TTULO

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

normaespaola

UNE 103 108

ICS 93.020 Mayo 1996

Determinacin de las caractersticas de retraccin de un suelo

Determination of shrinkage characteristics in a soil.

Dtermination des caracteristiques de retrait d'un sol.

Esta norma anula y sustituye a la Norma UNE 7-016 de fecha julio de 1950.

Esta Norma Espaola ha sido elaborada por el comit tcnico AEN/CTN 103Geotecnia cuya Secretara desempea MOPTMA.

Editada e impresa por AENORDepsito legal: M 16169:1996

AENOR 1996Reproduccin prohibida

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

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12 Pginas

Grupo 6

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACI N

Esta norma tiene por objeto la determinacin del lmite de retraccin, de la relacin de retraccin, y de la retrac-cin volumtrica de un suelo, utilizando para ello tanto muestra inalterada como remoldeada.

Se describen dos mtodos de ensayo:

Mtodo "A". Se prepara una pastilla de suelo, amasando con agua la fraccin inferior al tamiz 400 m NormaUNE 7 050-2, o bien, amasando con agua el suelo natural, previa eliminacin de las partculas gruesas. Las medi-das de volumen se realizan por desplazamiento de mercurio.

Mtodo "B". Se utiliza muestra inalterada de suelo y las medidas de volumen se realizan mediante un aparato especial.

2 NORMAS PARA CONSULTA

UNE 7 050-2 Tamices de ensayo. Telas metlicas, chapas perforadas y lminas electroformadas. Medidas nomi-nales de las aberturas.

UNE 103 100 Preparacin de muestra para los ensayos de suelo.

UNE 103 103 Determinacin del lmite lquido de un suelo por el mtodo del aparato de Casagrande.

UNE 103 300 Determinacin de la humedad de un suelo mediante secado en estufa.

3 APARATOS Y MATERIAL NECESARIO

Cpsula de retraccin, de forma cilndrica y con la base plana. Debe ser metlica con un dimetro interior de unos44 mm, y una altura de unos 12 mm. El espesor de las paredes debe estar comprendido entre 2 mm y 3 mm.

Recipiente de vidrio, de forma cilndrica, con dimetro interior de unos 57 mm, y una altura de unos 32 mm,con el borde superior suavizado y paralelo a la base plana del recipiente.

Una lmina plana de vidrio o material plstico transparente, de amplitud suficiente para cubrir el recipiente devidrio. Debe llevar encajadas tres puntas de acero inoxidable, con las dimensiones y disposicin mostradas en lafigura 1.

Aparato especial para medir el volumen del suelo, similar al mostrado en la figura 3, que consta esencialmentede los siguientes componentes:

un bastidor deslizante que dispone de un mando giratorio solidario a una celdilla;

celdilla en donde se introduce la muestra;

un circuito elctrico constituido por una fuente de alimentacin (una pequea batera), un indicador luminoso,un interruptor, y una pequea aguja para cerrar el circuito, situada en el extremo inferior del tornillo microm-trico;

tornillo micromtrico de precisin 0,01 mm;

recipiente con mercurio;

tornillos de nivelacin en la base;

nivel de burbuja.

Dos cpsulas de porcelana de base plana. El recipiente de vidrio debe caber de forma holgada dentro de estacpsula y asentar perfectamente. (Vase figura 2).

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Una esptula de acero inoxidable de unos 150 mm de longitud y unos 20 mm de anchura.

Una regla de acero inoxidable rgida, con bordes rectos, y longitud adecuada a las dimensiones de la cpsula deretraccin utilizada.

Una balanza de precisin 0,1 g, y otra de precisin 0,01 g.

Un depsito con mercurio suficiente para llenar completamente el recipiente de vidrio, o el recipiente para elmercurio en el aparato especial si se usa.

NOTA 1 El mercurio es una sustancia peligrosa, por lo que se deben tomar las debidas precauciones, tanto durante su manipulacin, comodurante el secado en estufa de la muestra. Se debe eliminar el posible vapor de mercurio que se produzca, as como evitar elcontacto directo de la piel con ese producto.

Aparatos y utensilios para la determinacin de la humedad, como los especificados en la Norma UNE 103 300.

Utensilios necesarios para la preparacin de la muestra, como los especificados en la Norma UNE 103 100.

Grasa, para aplicar una ligera pelcula a las paredes interiores de la cpsula de retraccin.

Una pequea brocha, para limpiar el mercurio adherido al suelo.

Agua destilada.

Guantes de goma, para manipulacin del mercurio.

4 PROCEDIMIENTO OPERATORIO

4.1 Mtodo "A"

4.1.1 Calibrado de la cpsula de retraccin. Se lava, se seca y se determina la masa de la cpsula de retraccin,M1, expresndola en gramos, con una precisin de 0,01 g.

Se determina la capacidad de la cpsula de retraccin en centmetros cbicos, que tambin es el volumen de la pas-tilla de suelo hmedo. Para ello se opera como se indica a continuacin:

Se vierte un poco de agua en la cpsula de porcelana, en cantidad suficiente para cubrir el mercurio que se vaya adesplazar, y que as no se produzcan vapores1). Se coloca la cpsula de retraccin en el interior de la de porcelana,y se llena aqulla con mercurio hasta que rebose. Se presiona la lmina plana, con las puntas hacia abajo, contra lasuperficie de la cpsula de retraccin, empezando por un lateral y finalizando sobre toda la superficie para que sedesplace el exceso de mercurio, teniendo cuidado de que no quede aire ocluido. Se retira cuidadosamente la lmina,y se determina la masa de la cpsula de retraccin ms el mercurio, M2, expresndola en gramos con una precisinde 0,01 g.

Se calcula el volumen de la pastilla de suelo hmedo V1, expresndola en centmetros cbicos, con una cifra deci-mal, como sigue:

donde

13,6 g/cm3 es la densidad aproximada del mercurio.

Se vaca la cpsula de retraccin, se lava, se seca y se aplica una ligera pelcula de grasa a sus paredes interiores.

1) La manipulacin del mercurio se debe realizar en la proximidad de un extractor, para eliminar los vapores que se puedan producir.

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4.1.2 Preparacin de la pastilla de suelo. Se toman unos 100 g del material que pasa por el tamiz de 400 mNorma UNE 7 050-2, preparado como se indica en la Norma UNE 103 100, y se introducen en la cpsula de por-celana2). Se pueden tomar, de forma alternativa, unos 100 g de suelo natural, del que se ha determinado previamen-te su humedad natural, y se han retirado las partculas gruesas apreciables a simple vista. Se colocan en la cpsulade porcelana.

Cualquiera que sea la alternativa escogida, a la cantidad de suelo elegido se le aade agua destilada en cantidadsuficiente para que la pasta de suelo que se forme alcance una humedad w1, comprendida entre la correspondienteal lmite lquido, wl, determinado como se indica en la Norma UNE 103 103, y un 10% por encima de dicho valor.

Se coloca un poco de esa pasta de suelo en la cpsula de retraccin, de forma que sta se llene en algo ms de latercera parte de su volumen. Se golpea la cpsula verticalmente varias veces sobre una superficie no muy rgida,para eliminar toda posible burbuja de aire ocluida. Se aade otra porcin de suelo, aproximadamente igual a la an-terior, y se repite la operacin de golpeo hasta eliminar totalmente el aire. Se aade finalmente otra porcin igualde suelo hasta que rebose, y se repite el proceso anterior. Se elimina el exceso de suelo, enrasando con la regla deacero.

De esta manera se obtiene una pastilla de suelo en el interior de la cpsula de retraccin.

Se debe limpiar con cuidado todo vestigio de suelo que haya podido quedar adherido al exterior de la cpsula deretraccin.

4.1.3 Realizacin del ensayo. Finalizadas las operaciones descritas en el apartado anterior, se determina la masade la cpsula de retraccin ms la pastilla hmeda, M3, en gramos, con una precisin de 0,01 g.

Si se desea obtener la curva de retraccin durante el secado, se procede como se indica a continuacin:

Se deja la pastilla en la cpsula de retraccin expuesta al aire durante unas horas, permitiendo el secado parcial.Cuando se separe de las paredes de dicha cpsula y su consistencia permita su manipulacin, se retira de la cpsulade retraccin y se mide su volumen como se especifica en el apartado 4.1.4.

A continuacin se determina la masa de la pastilla, en gramos, con una precisin de 0,01 g3).

Se coloca la pastilla sobre una superficie plana y se continua el proceso de secado al aire. Se hace una nueva deter-minacin del volumen y de la masa.

Se repiten los dos pasos anteriores hasta que el volumen medido sea prcticamente constante. Normalmente cinco oseis puntos son suficientes. (Vase figura 4).

Si no se desea obtener la curva de retraccin, se deja secar la pastilla lentamente al aire, hasta que se produzca uncambio evidente de color, de oscuro a ms claro. Este proceso puede durar varias horas.

Se introduce la cpsula de retraccin con la pastilla en la estufa, o bien slo la pastilla si se va a obtener la curvade retraccin y se deja secar hasta masa constante. Se retira de la estufa la pastilla con la cpsula, o bien slo lapastilla, segn el caso elegido, y se deja enfriar en un desecador con cloruro clcico.

Se determina la masa de la cpsula de retraccin con el suelo seco, M4, en gramos, con una precisin de 0,01 g, oslo la masa de la pastilla seca directamente, Md, en gramos, con igual precisin.

2) Este ensayo se puede realizar al mismo tiempo que el de determinacin del lmite lquido. Para ello se separan unos 200 g de la fraccin quepasa por el tamiz de 400 m Norma UNE 7 050-2, dividindolos en dos porciones. Con una de ellas se realiza el ensayo de determinacin dellmite lquido y la otra se amasa con agua hasta que se consiga una humedad w1 y se comienza el ensayo.

3) Puede ocurrir que durante este proceso la pastilla, sobre todo en suelos poco plsticos, se rompa o se resquebraje. En este caso se debe repe-tir el ensayo.

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4.1.4 Determinacin del volumen de la pastilla de suelo seco. Se determina el volumen de la pastilla como si-gue:

Se coloca el recipiente de vidrio en el interior de la cpsula de porcelana. Se vierte un poco de agua en sta, paraque no se produzcan vapores de mercurio en las manipulaciones posteriores. Se llena completamente con mercurioel recipiente de vidrio y se elimina su exceso, presionando con la lmina plana firmemente sobre la superficie delrecipiente. No se debe dejar en esta operacin nada de aire atrapado bajo dicha lmina.

Se retira con cuidado la lmina plana y se limpia su superficie exterior. Se transfiere el recipiente con el mercurio aotra cpsula de porcelana bien limpia, sin perder en este proceso nada de su contenido.

Se sita la pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio, y con mucho cuidado se introduce aqulla en ste,empujando con los vstagos de la lmina plana (vase figura 2). Se presiona firmemente con dicha lmina sobre lasuperficie del recipiente de vidrio, asegurndose de que no quede nada de aire atrapado. Se retiran, la lmina, lapastilla de suelo, y el recipiente de vidrio con el mercurio sobrante. Se determina la masa del mercurio desplazado,Mi, en gramos con una precisin de 0,01 g

4). Se calcula el volumen de la pastilla de suelo Vi, en cm3 con una cifra

decimal, mediante la siguiente expresin:

4.2 Mtodo "B"

En este mtodo se utiliza un aparato especial, descrito en el captulo 3, para determinar el volumen del suelo, y seemplea preferentemente con muestras inalteradas de grano fino.

4.2.1 Preparacin del aparato. Se mide el dimetro interno del tanque de mercurio, d, en mm, con precisin de0,1 mm. Vase la figura 3.

Se sita el aparato en las proximidades de un extractor y se nivela por medio de los tornillos de la base.

Se vierte cuidadosamente el mercurio en el interior del tanque hasta un nivel apropiado. (Por ejemplo el sealadopor la lnea discontinua de la figura 3).

Se introduce la celdilla en el tanque de mercurio, desplazando para ello el bastidor deslizante hasta su tope inferiorde manera que la primera quede completamente sumergida. En esta posicin se acciona el mando giratorio solidariocon la celdilla varias veces, con objeto de eliminar las burbujas de aire que hallan podido quedar ocluidas, y seesperan unos segundos.

Se acciona el interruptor del circuito y se gira cuidadosamente el mando de desplazamiento del tornillo micromtri-co hasta conseguir que el extremo de la aguja haga contacto con la superficie del mercurio pero sin llegar a intro-ducirse en l. Se deben extremar las precauciones al realizar esta operacin a fin de evitar errores en la lectura ini-cial. En el momento en que se produce el contacto de la aguja con el mercurio, se debe encender el indicador lumi-noso. La lectura correspondiente del micrmetro es el valor del cero, L0, expresado en mm. Estas operaciones sedeben realizar cada vez que se utilice el aparato.

A continuacin se desplaza la aguja del micrmetro y se desconecta el interruptor.

4) Si se dispone del aparato especial presentado en el mtodo "B", todas estas determinaciones de volumen se pueden realizar directamente endicho aparato.

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4.2.2 Preparacin de la muestra. Se toma una parte de la muestra inalterada de forma irregular o cilndrica, cuyotamao depende de la celdilla del aparato empleado, y se determina su masa, M1, con una precisin de 0,01 g.

4.2.3 Realizacin del ensayo y determinacin del volumen del suelo. Se extrae la celdilla, se abre, y se introdu-ce la porcin de muestra inalterada preparada anteriormente. Se cierra la celdilla, y se introduce en el mercuriodesplazando para ello el bastidor deslizante hasta el tope inferior, de manera que la muestra quede completamentesumergida en el mercurio. En esta posicin se acciona varias veces el mando giratorio solidario con la celdilla, paraeliminar las posibles burbujas de aire que hallan podido quedar atrapadas.

Se acciona el interruptor y se gira el tornillo micromtrico hasta que la aguja haga contacto con el mercurio y seencienda el indicador luminoso. Al igual que en la determinacin de la lectura inicial, se deben extremar las pre-cauciones para conseguir que el contacto sea lo ms superficial posible. Transcurridos unos segundos se toma lalectura del micrmetro, L1, en mm.

Se extrae la celdilla del mercurio desplazando hacia arriba el bastidor deslizante, se retira la muestra de suelo y seelimina cualquier resto de mercurio que pudiera haber quedado adherido a la superficie de la muestra. Se deja secarsta al aire durante unas horas5).

Se repiten los pasos anteriores para determinar nuevamente las masas y volmenes, hasta que no se observe dismi-nucin de la masa de suelo en tres medidas consecutivas.

Se introduce la muestra en estufa y se deseca hasta masa constante. Se deja enfriar en un desecador y se determinala masa seca del suelo, Md, en gramos, con precisin de 0,01 g, y el volumen del suelo seco, Vd, en cm

3, con unacifra decimal.

5 OBTENCIN Y EXPRESIN DE LOS RESULTADOS

5.1 Mtodo "A"

5.1.1 Humedad. Se calcula la humedad de amasado de la pastilla de suelo remoldeado, como sigue:

5.1.2 Lmite de retraccin. El lmite de retraccin de un suelo, ws, es la humedad mxima en la cual, una reduc-cin del contenido de agua no produce una disminucin de volumen de la masa de suelo. Para obtenerlo existen dosprocedimientos: el analtico y el grfico.

5.1.2.1 Mtodo analtico. Se calcula el lmite de retraccin, ws, mediante la siguiente expresin:

donde

w es la densidad del agua a 4 C, que se toma como 1,0 g/cm3.

5) Como medida de precaucin, se debe mantener la celdilla introducida dentro del mercurio para evitar los posibles vapores nocivos.

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5.1.2.2 Mtodo grfico mediante la curva de retraccin. Con cada medida de volumen, Vi, y de la masa, Mi, dela pastilla de suelo durante el proceso de secado al aire, se calcula el volumen que correspondera a 100 g de sueloseco, Ui, en centmetros cbicos, mediante la expresin:

Se calcula la humedad, wi, en %, en cada medida, mediante la expresin:

Se representan los valores de Ui en ordenadas, en funcin de la humedad, wi, en abscisas, en doble escala decimal.(Vase figura 4).

Se trazan, una paralela al eje de abscisas por el punto Ud, es decir el ltimo punto obtenido al secar la muestra enestufa, y una lnea recta, que pase a travs del primer punto U1 que mejor se ajuste a la serie de puntos correspon-dientes a las primeras lecturas. Se toma como lmite de retraccin, ws, al valor de la abscisa correspondiente alpunto de corte de ambas rectas, expresado con una cifra decimal.

5.1.3 Relacin de retraccin. La relacin de retraccin de un suelo, es la relacin que hay entre un determinadocambio de volumen expresado como un porcentaje del volumen seco, y el cambio correspondiente de humedad porencima de la humedad correspondiente al lmite de retraccin.

Se calcula la relacin de retraccin Rs, mediante la siguiente expresin:

5.1.4 Retraccin volumtrica. La retraccin volumtrica de un suelo, es la reduccin de volumen que experimen-ta una masa de suelo, expresada como porcentaje, cuando su humedad disminuye desde un valor w, hasta el corres-pondiente al lmite de retraccin.

Se calcula la retraccin volumtrica Vs, mediante la expresin siguiente:

Vs = (w - ws) / Rs

5.2 Mtodo "B"

El lmite de retraccin se calcula de la siguiente manera:

Primero se calcula el volumen de la muestra de suelo durante el secado al aire, Vi, en centmetros cbicos corres-pondiente a cada lectura del tornillo micromtrico, Li, en mm, mediante la expresin:

d es el dimetro interno del tanque con mercurio, en mm;

Li son las diferentes lecturas del tornillo micromtrico con la muestra de suelo introducida, expresadas en mm;

L0 es el valor de la lectura del cero, expresada en mm, especificada en el apartado 4.2.1.

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Siguiendo el procedimiento indicado en el apartado 5.1.2.2, se representa la curva de retraccin y se halla la hume-dad correspondiente al lmite de retraccin, ws, en %.

La relacin de retraccin, Rs, y la retraccin volumtrica, Vs, se calculan siguiendo los procedimientos indicados enlos apartados 5.1.3 y 5.1.4, respectivamente.

6 CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

Esta norma es parcialmente equivalente a las normas:

ASTM D 427-90 Test Method for Shrinkage Factors of Soils.

BS 1377 (1990) Determination of shrinkage characteristics.

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Fig. 1 Lmina plana

Fig. 2 Cpsula de porcelana

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Fig. 3 Aparato para medir el volumen

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Medida N 1 2 3 4 5 6 7 8

Masa de sueloMi (g)

Volumen de sueloVi

(cm3)

Mtodo "A"

Mtodo "B"Vi = (Li - L0) (d2/4 000)

Volumen para 100 g de suelo secoUi (cm

3) = (Vi/Md) x 100

Humedadwi (%) = [(Mi - Md) / Md] x 100

Fig. 4 Curva de retraccin

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