una distribucinhomognea de las partculas con la menor segregacin posible;

b) colocar el tubo gua sobre el borde del molde y ajustar el sistema de fijacin de modoque la pared interna del tubo quede alineada con la pared interna del molde;

c) ajustar las dos tuercas de fijacin en sus respectivos tornillos. Soltar el tornillorestante y retirar el tubo gua;

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d) llenar el molde por el procedimiento establecido en 9.2.1 9.2.2 segn corresponda;

NOTA - Normalmente se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determin la densidadmnima.

e) fijar el tubo gua al molde y colocar la placa base sobre la superficie del suelo. Colocarla sobrecarga encima de la placa base (empleando el aparejo de izar en el caso delmolde de 14,2 litros);

f) colocar el control del vibrador a la amplitud mxima y vibrar el molde cargado duranteun perodo de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tubo gua;

NOTA - En algunos casos es posible obtener una densidad mayor aplicando amplitudes de vibracinmenores que la mxima.

g) obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa base.Determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a0,01 mm;

h) pesar el molde con el suelo. Determinar y registrar la masa seca del suelo que llena elmolde (ms) aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de2,8 litros;

NOTA - Si se emplea el mismo molde lleno con suelo con el que se determin la densidad mnima, aplicarla misma (ms) del punto 9.3, a menos que se pierda una cantidad apreciable de finos durante la vibracin.

i) repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o ms resultados consistentes.Registrar el valor ms alto conseguido.

10.2 Mtodo hmedo

a) el mtodo hmedo puede efectuarse sobre el material de la muestra acondicionada alcual se agrega suficiente agua o, si se prefiere, sobre el suelo hmedo del terreno. Sise agrega agua al suelo seco, dejar transcurrir un perodo mnimo de remojo de h;

b) llenar el molde con suelo hmedo por medio de una porua o pala. Agregar la cantidadde agua suficiente para que una pequea cantidad de agua libre se acumule sobre lasuperficie del suelo durante el llenado;

NOTA - La cantidad correcta de agua puede estimarse de acuerdo con el ndice de huecos a la densidadmxima esperada o por experimentacin con el suelo.

c) durante y justo despus del llenado del molde vibrar el suelo por un perodo total de 6min, cuidando de reducir la amplitud del vibrador tanto como sea necesario para evitarque se agite excesivamente. Durante los minutos finales de este vibrado remover elagua que aparezca sobre la superficie del suelo;

d) armar el conjunto de tubo gua, placa base y sobrecarga de acuerdo con 10.1 e);

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d) vibrar el molde cargado durante un perodo de 8 min. Retirar la sobrecarga y el tubogua. Obtener y registrar dos lecturas del calibre, una en cada lado de la placa,determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf) aproximando a 0,01 mm;

e) retirar cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y secar hastamasa constante. Pesar y registrar la masa seca del suelo que llena el molde (ms)aproximando a 100 g para el molde de 14,2 litros y a 1 g para el molde de 2,8 litros; y

g) repetir los pasos anteriores hasta obtener tres o ms resultados consistentes.Registrar el valor ms alto conseguido.

NOTA - Aunque el mtodo seco asegura resultados en un perodo ms breve, en algunos suelos seobtiene una densidad mxima mayor en estado saturado. Al comienzo de un programa de ensayos, ocuando hay un cambio notorio de materiales, el ensayo de densidad mxima debe efectuarse en ambascondiciones, seca y hmeda, para determinar con cual de las dos se obtiene la mayor densidad mxima.Si la mayor densidad en ms de 1% se obtiene con el mtodo hmedo, en los ensayos sucesivos debeseguirse con este mismo mtodo.

11 Expresin de resultados

11.1 Calcular la densidad seca mnima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la frmulasiguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.

V

mmin s=

en que:

min = densidad seca mnima, g/cm3 (kg/l);

ms = masa seca del suelo que llena el molde, g; y

V = capacidad volumtrica del molde, cm3.

11.2 Calcular la densidad seca mxima en g/cm3 (kg/l) de acuerdo con la frmulasiguiente, aproximando a 0,01 g/cm3.

c

s

V

m=mx

en que:

mx = densidad seca mxima, g/cm3 (kg/l);

ms = masa seca del suelo que llena el molde, g; y

Vc = volumen del suelo compactado, de acuerdo con la frmula siguiente,aproximando a 1 cm3.

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10

=

10

)( fLiLVcV

en que:

Li = lectura inicial del calibre, mm;

L f = lectura final del calibre, mm; y

= rea seccional del molde en cm2.

11.3 Densidad del suelo en el terreno

Se debe determinar por el mtodo del cono de arena, de acuerdo con NCh1516.

NOTA - Alternativamente puede determinarse por el mtodo del baln de goma o por mtodos nucleares. Entanto se elaboran las Normas chilenas correspondientes pueden aplicarse provisoriamente las NormasASTM D 2167 Test for Density of Soil in Place by the Rubber-Balloon Method o ASTM D 2922 Density of Soilin Place by Nuclear Methods, respectivamente.

11.4 Indice de densidad

Calcular el ndice de densidad como porcentaje de acuerdo a la frmula siguiente:

[ ] 100)(/)( = minmaxdmindmaxDI en que:

DI = ndice de densidad, %;

d = densidad del suelo en el terreno, g/cm3 (kg/l);

mn = densidad seca mnima, g/cm3 (kg/l); y

.mx = densidad seca mxima, g/cm3 (kg/l).

NOTA - El ndice de densidad puede expresarse tambin en trminos del ndice dehuecos, de acuerdo con la frmula siguiente:

[ ] 100)/()( mxmx = minD eeeeIen que:

mxe = ndice mximo de huecos, %;

e = ndice de huecos del suelo en el terreno, %; y

mne = ndice mnimo de huecos, %.

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11

Para valorar los ndices de huecos se determina previamente la densidad de partculasslidas de acuerdo con NCh1532.

12 Informe

El informe debe incluir lo siguiente:

a) mtodo empleado para la densidad mnima (embudo o porua);

b) mtodo empleado para la densidad mxima (seco o hmedo);

c) tamao del molde;

d) densidad mnima y densidad mxima;

e) densidad en el terreno indicando el procedimiento empleado;

f) densidad relativa;

g) cualquier informacin especfica relativa al ensayo o al suelo en estudio; y

h) la referencia a esta norma.

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Dimensiones en milmetros

Figura 1 - Conjunto de aparatos (con molde de 2,8 l)

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Tamao nominal delmolde l

Dimensiones (mm)

A B C D E F 2,8 152,4 155,2 180,4 165,1 12,7 28,614,2 279,4 230,9 307,4 241,3 15,9 50,8

Figura 2 - Detalle de moldes

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Dimensiones en milmetros

NOTAS

1. Esta pieza debe ser una placa de acero con una seccin de 38 mm x 12,5 mm y la longitud necesariapara producir las dimensiones indicadas desde el interior del tubo gua. Soldar tres sistemas de ajusteigualmente espaciados al tubo gua.

2. Ver la tabla siguiente:

Tamaonominal del

molde, l

Amm

Bmm

Tubo gua, mm

Dimetro int. Espesor Alto2,8 12,7 34,9 152,4 6,4 30514,2 15,9 38,1 279,4 9,5 203

3. Estas dimensiones deben cambiarse para fijar el calibre empleado.

Figura 3 - Detalles

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Tamao nominal delmolde, l

Dmm

Hmm

Tubomm

Masa totalkg

2,8 150,8 228,6 101,6 25,9 0,214,2 276,2 152,4 254,0 86,2 0,4

NOTAS

1. Todas las placas deben ser de 12,5 mm de espesor.

2. Las placas superiores de la sobrecarga pueden ser cortadas con soplete pero sus cantos deben serpulidos tan lisos como sea posible. Las placas base deben ser rectificadas al dimetro especificado.

3. Las manillas de las sobrecargas deben tener la misma forma que las de la placa base.

Figura 4 - Placa base y sobrecarga

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Mecnica de suelos - Determinacin de las densidadesmxima y mnima y clculo de la densidad relativa ensuelos no cohesivos

Soil mechanics - Determination of maximum densities and calculation of relative densityon cohesionless soils

Primera edicin : 1980Reimpresin : 1999

Descriptores: mecnica de suelos, ensayos, densidad, compactacin

CIN 93.020

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