Determinación de la gravedad específica de los suelos

DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE

PARTÍCULAS SÓLIDAS

ASTM D 854-02 AASHTO T 100

Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos

ALCANCE

Este método describe el procedimiento para determinar la gravedad específica de las partículas sólidas de un material que pasa el tamiz de 4.75 mm (N° 4), por medio de un picnómetro.


MÉTODOS • Esta norma describe dos procedimientos para determinar la gravedad específica:

Procedimiento para determinar la gravedad específica con muestras húmedas.

Procedimiento para determinar la gravedad específica con muestras secas.

MÉTODO A

MÉTODO B


EQUIPO

Picnómetro: Capacidad mínima de 250 mLPicnómetro: Capacidad mínima de 250 mL

Balanza: Precisión de 0.01 g.Balanza: Precisión de 0.01 g.

Termómetro: Divisiones de 0.1 °CTermómetro: Divisiones de 0.1 °C

Tamiz de 4.75 mm (N° 4).

Tamiz de 4.75 mm (N° 4).

Mezcladora mecánica

Mezcladora mecánica

PIPETAPIPETA

EmbudoEmbudo

Recipientes para determinar el contenido de humedad

EQUIPO

Horno de secado: Temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).Horno de secado: Temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).

Recipiente aislador.Recipiente aislador.


EQUIPO

Papel absorbentePapel absorbente Remoción del aire: Bomba de vacío, mechero bunsen ó un dispositivo adecuadoRemoción del aire: Bomba de vacío, mechero bunsen ó un dispositivo adecuado


MUESTRA DE ENSAYO

• La muestra de ensayo puede ser suelo húmedo ó secado en el horno y debe ser representativa de la muestra total que pasa por el tamiz N° 4.

Tipo de suelo Masa de la muestra seca

(g), picnómetro de

250 mL

Masa de la muestra seca (g), picnómetro de

500 mL

SP, SP-SMSP-SC, SM, SCLimo o arcilla

60 ± 1045 ± 1035 ± 5

100 ± 1075 ± 1050 ± 5

•La masa mínima a utilizarse en el ensayo se indica en la tabla Nº 1, de acuerdo al tipo de suelo y al tamaño del picnómetro.

Tabla N° 1. Masa mínima seca para el ensayo

Fuente: Norma ASTM D 854-02


MUESTRA DE ENSAYO

• Se deben tomar en cuentas dos factores importantes con respecto a la cantidad de muestras que se utilizarán en el ensayo, estos son:

• Primero, la masa de los suelos sólidos dividida por su gravedad específica se anotará con cuatro cifras significativas

• Secundariamente, la mezcla de suelos sólidos y agua no sea una mezcla fluida altamente viscosa durante el proceso de ebullición.


CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

Determine la masa de un picnómetro limpio y seco, y registre la masa promedio, MP. de calibración.

Llene el picnómetro con agua destilada por encima o por debajo de la marca de calibración.

Hierva el agua contenida en el picnómetro a baño María, y agite periódicamente el picnómetro hasta remover completamente el aire disuelto en el agua destilada.

Enfríe el picnómetro lleno de agua en un recipiente aislador junto con el termómetro hasta que alcance una temperatura entre 15 y 30 °C por lo menos tres horas.


Ajuste el nivel del agua usando una pipeta, hasta que el fondo del nivel del menisco coincida con la marca de calibración.

Seque cualquier gota de agua que esté en el exterior del picnómetro y en el interior del cuello usando papel absorbente.

Foto N° 2: Limpieza del picnómetro



Introduzca el termómetro en el agua destilada hasta la profundidad apropiada de inmersión y mida y registre la temperatura del agua con una precisión de 0.01 °C. Mida y registre la masa del picnómetro lleno de agua, Mpw,c, con una precisión de 0.01 g. (Foto N° 4)

Foto N° 3: Temperatura del agua

Foto N° 4: Masa del picnómetro lleno de agua


CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRORegrese el picnómetro con el termómetro al

recipiente aislador. Para obtener la siguiente calibración ajuste de nuevo

el nivel de agua del picnómetro y repita el procedimiento descrito hasta obtener cinco medidas independientes de calibración.

Calcule el volumen de calibración del picnómetro Vp para cada uno de los cinco datos, usando la siguiente ecuación:

cw

pcpwp

MMV

,

, )(

Donde: Mpw,c=Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura de calibración, g.Mp=Masa promedio del picnómetro seco calibrado, g.ρw,c=Densidad del agua a la temperatura de calibración g/mL, ver tabla N° 2.


Tabla N° 2. Densidad del agua y factor de

corrección k para varias TemperaturasTemperatura

°CDensidad del agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

15.0 0.99910 1.0009015.5 0.99902 1.0008216.0 0.99895 1.0007416.5 0.99886 1.0006617.0 0.99878 1.0005717.5 0.99869 1.0004818.0 0.99860 1.0003918.5 0.99850 1.0003019.0 0.99841 1.0002019.5 0.99831 1.0001020.0 0.99821 1.0000020.5 0.99810 0.9999021.0 0.99799 0.9997921.5 0.99789 0.9996822.0 0.99777 0.9995722.5 0.99776 0.99945

Temperatura°C

Densidad del agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

23.0 0.99754 0.9993323.5 0.99742 0.9992124.0 0.99730 0.9990924.5 0.99717 0.9989725.0 0.99705 0.9988425.5 0.99692 0.9987126.0 0.99679 0.9985826.5 0.99665 0.9984427.0 0.99652 0.9983127.5 0.99638 0.9981728.0 0.99624 0.9980328.5 0.99609 0.9978829.0 0.99595 0.9977429.5 0.99580 0.9975930.0 0.99565 0.9974430.5 0.99550 0.99729

Fuente: Norma ASTM D 854- 02



Con los valores obtenidos grafique la curva volumen de calibración del picnómetro Vp en el eje vertical, versus temperatura de equilibrio tc en el eje horizontal.

Fig 1. Volumen de calibración del picnómetro, Vp.


PROCEDIMIENTO

Determine el contenido de humedad de una porción de muestra.

Método A. Procedimiento para muestras húmedas.

Usando este contenido de humedad, calcule la masa seca a utilizarse en el ensayo de acuerdo a las cantidades descritas en la tabla N° 1.

Foto N° 5: Peso de la muestra


Método A.

Ponga aproximadamente 100 mL de agua destilada en la mezcladora mecánica, agregue el suelo y mezcle.

Vierta la mezcla en el picnómetro usando un embudo, y enjuague cualquier partícula de suelo sobrante.

Foto N° 6: Mezcla del suelo con agua

Foto N° 7: Vertido de la mezcla en el picnómetro


Método A.Agregue agua destilada hasta que el nivel esté entre

1/3 y 1/2 de la profundidad del picnómetro.

Agite el agua hasta que se forme la mezcla, y enjuague cualquier suelo adherido al cuello del picnómetro.

Remueva el aire atrapado en la muestra haciendo hervir la mezcla suavemente por lo menos durante 2 horas, mientras agita el picnómetro ocasionalmente para facilitar la remoción del aire.

Llene el picnómetro con agua destilada por encima o por debajo de la marca de calibración.


Método A.

Ajuste el nivel de agua usando una pipeta hasta que el fondo del nivel del menisco coincida con la marca de calibración.

Seque cualquier gota de agua que esté en el exterior del picnómetro y en el interior del cuello usando papel absorbente.

Foto N° 8: Enfriamiento de la mezcla

Foto N° 9: Limpieza del picnómetro


Método A. Introduzca el termómetro en la

mezcla hasta la profundidad apropiada de inmersión y mida y registre la temperatura de la mezcla con una precisión de 0.01 °C.

Mida y registre la masa del picnómetro, suelo y agua (Mpws,t) con una precisión de 0.01 g.

Foto N° 10: Medición de la temperatura de la mezcla

Foto N° 11: Masa del picnómetro más mezcla


Método A.

Vierta la mezcla del picnómetro en un recipiente y verifique que toda la mezcla sea transferida.

Seque la muestra en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), hasta obtener una masa constante y déjela enfriar.

Pese la masa del suelo secada al horno (Ms) con una precisión de 0.01 g.


PROCEDIMIENTO

Seque la muestra en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), hasta obtener una masa constante y déjela enfriar.

Disgregue el suelo usando un martillo de caucho. Pese la muestra de suelo para el ensayo de acuerdo a las

cantidades descritas en la tabla N° 1. Vierta el suelo en el picnómetro utilizando un embudo y enjuague

cualquier partícula de suelo sobrante. Proceda como lo descrito desde el numeral 6 hasta el 16 de la guía

de estudio.

Método B. Procedimiento para muestras secadas al

horno.


CÁLCULOS

)( ,, twpptpw VMM

Calcule la masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura del ensayo (tt °C), como sigue:

Donde: Mpw,t=Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura del ensayo tt, (g).ρw,t=Densidad del agua a la temperatura del ensayo tt, g/ml ó g/cm3, ver tabla N° 2.Vp=Volumen de calibración del picnómetro a la temperatura del ensayo tt, tomada de la curva de calibración en cm3, ver Fig. 1.


CÁLCULOS Calcule la gravedad específica de las partículas sólidas a la temperatura del ensayo, Gt como sigue:

Donde:

Ρs=Densidad de las partículas sólidas, g/cm3

Ms=Masa de la muestra secada al horno en g.

M pwc,t=Masa del picnómetro, del agua y de la muestra a la temperatura de ensayo, tt, g.

stpwctpw

s

tw

st MMM

MG

,,,


CÁLCULOS

Calcule la gravedad específica de la muestra a 20°C como sigue:

tc GKG *20


Donde:

K=Coeficiente de temperatura dado en la tabla N° 2.

CÁLCULOS• Calcule la gravedad específica promedio ponderada

para los suelos que contienen partículas tanto mayores como menores del tamiz de 4.75 mm utilizando la siguiente ecuación:

21 100100

1

G

P

G

RG prom


Donde: Gprom=Gravedad específica promedio ponderada de los suelos compuestos de partículas mayores y menores que el tamiz N° 4 (4.75 mm).R=Porcentaje de partículas de suelo retenidas sobre el tamiz N° 4 (4.75 mm).P=Porcentaje de las partículas que pasan el tamiz N° 4 (4.75 mm).G1=Gravedad específica aparente de las partículas de suelo retenidas en el tamiz N° 4 (4.75 mm), de acuerdo a la norma ASTM C 127.G2=Gravedad específica de las partículas que pasan el tamiz N° 4 (4.75 mm).

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