Astm-d854 en Español

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1974 2003-09-24

MÉTODOS DE ENSAYO PARA PESO ESPECÍFICO DE SÓLIDOS DE SUELO CON PICNÓMETRO DE AGUA

E:

TEST METHODS FOR SPECIFIC GRAVITY OF SOIL SOLIDS BY WATER PYCNOMETER

CORRESPONDENCIA:

esta norma es idéntica (IDT) a la norma ASTM D 854:00. Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. Copyright ASTM International. 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19429, USA.

DESCRIPTORES:

suelos; densidad pignómetro.

de

los

sólidos;

I.C.S.: 13.080.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. Tel. 6078888 Fax 2221435

Prohibida su reproducción

Primera actualización Editada 2003-10-09

PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 1974 (Primera actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo del 2003-09-24. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 104 Propiedades físicas de los suelos.

GOEGRAL GRUPO CONSTRUCTOR OSSA LÓPEZ S.A.

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS -INVIASMINISTERIO DE TRANSPORTE UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: ASOCRETO CAMACOL CARLOS ECHEVERRI CONCRELAB CONSTRUCTORA PRECOMPRIMIDOS LTDA. EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA ESPINOSA & RESTREPO LTDA. EVALTEC LTDA. EVALUACIONES TÉCNICAS GEOINGENIERÍA LTDA. INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO

J.G.V. & CO. LTDA. LASCANO Y ESGUERRA CÍA LTDA. MALDONADO INGENIERÍA S.A. MENSULA S.A. MOVIMIENTO DE TIERRAS Y CONSTRUCCIONES POLITÉCNICO JAIME ISAZA CADAVID SOCIEDAD DE GEOTECNIA SOLINGRAL LTDA. UNIANDES UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN UNIVERSIDAD DEL CAUCA UNIVERSIDAD DEL VALLE UNIVERSIDAD EAFIT UNIVERSIDAD JAVERIANA UNIVERSIDAD NACIONAL - FACULTAD DE MINAS

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

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NTC 1974 (Primera actualización)

MÉTODOS DE ENSAYO PARA PESO ESPECÍFICO DE SÓLIDOS DE SUELO CON PICNÓMETRO DE AGUA

0.

INTRODUCCIÓN

Esta norma es una adopción idéntica (IDT) por traducción de la ASTM D 854:2000, Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer.

1.

ALCANCE

1.1 Estos métodos de ensayo cubren la determinación del peso específico de sólidos de suelo que pasan el tamiz de 4.75 mm (No. 4), por medio de un picnómetro de agua. Cuando el suelo contiene partículas mayores que el tamiz de 4,75 mm, debe emplearse el método de la norma ASTM C 127 para los sólidos de suelo retenidos en el tamiz de 4,75 mm y para las partículas de suelo que pasan el tamiz de 4.75 mm se deben usar estos métodos de ensayo. 1.1.1 Los sólidos de suelo para estos métodos de ensayo no incluyen sólidos que puedan alterarse con estos métodos, que estén contaminados con sustancias que prohíban el uso de estos métodos, o que sean sólidos altamente orgánicos, tales como materia fibrosa que flota en el agua. NOTA 1 Puede emplearse el método de la norma ASTM D 5550 para determinar la gravedad específica de sólidos de suelo que incluyan sólidos que se disuelven fácilmente en agua o floten en agua, o cuando no sea práctico usar agua.

1.2 Se dan dos métodos para determinar el peso específico. El método a emplear debe especificarlo la autoridad solicitante, excepto cuando se ensayen los tipos de suelo listados en el numeral 1.2.1. 1.2.1 Método A Procedimiento para muestras húmedas, descrito en el numeral 9.2. Este procedimiento es el método preferido y debe usarse para suelos orgánicos; altamente plásticos; suelos de grano fino; suelos tropicales; y suelos que contengan haloysita. 1.2.2 Método B Procedimiento para muestras secadas en el horno, descrito en el numeral 9.3.

1

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1.3 Todos los valores medios y calculados deben cumplir con los requisitos para cifras significativas y redondeo establecidos en la norma ASTM D 6026. 1.3.1 Los procedimientos usados para especificar cómo se recopilan, registran y calculan los datos en esta norma se considera que son los normales para la industria. Además, ellos son representativos de las cifras significativas que generalmente deben considerarse. Los procedimientos usados no consideran variación de material, propósito de obtener los datos, estudios con fines especiales, o cualquier consideración de los objetivos del usuario; y es práctica común aumentar o reducir cifras significativas de los datos reportados para que estén acorde con estas consideraciones. No está dentro del alcance de estos métodos de ensayo considerar cifras significativas usadas en métodos de análisis para diseño de ingeniería. 1.4

UNIDADES

Los valores indicados en unidades SI deben tomarse como normales. En estos métodos de ensayo no se incluyen otras unidades de medida. 1.5 Esta norma no pretende abordar todos los aspectos de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer las prácticas de seguridad y salud adecuadas y determinar la aplicabilidad de las limitaciones regulatorias antes de su uso. 2.

REFERENCIAS NORMATIVAS

2.1

NORMAS ASTM

ASTM C 127, Test Method for Specific Gravity and Absorption of Coarse Aggregate. ASTM D 653, Terminology Relating to Soil, Rock, and Contained Fluids. ASTM D 1140, Test Method for Amount of Material in Soils Finer Than the No. 200 (75-µm) Sieve. ASTM D 2216, Test Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass. ASTM D 2487, Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). ASTM D 3740, Practice for Minimum Requirements for Agencies Engaged in the Testing and/or Inspection of Soil and Rock, as Used in Engineering Design and Construction. ASTM D 4753, Specification for Evaluating, Selecting, and Specifying Balances and Scales for Use in Soil, Rock, and Related Construction Materials Testing. ASTM D 5550, Test Method for Specific Gravity of Soil Solids by Gas Pycnometer. ASTM D 6026, Practice for Using Significant Digits in Geotechnical Data. ASTM E 11, Specification for Wire–Cloth Sieves for Testing Purposes. ASTM E 177, Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods.

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ASTM E 691, Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method. 3.

TERMINOLOGÍA

3.1

DEFINICIONES

Para las definiciones de los términos usados en estos métodos de ensayo, véase terminología de la norma ASTM D 653. 3.2

DEFINICIONES DE TÉRMINOS ESPECÍFICOS DE ESTA NORMA

3.2.1 peso específico de los sólidos del suelo, (Gs) la relación entre una masa de un volumen unitario de los sólidos de un suelo y la masa del mismo volumen de agua potable y deaireada a 20 °C. 4.

SIGNIFICADO Y USO

4.1 El peso específico de los sólidos del suelo se emplea para calcular las relaciones de fase de los suelos, tales como relación de vacíos y grado de saturación. 4.1.1 Es peso específico de los sólidos del suelo se usa para calcular la densidad de los sólidos del suelo. Esto se hace multiplicando su peso específico por la densidad del agua (a la temperatura adecuada). 4.2 El significado del término sólidos de suelo se supone generalmente como partículas minerales de ocurrencia natural o partículas sólidas que no son solubles en agua. Por lo tanto, el peso específico de los sólidos del suelo que contienen materia extraña, como cemento, cal, y similares, material soluble en agua, como cloruro de sodio, y suelos que contengan material con un peso específico menor que uno, requieren generalmente tratamiento especial (véase la Nota 1) o una definición calificada de su peso específico. 4.3 Las balanzas, tamaños de los picnómetros, y masas de las muestras se establecen para obtener resultados de ensayos con tres cifras decimales. NOTA 2 La calidad del resultado producido por estos métodos de ensayo depende de la habilidad del personal que los realiza, y la idoneidad de los equipos e instalaciones usados. Las entidades que cumplan los criterios de la norma ASTM D 3740 se consideran, por lo general, capaces de realizar ensayos/muestreos/inspecciones/etc. competentes y objetivos. Los usuarios de estos métodos de ensayo deben tener en cuanta que el cumplimiento de la norma ASTM D 3740 por sí solo no garantiza resultados confiables. Los resultados confiables dependen de muchos factores; la norma ASTM D 3740 provee un medio para evaluar algunos de estos factores.

5.

APARATOS

5.1

PICNÓMETRO

El picnómetro para agua debe ser o bien un frasco con tapa, un frasco ionizado con tapa, o un frasco volumétrico con capacidad mínima de 250 ml. El volumen del picnómetro debe ser de 2 a 3 veces mayor que el volumen de la mezcla suelo-agua usada durante la etapa de aireación del ensayo. 3

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5.1.1 El frasco con tapa que fija mecánicamente el volumen El frasco ionizado con tapa tiene una boca en forma abocinada que permite colocar el tapón en ángulo durante el equilibrio térmico y evita salpicar agua a los costados del frasco cuando se instala el tapón. Debe evitarse mojar la parte exterior del frasco pues esto crea cambios en el equilibrio térmico. Cuando se use un frasco con tapa, hay que cerciorarse de que el tapón esté rotulado correctamente de acuerdo con el frasco. 5.2

BALANZA

Debe cumplir los requisitos de la norma ASTM D 4753, clase GP1. Esta balanza tiene una sensibilidad de 0,01 g y una capacidad mínima de 2 000 g. 5.3

HORNO DE SECADO

Horno regulado por termostato, capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 °C ± 5 °C en toda la cámara de secado. Estas exigencias generalmente requieren el uso de un horno con circulación forzada. 5.4

TERMÓMETRO

Termómetro capaz de medir el rango de temperatura dentro del cual se ejecuta el ensayo, legible con exactitud de 0,1 °C y una profundidad de inmersión entre 25 mm y 80 mm. No deben emplearse termómetros de inmersión total. Este requisito se puede cumplir con un termómetro de precisión de mercurio de uso general o un termómetro digital con un rango de -1 °C a 57 °C. 5.5

DESECADOR

Un gabinete de secado o recipiente secador grande de dimensiones apropiadas, que contenga gel de sílice o sulfato de calcio anhidro. NOTA 4 Un vacío parcial de presión absoluta de 100 mm de Hg es aproximadamente equivalente a una lectura de 660 mm (26 pulgadas) de Hg leída en un manómetro de Hg a nivel del mar.

5.7

RECIPIENTE AISLADO

Un enfriador Styrofoam con su tapa o un contenedor equivalente que pueda contener entre tres y seis picnómetros más un vaso de laboratorio, una botella de agua, y un termómetro. Esto es necesario para mantener un control de temperatura ambiente en donde los cambios sean uniformes y graduales. 5.8

EMBUDO

Un embudo de superficie lisa no corrosiva con un vástago que se extienda más allá de la marca de calibración en el frasco volumétrico o del sello de los frascos con tapa. El diámetro del vástago del embudo debe ser lo suficientemente largo para que los sólidos de suelo puedan pasar con facilidad. NOTA 3

Es preferible usar un disecante que cambie de color para cuando se necesite su reconstrucción.

4

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 5.9

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TUBO DE LLENADO DEL PICNÓMETRO CON RESPIRADEROS LATERALES (opcional)

Un dispositivo que facilita añadir agua deaireada al picnómetro sin alterar la mezcla sueloagua. El dispositivo se puede fabricar como sigue. Se tapona por un extremo un tubo plástico de 6,3 mm a 9,5 mm de diámetro y se perforan dos respiraderos (ranuras) justo encima del tapón. Los respiraderos deben ser perpendiculares al eje del tubo y diametralmente opuestos. Se conecta una válvula al otro extremo del tubo y se hace fluir agua hasta la válvula desde una fuente de agua deaireada. 5.10

TAMIZ

No. 4 (4,75 mm) conforme con los requisitos de la norma ASTM E 11. 5.11

MEZCLADORA (opcional)

Una mezcladora con paletas de mezcla incorporadas dentro de la base del recipiente de mezcla.1 5.12 Equipos varios, tales como un computador o calculadora (opcional), platos para muestras, y guantes de seguridad.

6.

REACTIVOS

6.1

PUREZA DEL AGUA

En este método de ensayo se emplea agua potable. Esta agua puede comprarse en la mayoría de los almacenes de alimentos; en lo que sigue, se aludirá al agua potable como agua. 7.

MUESTRA DE ENSAYO

7.1 La muestra de ensayo puede ser suelo húmedo o seco al horno y debe ser representativo de las partículas de la muestra total de suelo que pasan el tamiz No.4. La Tabla 1 da guías sobre la masa de suelo seco recomendada versus tipo de suelo y tamaño del picnómetro. 7.1.1 Hay dos factores importantes relacionados con la cantidad de sólidos de suelo ensayados. Primero, la masa de los sólidos de suelo dividida por su gravedad específica debe dar cuatro dígitos significativos. Segundo, durante el proceso de deaireación la mezcla de los sólidos del suelo y el agua es una lechada y no un fluido altamente viscoso (pintura gruesa). Tabla 1. Masa recomendada para la muestra de ensayo

Tipo de suelo SP, SP-SM SP-SC, SM, SC Limo o arcilla

1

Masa seca de la muestra (g) cuando se utiliza picnómetro de 250 ml

Masa seca de la muestra (g) cuando se utiliza picnómetro de 500 ml

60 ± 10 45 ± 10 35 ± 10

100 ± 10 75 ± 10 50 ± 10

Los fabricantes de estas mezcladoras pueden ser, sin limitarse a, Osterizer o Waring.

5

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 8.

NTC 1974 (Primera actualización)

CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

8.1 Se determina la masa del picnómetro limpio y seco con exactitud de 0,01 g (generalmente cinco cifras significativas). Estas mediciones se repiten cinco veces. Debe usarse una misma balanza para todas las mediciones de masa. Se determina y registra la media y la desviación estándar. La desviación estándar debe ser menor o igual que 0,02 g. Si es mayor, realice mediciones adicionales o emplee una balanza más estable o precisa. 8.2 Se llena el picnómetro con agua deaireada por encima o por debajo de la marca de calibración, dependiendo del tipo de picnómetro y preferencia del laboratorio de añadir o extraer agua. 8.2.1 Se recomienda extraer agua para llevar el nivel de agua a la marca de calibración. El método de extracción reduce las posibilidades de alterar el equilibrio térmico al disminuir el número de veces que se abre el recipiente aislado. 8.2.2 El agua debe ser deaireada para garantizar que no existan burbujas de aire en el agua. El agua se puede deairear por ebullición, vacío, combinación de vacío y calor, con un dispositivo deaireador. Esta agua deaireada no debe usarse hasta que se haya equilibrado a la temperatura ambiente. Además, esta agua se debe añadir al picnómetro siguiendo las recomendaciones del numeral 9.6. 8.3 Se pueden calibrar hasta seis picnómetros al mismo tiempo en cada recipiente aislado. Los picnómetros (o picnómetro) se colocan en un recipiente aislado con su tapa junto con los termómetros (en un vaso de laboratorio con agua), tapones o tapón (si se emplea un picnómetro taponado), y agua deaireada en una botella con un gotero o una pipeta. Se deja que el picnómetro(s) alcance el equilibrio térmico (durante 3 h como mínimo). La temperatura de equilibrio debe estar dentro de 4 °C de la temperatura ambiente y entre 15 °C y 30 °C. 8.4 El recipiente aislado se ubica al lado de la balanza o viceversa. Se abre el recipiente y se toma un picnómetro. Se debe tocar solamente el aro del picnómetro para evitar que el calor del tacto altere el equilibrio térmico. Se puede trabajar en el recipiente o colocar el picnómetro sobre un bloque aislado (icopor) mientras se hacen los ajustes de nivel de agua. 8.4.1 Si se emplea un frasco volumétrico como picnómetro, se debe ajustar el agua a la marca de calibración, haciendo coincidir la parte inferior del menisco con dicha marca. Si hay que añadir agua, se emplea el agua equilibrada térmicamente del recipiente aislado. Si hay que extraer agua, se debe usar un tubo de succión pequeño o una toalla de papel. Se deben extraer las gotas de agua que puedan existir en el vástago del picnómetro o en el exterior del frasco. Se mide y anota la masa del picnómetro y el agua con precisión de 0,01 g. 8.4.2 Si se emplea un frasco taponado, se coloca el tapón en la botella, luego se extrae el exceso de agua usando un gotero. Se seca el aro o reborde usando una toalla de papel. Hay que cerciorarse de que todo el exterior del frasco esté seco. Se mide y registra la masa del picnómetro y el agua con exactitud de 0,01 g. 8.5 Se mide y anota la temperatura del agua con exactitud de 0,1 °C usando el termómetro que se ha equilibrado térmicamente en el recipiente aislado. Se inserta el termómetro a la profundidad de inmersión adecuada (véase el numeral 5.4). Se guarda el picnómetro nuevamente en el recipiente aislado. Las mediciones se repiten con todos los picnómetros del recipiente. 8.6 Se reajusta el nivel de agua en cada picnómetro a fin de prepararlo para la siguiente calibración y se deja que los picnómetros se equilibren térmicamente (durante al menos 3 h). 6

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El procedimiento se repite para obtener cinco mediciones independientes con cada picnómetro. Las temperaturas no requieren limitarse a ningún rango de temperatura en particular. 8.7 Usando cada uno de estos cinco puntos de datos, se calcula el volumen calibrado de cada picnómetro, Vp, con la siguiente ecuación:

Vp =

M pw, c − M p ρw , c

en donde Mpw,c = la masa del picnómetro y el agua a temperatura de calibración, g, Mp =

la masa promedio del picnómetro seco en la calibración, g, y

ρw,c =

la densidad de masa del agua a la temperatura de calibración g/ml, (véase la Tabla 2).

8.8 Se calcula la media y la desviación estándar de las cinco determinaciones de volumen. La desviación estándar debe ser menor o igual que 0,05 ml (redondeada a dos cifras decimales). Si la desviación estándar es mayor que 0,05 ml, el procedimiento de calibración tiene demasiada variabilidad y no arrojará determinaciones de gravedad específica exactas. Se evalúan las áreas de posible perfeccionamiento (ajuste de volumen a la marca de calibración, alcanzar equilibrio de temperatura, medición de temperatura, método de deaereación, o cambio de los frascos taponados) y se revisan los procedimientos hasta que la desviación estándar sea menor o igual que 0,05 ml.

7

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NTC 1974 (Primera actualización) Tabla 2. Densidad del agua y coeficiente de temperatura para varias temperaturas

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

15,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 19,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 23,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

0,99910 0,99909 0,99907 0,99906 0,99904 0,99902 0,99901 0,99899 0,99898 0,99896 0,99841 0,99839 0,99837 0,99835 0,99833 0,99831 0,99829 0,99827 0,99825 0,99823 0,99754 0,99752 0,99749 0,99747 0,99745 0,99742 0,99740 0,99737 0,99735 0,99732

1,00090 1,00088 1,00087 1,00085 1,00084 1,00082 1,00080 1,00079 1,00077 1,00076 1,00020 1,00018 1,00016 1,00014 1,00012 1,00010 1,00008 1,00006 1,00004 1,00002 0,99933 0,99931 0,99929 0,99926 0,99924 0,99921 0,99919 0,99917 0,99914 0,99912

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

16,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 20,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 24,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

0,99895 0,99893 0,99891 0,99890 0,99888 0,99886 0,99885 0,99883 0,99881 0,99879 0,99821 0,99819 0,99816 0,99814 0,99812 0,99810 0,99808 0,99806 0,99804 0,99802 0,99730 0,99727 0,99725 0,99723 0,99720 0,99717 0,99715 0,99712 0,99710 0,98707

1,00074 1,00072 1,00071 1,00089 1,00067 1,00066 1,00064 1,00062 1,00061 1,00059 1,00000 0,99998 0,99996 0,99994 0,99992 0,99990 0,99987 0,99985 0,99983 0,99981 0,99909 0,99907 0,99904 0,99902 0,99899 0,99897 0,99894 0,99892 0,99889 0,99887

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

17,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 21,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 25,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

0,99878 0,99876 0,99874 0,99872 0,99871 0,99869 0,99867 0,99865 0,99863 0,99862 0,99799 0,99797 0,99795 0,99793 0,99791 0,99789 0,99786 0,99784 0,99782 0,99780 0,99705 0,99702 0,99700 0,99697 0,99694 0,99692 0,99689 0,99687 0,99694 0,99681

1,00057 1,00055 1,00054 1,00052 1,00050 1,00048 1,00047 1,00045 1,00043 1,00041 0,99979 0,99977 0,99974 0,99972 0,99970 0,99968 0,99966 0,99963 0,99961 0,99959 0,99884 0,99881 0,99879 0,99876 0,99874 0,99871 0,99868 0,99866 0,99873 0,99860

Temperatura (°C)

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

18,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 22,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 26,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

0,99860 0,99858 0,99856 0,99854 0,99852 0,99850 0,99848 0,99847 0,99845 0,99843 0,99777 0,99775 0,99773 0,99770 0,99768 0,99766 0,99764 0,99761 0,99759 0,99756 0,99679 0,99676 0,99673 0,99671 0,99666 0,99665 0,99663 0,99660 0,99657 0,99654

1,00039 1,00037 1,00035 1,00034 1,00032 1,00030 1,00028 1,00026 1,00024 1,00022 0,99957 0,99954 0,99952 0,99950 0,99947 0,99945 0,99943 0,99940 0,99938 0,99936 0,99858 0,99855 0,99852 0,99850 0,99847 0,99844 0,99842 0,99839 0,99836 0,99833 Continua..

8

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NTC 1974 (Primera actualización) Tabla 2. Final

Temperatura (°C)

27,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 A B

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

0,99652 0,99649 0,99646 0,99643 0,99641 0,99638 0,99635 0,99632 0,99629 0,99627

0,99831 0,99628 0,99825 0,99822 0,99820 0,99817 0,99814 0,99811 0,99808 0,99806

Temperatura (°C)

28,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

0,99624 0,99621 0,99618 0,99615 0,99612 0,99609 0,99607 0,99604 0,99601 0,99598

0,99803 0,99800 0,99797 0,99794 0,99791 0,99788 0,99785 0,99783 0,99780 0,99777

Temperatura (°C)

29,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 th

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

0,99595 0,99592 0,99589 0,99586 0,99583 0,99580 0,99577 0,99574 0,99571 0,99568

0,99774 0,99771 0,99768 0,99765 0,99762 0,99759 0,99756 0,99753 0,99750 0,99747

Referencia: CRC Handbook of Chemistry and Physics, David T. Lide, Editor-in-Chief, 74 Edition, 1993-1994 3 ml = cm

9

Temperatura (°C)

30,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9

Densidad (g/ml)B

Coeficiente de Temperatura (k)

0,99585 0,99562 0,99559 0,99556 0,99553 0,99550 0,99547 0,99544 0,99541 0,99538

0,99744 0,99741 0,99738 0,99735 0,99732 0,99729 0,99726 0,99723 0,99720 0,99716

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 9.

PROCEDIMIENTO

9.1

MASA DEL PICNÓMETRO

NTC 1974 (Primera actualización)

Utilizando la misma balanza empleada para calibrar el picnómetro, se verifica que la masa del picnómetro esté dentro de 0,06 g de la masa calibrada promedio. Si no lo está, se debe calibrar nuevamente la masa seca del picnómetro. 9.2

MÉTODO A

Procedimiento para muestras húmedas: 9.2.1 Se determina el contenido de agua de una porción de la muestra de acuerdo con la norma ASTM D 2216. Con este contenido de agua, se calcula el rango de masas húmedas para el peso específico según el numeral 7.1. De la muestra, se obtiene una parte dentro de ese rango. No se debe muestrear para obtener una masa predeterminada exacta. 9.2.2 Se dispersa el suelo utilizando una mezcladora o dispositivo equivalente. Se le añaden alrededor de 100 ml de agua al suelo. El volumen mínimo de lechada o pasta aguada que puede prepararse con este equipo requiere generalmente emplear un picnómetro de 500 ml. 9.2.3 Empleando el embudo, se vierte la lechada dentro del picnómetro. Se escurren hacia el picnómetro las partículas de suelo que puedan quedar en el embudo con empleo de un frasco de lavado atomizador. 9.2.4 Se procede como se describe en el numeral 9.4. 9.3

MÉTODO B

Procedimiento para muestras secas al horno: 9.3.1 Se debe secar la muestra hasta una masa constante en un horno mantenido a 110 °C ± 5 °C. Se fraccionan los grumos de suelo que puedan existir utilizando un mortero con pizón. Si el suelo no se dispersa fácilmente luego del secado o si cambia de composición, se debe usar el Método de Ensayo A. Véase el numeral 1.2.1 para suelos que requieran el uso del Método de Ensayo A. 9.3.2 Se coloca el embudo en el picnómetro. El vástago del embudo debe extenderse más allá de la marca de calibración o sello del tapón. Vierta con cuchara los sólidos de suelo directamente en el embudo. Escurra las partículas de suelo que queden en el embudo hacia el picnómetro con empleo de un frasco de lavado atomizador. 9.4

PREPARACIÓN DE LA LECHADA DE SUELO

Se añade agua hasta que el nivel de está se halle entre 1/3 y 1/2 de la altura del cuerpo principal del picnómetro. Se agita el agua hasta que se forme la lechada. Escurra cualquier partícula adherida al picnómetro hacia la lechada. 9.4.1 Si no se forma lechada, sino una pasta viscosa, se debe usar un picnómetro de mayor volumen. Véase el numeral 7.1.1. NOTA 5. Para algunos suelos con una fracción significativa de materia orgánica, el kerosene resulta un agente humectante mejor que el agua y puede usarse en lugar de agua potable para muestras secas al horno. Si se emplea kerosene, el aire atrapado sólo se debe extraer con un aspirador. El kerosene es un líquido inflamable que debe usarse con extremo cuidado.

10

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 9.5

NTC 1974 (Primera actualización)

DEAIREACIÓN DE LA LECHADA DE SUELO

El aire atrapado en la lechada se puede extraer con calor (ebullición), vacío, o combinando calor y vacío. 9.5.1 Cuando se emplea el método de calor solamente (ebullición), la duración debe ser como mínimo de 2 h desde que la mezcla suelo-agua inicia la ebullición. Se debe emplear sólo el calor suficiente para mantener la lechada hirviendo. Se agita la lechada convenientemente para evitar que algunas partículas se adhieran o se sequen sobre el vidrio por encima de la superficie de la lechada. 9.5.2 Si se emplea sólo vacío, el picnómetro debe agitarse continuamente al vacío durante 2 h como mínimo. Agitarlo continuamente significa que los sólidos de limo/arcilla permanezcan en suspensión, y la lechada esté en constante movimiento. El vacío debe permanecer relativamente constante y ser suficiente para causar burbogeo al comienzo del proceso de deaireación. 9.5.3 Si se utiliza una combinación de calor y vacío, los picnómetros pueden colocarse en una baño de agua tibia (no más de 40 °C) mientras se aplica el vacío. El nivel de agua en el baño debe estar ligeramente por debajo del nivel de agua en el picnómetro; si el vidrio del picnómetro se calienta, el suelo por lo general se pega o se seca contar el vidrio. La duración para vacío y calor debe ser de al menos 1 h luego de iniciarse la ebullición. Durante el proceso, la lechada debe agitarse convenientemente para mantener el hervor y evitar que el suelo se seque contra el picnómetro. 9.6

LLENADO DEL PICNÓMETRO CON AGUA

Se llena el picnómetro con agua deaireada (véase el numeral 8.2.2) introduciendo el agua a través de un pedazo de tubo flexible de diámetro pequeño, manteniendo su extremo de salida ligeramente por debajo de la superficie de la lechada en el picnómetro o empleando el tubo de llenado del picnómetro. Si se emplea el tubo de llenado del picnómetro, debe llenarse el tubo con agua y cerrar la válvula. Se coloca el tubo de forma que los orificios de drenaje queden justo en la superficie de la lechada. Se abre la válvula ligeramente para dejar que el agua fluya sobre la parte superior de la lechada. Mientras se desarrolla la capa de agua clara, se levanta el tubo y se incrementa la velocidad del flujo. Si el agua añadida se torna gris, no se agrega agua por encima de la marca de calibración o hacia el área del sello del tapón. El agua restante se añade al día siguiente. 9.6.1 Si se utiliza un frasco ionizado con tapa, se llena el frasco, de forma que la base del tapón quede sumergida en agua. Luego se asienta el tapón en un ángulo sobre el cuello en forma de cuña para impedir que se atrape aire debajo del tapón. Cuando se emplea un frasco volumétrico o taponado, se debe llenar el frasco hasta o por encima de la marca de calibración según se prefiera. 9.7 Si se ha empleado calor, la muestra se deja enfriar a temperatura cercana a la del ambiente. 9.8

EQUILIBRIO TÉRMICO

Coloque el (los) picnómetro(s) en el recipiente o contenedor aislado. El termómetro (en un vaso de laboratorio), y una botella de agua desaireada con gotero o pipeta también deben guardarse en el recipiente aislado. Estos aditamentos se mantienen en el recipiente tapado durante la noche para alcanzar equilibrio térmico. 11

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 9.9

NTC 1974 (Primera actualización)

DETERMINACIÓN DE MASA DEL PICNÓMETRO

Si el recipiente aislado no se encuentra próximo a una balanza, se debe mover el recipiente al lado de una balanza o viceversa. Se abre el recipiente y se extrae el picnómetro. Sólo se debe tocar la boca del picnómetro pues el calor de las manos puede alterar el equilibrio térmico. Se coloca el picnómetro en un bloque aislado (icopor o equivalente). 9.9.1 Si se utiliza un frasco volumétrico, se ajusta el nivel del agua a la marca de calibración siguiendo el procedimiento descrito en el numeral 8.4.1. 9.9.2 Si se emplea un frasco taponado, se debe colocar el tapón en la botella mientras se retira el agua en exceso utilizando un gotero. Se seca la boca utilizando una toalla de papel. Hay que cerciorarse de que toda la parte exterior del frasco está seca. 9.10 Se mide y registra la masa del picnómetro, suelo, y agua con precisión de 0,01 g, utilizando la misma balanza empleada para calibrar el picnómetro. 9.11

DETERMINACIÓN DE TEMPERATURA DEL PICNÓMETRO

Se mide y registra la temperatura de la mezcla lechada/suelo-agua con exactitud de 0,1 °C empleando el termómetro y el método usado para la calibración en el numeral 8.5. Esta es la temperatura de ensayo, Tt. 9.12

MASA DE SUELO SECO

Se determina la masa de un recipiente con exactitud de 0,01 g. Se traslada la lechada de suelo al recipiente. Es necesario que se transfiera todo el suelo y se puede añadir agua. Se seca la muestra a una masa constante en un horno mantenido a 110 °C ± 5 °C y se enfría en un secador. Si el recipiente puede sellarse de forma que el suelo no absorba humedad durante el enfriamiento, no hace falta el secador. Se mide la masa seca de sólidos de suelo más el recipiente con exactitud de 0,01 g, usando la balanza designada. Se calcula y anota la masa de los sólidos de suelo secos con exactitud de 0,01 g. NOTA 6 Este método ha demostrado brindar resultados más consistentes y repetibles que cuando se determina la masa seca antes del ensayo. Esto debe ser, principalmente, debido a la pérdida de sólidos de suelo durante el proceso de deaireación.

10.

CÁLCULOS

10.1

Se calcula la masa del picnómetro y el agua a la temperatura de ensayo, como sigue:

(

M pw, t = M p + V p ⋅ ρw, t

)

en donde Mpw,t =

masa del picnómetro y el agua a la temperatura de ensayo (Tt), g,

Mp =

la masa calibrada promedio del picnómetro seco, g,

Vp =

el volumen calibrado promedio del picnómetro, ml, y

ρw,t =

la densidad del agua a la temperatura de ensayo (Tt), g/ml de la Tabla 2.

12

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1974 (Primera actualización)

10.2 Se calcula el peso específico de los sólidos del suelo a la temperatura de ensayo Gt, como sigue:

G1 =

ρs Ms = ρ w, t Mρw, t − Mρws, t − M s

(

(

))

en donde ρs =

la densidad de los sólidos de suelo, Mg/m o g/cm ,

ρw,t =

la densidad del agua a la temperatura de ensayo (Tt), de la Tabla 2, g/ml o g/cm ,

Ms =

la masa de los sólidos secos al horno, g, y

3

3

3

Mpws,t = masa del picnómetro, el agua y los sólidos de suelo a la temperatura de ensayo (Tt), g.

10.3

Se calcula el peso específico de los sólidos de suelo a 20 °C, como sigue: G20 °C = K ⋅ Gt

en donde K=

el coeficiente de temperatura dado en la Tabla 2.

10.4 Para sólidos de suelo que contienen partículas mayores que el tamiz de 4,75 mm (No. 4), para los cuales se emplea la norma ASTM C 127 para determinar el peso específico de dichas partículas, se calcula un peso específico promedio. La ASTM C 127 requiere que el ensayo se ejecute a 23 °C ± 1,7 °C y no se necesita corregir los datos de gravedad específica a 20 °C. Se debe emplear 10,3 para corregir esta medición a 20 °C. Para calcular el peso específico promedio se utiliza la ecuación siguiente:

G prom

a 20 °C

=

1 R 100 ⋅ G1 a

20 °C

+

P 100 ⋅ G2 a

20 °C

en donde R=

el porcentaje de suelo retenido en el tamiz de 4,75 mm,

P=

el porcentaje de suelo que pasa el tamiz de 4,75 mm,

G1 a 20 ºC =

el peso específico aparente del suelo retenido en el tamiz de 4,75 mm, determinada por la norma ASTM C 127, corregida a 20 °C,

G2 a 20 ºC =

el peso específico de las partículas sólidas que pasan el tamiz de 4,75 mm, determinada por este método de ensayo (Ecuación 4).

13

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 11

NTC 1974 (Primera actualización)

INFORME: FORMATO(S)/HOJA(S) DE DATOS DE ENSAYO

11.1 El método utilizando para especificar cómo se registraron los datos en las hojas o formatos de datos de ensayo, dado a continuación, es el normal para la industria, y es representativo de los dígitos significativos a retener. Estos requisitos no consideran variación de material en el sitio, uso de los datos, estudios para fines especiales, u otra consideración de objetivos del usuario. Es práctica común aumentar o disminuir dígitos significativos a los datos reportados para que estén acordes con estas consideraciones. No es parte del alcance de esta norma lo relativo a dígitos significativos usados en métodos de análisis para la ingeniería de diseño. 11.2

Se debe registrar, como mínimo, la siguiente información (datos):

11.2.1 Identificación del suelo (material) ensayado, como número de perforación, número de muestra, profundidad y número de ensayo. 11.2.2 Clasificación visual del suelo ensayado (nombre y símbolo de grupo según la norma ASTM D 2487). 11.2.3 Porcentaje de partículas de suelo que pasa el tamiz No. 4 (4,75 mm). 11.2.4 Si se excluyó algún suelo o material de la muestra de ensayo, describir el material excluido. 11.2.5 Método usado (Método A o Método B). 11.2.6 Todas las mediciones de masa (con exactitud de 0,01 g). 11.2.7 Temperatura de ensayo (con exactitud de 0,1 °C). 11.2.8 Peso específico a 20 °C (G, Gs, G20 ºC) con exactitud de 0,01. Si se desea, se pueden registrar los valores con exactitud de 0,001. 11.2.9 Peso específico promedio a 20 °C (Gprom o Gprom a 20 ºC) con exactitud de 0,01, si aplica. 12.

PRECISIÓN Y SESGO

12.1

PRECISIÓN

Los criterios para juzgar la aceptabilidad de resultados de ensayo obtenidos por este método, con un rango de tipos de suelos usando el Método A (excepto para los suelos secos al aire), se dan en las Tablas 3 y 4. Estos estimados de precisión se basan en los resultados del programa inter-laboratorios dirigidos por el programa de ensayo de suelos de la ASTM2. En este programa, algunos laboratorios realizaron tres réplicas de ensayos por tipo de suelo (laboratorio de ensayo triplicado), mientras que otros laboratorios ejecutaron una sola prueba por tipo de suelo (laboratorio de ensayo simple). En el numeral 12.1.4 se da una descripción de los suelos ensayados. Los estimados de precisión pueden variar con el tipo de suelo y el método usado (Método A o B). Cuando se apliquen estas evaluaciones a otro suelo o método se debe aplicar el buen juicio.

2

Los datos de soporte se pueden obtener de las oficinas principales de ASTM. Solicitar RR: D18-1009.

14

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1974 (Primera actualización)

12.1.1 Los datos de la Tabla 3 están basados en tres ensayos replicados realizados por tres laboratorios de ensayo triplicado con cada tipo de suelo. La desviación estándar para un solo operador y varios laboratorios mostrada en la Tabla 3, Columna 4, se obtuvieron según la norma ASTM E 691, la cual recomienda que cada laboratorio realice un mínimo de tres réplicas de ensayo. Los resultados de dos ensayos conducidos correctamente por un mismo operador con el mismo material, usando los mismos equipos, y en el tiempo más corto posible, no deben diferir en más de los límites d2s para un operador simple mostrados en la Tabla 3, Columna 5. Para definición de d2s véase la Nota al pie C en la Tabla 3. Los resultados de dos ensayos realizados correctamente por diferentes operadores y en días diferentes no deben diferir en más de los límites d2s para múltiples laboratorios, mostrados en la Tabla 3, Columna 5. Tabla 3. Resumen de resultados de ensayo en laboratorios de ensayos triplicados (peso específico) (1) Tipo de suelo

(2) Número de laboratorios de ensayo triplicado

(3) A Valor promedio

(4) Desviación B estándar

(5) Rango aceptable de C dos resultados

Resultados con un solo operador (Repetibilidad dentro del laboratorio) CH CL ML SP

14 13 14 14

2.717 2.670 2.725 2.658

0.009 0.006 0.006 0.006

0.03 0.02 0.02 0.02

Resultados multilaboratorio (Reproducibilidad entre laboratorios)

A

CH 14 2.717 0.028 0.08 CL 13 2.670 0.022 0.06 ML 14 2.725 0.022 0.06 SP 14 2.658 0.008 0.02 El número de dígitos significativos y lugares decimales mostrados son representativos de los datos de entrada. De acuerdo con la norma ASTM D 6026, la desviación estándar y el rango aceptable de resultados no pueden tener más lugares decimales que los datos de entrada.

B

La desviación estándar se calcula según la norma ASTM E 691 y se denomina el límite 1 s.

C

El rango aceptable de dos resultados se denomina el límite d2s. Se calcula como 1,960 2 ⋅ 1s, según se define en la norma ASTM E 177. La diferencia entre dos ensayos conducidos correctamente no debe exceder este límite. El número de dígitos significativos y lugares decimales presentados es igual al establecido por estos método de ensayo o la norma ASTM D 6026. Además, el valor dado puede tener el mismo número de lugares decimales que la desviación estándar, incluso si ese resultado tiene más dígitos significativos que la desviación estándar.

Tabla 4. Resumen de resultados de ensayo simple de cada laboratorios (peso específico) (1) Tipo de suelo

(2) Número de laboratorios de ensayo

(3) Valor promedio

(4) Desviación estándar

A

(5) Rango aceptable de dos resultados

Resultados multi-laboratorio (Ensayo simple ejecutado por cada laboratorio)

A

CH 18 CL 18 ML 18 SP 18 Véanse las notas al pie de Tabla 3.

2.717 2.673 2.726 2.660

15

0.027 0.018 0.022 0.007

0.08 0.05 0.06 0.02

NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1974 (Primera actualización)

12.1.2 En el programa de ensayo de suelos de ASTM, muchos de los laboratorios ejecutaron sólo un ensayo simple. Esto es práctica común en el diseño y la industria de construcción. Los datos de la Tabla 4 se basan en el primer resultado de ensayo de los laboratorios de ensayo triplicado y el resultado del ensayo simple de los otros laboratorios. Los resultados de dos ensayos desarrollados adecuadamente, ejecutados por dos laboratorios diferentes con diferentes operarios usando equipos diferentes y en distintos días, no deben variar en más de los límites d2s mostrados en la Tabla 4, Columna 5. Los resultados de las Tablas 3 y 4 son diferentes porque los juegos de datos son diferentes. 12.1.3 La Tabla 3 presenta una interpretación rigurosa de los datos de ensayos triplicados según la norma ASTM E 691 de laboratorios previamente calificados. La Tabla 4 se obtiene de datos de ensayo representativos de la práctica común. 12.1.4 Tipo de suelo Basado en los resultados de ensayo multi-laboratorios, el suelo usado en el programa se describe a continuación de acuerdo con la norma ASTM D 2487. Además, se da el nombre completo del suelo. CH - Arcilla plástica, CH, 99 % de finos, LL= 60, IP = 39, color café grisáceo, el suelo había sido secado al aire y pulverizado. Nombre local - Arcilla Buckshot Vicksburg. CL - Arcilla de baja plasticidad, CL, 89 % de finos, LL= 33, IP= 13, color gris, el suelo había sido secado al aire y pulverizado. Nombre local - Arcilla Annapolis ML - Limo, ML, 99 % de finos, LL= 27, IP= 4, color café claro, el suelo había sido secado al aire y pulverizado. Nombre local - Limo Vicksburg SP - Arena de graduación pobre; SP, 20 % arena gruesa, 48 % arena media, 30 % arena fina, 2 % de finos, color café amarillento. Nombre local -Arena Frederick 12.2

SESGO

No hay un valor de referencia aceptable para este método de ensayo, por ello, no puede determinarse el sesgo.

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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA

NTC 1974 (Primera actualización)

DOCUMENTO DE REFERENCIA THE AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. ASTM, 2000, 7p (ASTM D 854).

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