Ensayo gravedad especifica

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO 1 - ALCANCE 1.1 - Esta norma describe y regula el método para la determinación de la gravedad específica de los suelos que pasan el tamiz de 4.75 mm (# 4), por medio de un picnómetro. Cuando el suelo contenga partículas mayores de 4.75 mm se seguirá el método de ensayo ASTM C127 para el material retenido sobre dicho tamiz, y este método será utilizado para el material con diámetros menores que 4.75 mm. 1.1.1 - Esta norma prescribe dos procedimientos para determinar la gravedad específica: 1.1.1.1 - Método A. Procedimiento para muestras secadas en el horno descrito en el numeral 9.1. 1.1.1.2 - Método B. Procedimiento para la determinación sobre para muestras húmedas descrito en el numeral 9.2. El procedimiento que se utilice será especificado por la entidad que solicite el servicio. 1.1.1.3 - El procedimiento B será el procedimiento preferido con muestras de suelos orgánicos y suelos finogranulares de alta plasticidad, y en aquellos cuyas propiedades puedan cambiar significativamente al secarlos, sea al aire o en un horno. 1.1.1.4 - Algunos materiales orgánicos pueden descomponerse al ser secados en el horno a la temperatura de secado normalizada en este método (110oC). 1.1.1.5 - Los materiales que contienen yeso (sulfato de calcio hidratado), u otros compuestos que tienen cantidades significativas de agua de hidratación, pueden presentar un problema especial debido a que este material se deshidrata lentamente a la temperatura normalizada de secado (110oC) y en ambientes cuya humedad relativa sea muy baja, formando un compuesto que no se encuentra normalmente presente en materiales naturales, excepto en algunos suelos del desierto (sulfato de calcio semihidratado). 1.1.1.6 - Con el fin de reducir el grado de deshidratación del yeso en los materiales que lo contienen, o para reducir la descomposición de suelos orgánicos, puede ser deseable secar estos materiales a 60oC o en un desecador a temperatura ambiente.Cuando se utilice una temperatura de secado distinta de la temperatura de secado normalizada definida en este manual, el contenido de agua resultante puede ser diferente 1.1.1.7 - Este procedimiento es el apropiado para la determinación de la gravedad específica de muestras de suelos cohesivos que contengan halloysita, illita o montmorillonita, algunas de cuyas propiedades físicas y geotécnicas cambian irreversiblemente al secarse. Los suelos derivados de cenizas volcánicas y las arcillas de alta plasticidad se encuentran en esta categoría. 1.2 - Cuando se requiera el valor de la gravedad especifica en los cálculos del análisis granulométrico por sedimentación, se ejecutará el ensayo correspondiente sobre la porción de la muestra que pase el tamiz de 2 mm (#10)

2 - TERMINOLOGÍA 2.1 - Todas las definiciones se ajustan a la terminología de las normas ASTM D653 y E12. 2.2 - Definición de términos específicos a esta norma. 2.2.1 - Gravedad especifica: relación de la masa de una unidad de volumen de un material a una temperatura determinada a la masa del mismo volumen de agua destilada libre de gas a la misma temperatura.

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

1/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

3 - SIGNIFICADO Y USO 3.1 - La gravedad especifica de un suelo se utiliza en el cálculo de las relaciones de fase de los suelos, en los cálculos de los ensayos de granulometría por sedimentación, compresibilidad y potencial de expansión. 3.2 - El término partículas sólidas significa partículas minerales que ocurren naturalmente y no son solubles fácilmente en agua. En consecuencia la gravedad específica de los materiales que contengan materias extrañas (como cemento, cal y similares), materia soluble en agua (como el cloruro de sodio), y los suelos que contengan partículas con una gravedad especifica menor que uno requieren un tratamiento especial o una definición calificada de su gravedad específica.

4 - EQUIPO

4.1 – Picnómetro, puede ser uno de los siguientes: 4.1.1 - Frasco volumétrico con una capacidad mayor que 100 ml. 4.1.2 - Frasco con tapa con una capacidad mínima de 50 ml. La tapa debe ser del mismo material y permitirá la emisión de aire y el exceso de agua.

Figura 1. Frascos volumétricos de 50 cm 3 y 100 cm 3 respectivamente.

4.1.3 - Es recomendable utilizar frascos de un tamaño mayor que la capacidad mínima especificada; los frascos más grandes son capaces de contener muestras mayores y tienden a producir mejores resultados estadísticos. 4.2 - Balanza. Con una precisión equivalente al 0.1% de la masa de la muestra 4.3 - Horno para secado. Horno controlado termostáticamente capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 °C en toda la cámara de secado. 4.4 - Termómetro. Capaz de medir el rango de temperatura dentro del cual se lleva acabo el ensayo, graduado en una escala con divisiones de 0.5 y que cumpla los requerimientos de la especificación E1

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

2/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

4.5 - Desecador. Una cámara de secado, de tamaño suficiente, que contenga gel de sílice ó sulfato anhidro de calcio. El sulfato anhidro de calcio se vende con el nombre comercial de drierita. 4.6 - Es preferible utilizar un desecante que cambie de color para indicar cuando debe ser cambiado o reconstituido. 4.7 - Aparato para remover el aire disuelto. Para remover el aire disuelto utilice uno de los siguientes: 4.7.1 - Mechero Bunsen ó una placa caliente capaz de mantener una temperatura adecuada para hervir el agua 4.7.2 - Sistema de vacío. Una bomba de vacío ó un aspirador de agua capaz de producir un vacío parcial de 100 mm de Hg, o una presión absoluta menor. Un vacío parcial de 100 mm de mercurio de presión absoluta es equivalente a una lectura de 660 mm de mercurio en un manómetro de vacío al nivel del mar. 4.8 - Equipo misceláneo. Platos para muestras y guantes aislados

5 - MATERIALES Y REACTIVOS 5.1 - Pureza del agua. Cuando en este método de ensayo se refiera a agua destilada se utilizará agua destilada ó desmineralizada

6 - MUESTRA 6.1 - La muestra para el ensayo puede ser suelo húmedo ó secado al horno y debe ser representativa de la muestra total; en todo caso la muestra será suficientemente grande para que su masa mínima secada al horno cumpla con las siguientes especificaciones: Tamaño máximo de partícula 2 mm 4.75 mm

Tamaño del tamiz #10 #4

Masa mínima de la muestra para el ensayo (g) 20 100

7 - CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO 7.1 - Determine y registre la masa de un picnómetro limpio y seco Mf 7.2 - Llene el picnómetro con agua destilada hasta la marca de calibración; inspeccione visualmente el picnómetro y su contenido para asegurarse que no hay burbujas de aire en el agua destilada. Determine y registre la masa del picnómetro y el agua Ma 7.3 - Introduzca un termómetro en el agua y determine y registre su temperatura Ta con una precisión de 0.5oC. 7.4 - A partir de la masa Ma, determinada a la temperatura observada Ta, prepare una tabla de valores de masa Ma, para el conjunto de temperaturas que probablemente prevalecerán cuando sean determinadas mas tarde la masa del picnómetro, el suelo y el agua Mb. Estos valores de Ma pueden ser determinados experimentalmente o pueden ser calculados como sigue: Donde: M a a t x = {ρw a t x ρw a t a ∗ (M a a t a − M f )} + M f

[

]

ρω = densidad del agua (g/ml)

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

3/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

Ma = masa del picnómetro lleno de agua (g) Mf = masa del picnómetro (g) Ta = temperatura observada del agua en grados centígrados Tx = cualquier otra temperatura deseada en grados centígrados 8.5 - Este método de ensayo propone un procedimiento que es más conveniente para los laboratorios que hacen muchas determinaciones con el mismo picnómetro. El procedimiento es igualmente aplicable para una determinación individual. Llevar el picnómetro y su contenido hasta una temperatura dada cuando se toman las masas Ma y Mb requiere un tiempo considerable. Es importante que las masas M a y M b estén basadas en el agua a la misma temperatura. Los valores para la densidad del agua a temperaturas entre 16 y 300C se dan en la tabla 1.

8 - PROCEDIMIENTO 8.1 - Método de ensayo A, Procedimiento para muestras secadas al horno 8. 1 .1 - Seque el espécimen a masa constante en un horno mantenido a 110+5 °C tenga en cuenta que al secar ciertos suelos a 110°C puede ocurrir perdida de agua de hidratación o de composición y en tales casos el secado debe hacerse en condiciones de presión reducida de aire ó a una temperatura más baja y enfríelo en un secador. Tabla 1. Densidad del agua y factor de Corrección K para Varias Temperaturas

Temperatura, 0 C 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

Densidad del agua (g/ml) 0.99897 0.99889 0.99880 0.99871 0.99862 0.99853 0.99843 0.99833 0.99823 0.99812 0.99802 0.99791 0.99780 0.99768 0.99757 0.99745 0.99732 0.99720 0.99707

Factor de corrección K 1.0007 1.0007 1.0006 1.0005 1.0004 1.0003 1.0002 1.0001 1.0000 0.9999 0.9998 0.9997 0.9996 0.9995 0.9993 0.9992 0.9991 0.9990 0.9988

4/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

Temperatura, 0 C 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0

Densidad del agua (g/ml) 0.99694 0.99681 0.99668 0.99654 0.99640 0.99626 0.99612 0.99597 0.99582 0.99567

Factor de corrección K 0.9987 0.9986 0.9984 0.9983 0.9982 0.9980 0.9979 0.9977 0.9976 0.9974

8.1.2 - Determine y registre la masa de un picnómetro calibrado seco y limpio Mf, seleccione un picnómetro de suficiente capacidad para que el volumen llenado hasta la marca de calibración sea por lo menos 50% mayor que el espacio requerido para acomodar la muestra del ensayo. Coloque la muestra en el picnómetro. Determine la masa de la muestra y el picnómetro y reste la masa del picnómetro Mf de este valor para determinar la masa de la muestra secada al horno Mo 8.1.3 - Para algunos suelos que contienen una fracción significativa de materia orgánica, el querosene es un agente humedecedor mejor que el agua y puede ser usado en lugar del agua destilada para muestras secadas al horno. Si se usa querosene el aire disuelto deberá ser removido mediante el uso de un aspirador únicamente. El querosene es un liquido inflamable que debe ser usado con mucha precaución. Agregar agua destilada hasta apenas cubrir el suelo hace más fácil el control de la ebullición durante la remoción del aire disuelto. 8.1.4 - Remueva el aire atrapado por uno de los siguientes métodos 8.1.4.1 - Hierva la muestra suavemente por lo menos durante 10 min. mientras agita el picnómetro ocasionalmente para facilitar la remoción del aire. Luego deje enfriar la muestra calentada hasta la temperatura ambiente. 8.1.4.2 - Someta el contenido del picnómetro al vacío (presión del aire menor de 100 mm de Hg) durante 30 min. bien sea conectando el picnómetro directamente a un aspirador ó bomba de vacío, o mediante el uso de una campana de vacío. Mientras se aplica el vacío agite suavemente el picnómetro periódicamente para ayudar a la remoción del aire. Algunos suelos ebullen violentamente cuando se someten a una presión de aire reducida. En esos casos será necesario reducir la presión del aire o utilizar un frasco más grande. 8.1.4.3 - Las muestras con una alta plasticidad en su contenido natural de agua pueden requerir entre 6 y 8 horas para remover el aire atrapado. Las muestras con una baja plasticidad en su contenido natural de agua pueden requerir entre y 6 horas para remover el aire atrapado. Las muestras secadas en el horno pueden requerir de 2 a 4 horas para remover el aire atrapado. 8.1.5 - Llene el picnómetro hasta un poco mas abajo de la marca de calibración con agua destilada a la temperatura ambiente. Agregue agua destilada lenta y cuidadosamente para evitar la formación de burbujas de aire en la muestra. Deje el picnómetro hasta que obtenga una temperatura de agua uniforme.

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

5/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

Para evitar la introducción de burbujas de aire el agua destilada puede ser introducida por medio de un trozo de manguera flexible de diámetro pequeño con su extremo de salida justo por debajo de la superficie del agua destilada en el picnómetro. Para obtener una temperatura de agua uniforme el picnómetro puede ser dejado reposando durante la noche ó puede ser colocado en un baño de temperatura constante. 8.1.6 - Llene el picnómetro con agua destilada a la misma temperatura hasta la marca en el cuello, limpie el exterior y séquelo con un paño seco y limpio. Determine y registre la masa del picnómetro lleno con agua y suelo Mb. 8.1.7 - Introduzca un termómetro en el agua y determine y registre su temperatura Tb, con una precisión de 0.50C. 8.2 - Método de ensayo B. Procedimiento para muestras húmedas. 8.2.1 - Coloque la muestra en un picnómetro calibrado. 8.2.1.1 - Disperse las muestras de suelos arcillosos en agua destilada antes de colocarlos en el picnómetro utilizando el equipo de dispersión especificado en el método de ensayo D-422. El volumen mínimo de suspensión que puede ser preparado con este equipo de dispersión es tal que se requiere un frasco de unos 500 ml, o más, como picnómetro. 8.2.2 - Proceda como fue descrito en las secciones 9.1.4 a 9.1.7 8.2.3 - Retire la muestra del picnómetro, seque la muestra hasta conseguir una masa constante en un recipiente adecuado, en un horno a temperatura constante de 110 ± 5°C. Enfríe la muestra en un secador. 8.2.4 - Determine y registre la mas del suelo secado al horno Mo.

9 - CÁLCULOS 9.1 - Calcule la gravedad especifica del suelo G aproximada a dos cifras decimales, a la temperatura de referencia Tb, con la siguiente expresión: G a Tb = M o [M o + (M a − M b )] donde Mo = masa de la muestra de suelo secado al horno (g). Ma = masa del picnómetro llenado con agua a la temperatura Tb en gramos. Este valor puede ser obtenido de la tabla de valores de Ma, preparado de acuerdo con el numeral 7.4, para las temperaturas prevalecientes cuando fue determinada la masa Mb, grados centígrados. Mb = masa del picnómetro llenado con agua y suelo a la temperatura Tb. Tb = temperatura del contenido del picnómetro cuando se determinó la masa .

9.2 - La ecuación presentada en el numeral 10.1 se utiliza para calcular la gravedad especifica del suelo analizado en agua. Cuando se utiliza querosene la ecuación 10.1 debe ser ajustada multiplicando el resultado por la gravedad especifica del querosene a la temperatura Tb y dividiéndola por la densidad del agua a la misma temperatura.

9.3 - Calcule la gravedad especifica promedia ponderada para los suelos que contienen partículas tanto mayores como menores del tamiz de 4.75 mm utilizando la siguiente ecuación: 1 G prom =  R1   P1   +   100G1   100G 2  Donde: Gprom = gravedad especifica promedia ponderada de los suelos compuestos de partículas mayores y menores que el tamiz de 4.75 mm R1: porcentaje de partículas de suelo retenidas sobre el tamiz de 4.75 mm P1: porcentaje de las partículas que pasan el tamiz de 4.75 mm GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

6/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

G1: gravedad especifica aparente de las partículas de suelo retenido en el tamiz de 4.75 mm determinada de acuerdo con el método de ensayo C127 G2: gravedad específica de las partículas que pasan el tamiz de 4.75 mm determinada de acuerdo con este método de ensayo. 9.4 - A menos que sea exigido de otra manera, los valores de gravedad especifica registrados se basarán en agua a 20 grados centígrados. Calcule el valor basado en agua a 20 grados centígrados a partir del valor basado en agua a la temperatura observada Tb como sigue: G a 20ºC = K ∗ G a Tb donde: K: número encontrado al dividir la densidad del agua a la temperatura T b entre la densidad del agua a la temperatura de 20 °C. Los valores de K para el rango de temperaturas consideradas en este método de ensayo se dan en la tabla 1 9.5 - En algunos casos se desea reportar el valor de la gravedad especifica basado en agua a una temperatura diferente, en estos casos el valor de la gravedad especifica basados en cualquier temperatura Tx puede ser calculado como sigue: G a Tx =

G a 20º C K

10 - INFORME El informe debe incluir lo siguiente 10.1 - Identificación de la muestra (material que se esta analizando dando el número de sondeo, el número de la muestra el número del ensayo, etc.) 10.2 - La gravedad especifica a 20°C con una aproximación de 0.01. El procedimiento de ensayo utilizado A, ó B 10.3 - El tamaño máximo de partícula de la muestra 10.4 - Gravedad especifica con una aproximación de 0.01 a una temperatura especificada distinta de 20°C si se solicita ó se requiere 10.5 - El tipo de fluido utilizado si es distinto de agua destilada 10.6 - Cuando una porción de la muestra original del suelo es eliminada en la preparación de la muestra para el ensayo debe informarse la porción sobre la que fue llevado a cabo el ensayo.

11 - PRECISIÓN Y SESGO 11.1 - Precisión. Los criterios para juzgar la aceptabilidad de los resultados del ensayo de gravedad especifica obtenidos por este método de ensayo sobre materiales que pasan los tamices de 4.75 mm (#4), ó 2 mm (#10)Se encuentran en la Tabla 2. 12.2 - Sesgo. No hay un valor aceptable de referencia para este método de ensayo; en consecuencia el sesgo no puede ser determinado Notas: A) Las cifras dadas en la columna 2 y 3 son desviaciones estándar que aquí se consideran apropiadas. Las cifras dadas en las columnas 4 y 5 son los limites que no deben ser excedidos por la diferencia entre dos ensayos realizados adecuadamente. B) Estos números representan respectivamente los limites de una desviación estándar, de acuerdo con la Norma ASTM C670.

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

7/8

GG-07- GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO

C) Estos números representan los limites de dos desviaciones estándar, de acuerdo con la Norma ASTM C 670. D) Los valores de esta tabla se refieren a suelos cohesivos. Actualmente no existen criterios para asignar valores de desviación estándar a suelos no cohesivos. Tabla 2. Estimativos de precisión A Material e Indice Desviación Estándar Pasa 4.75 mm Pasa 2.00 mm (No. (No.4) 10) Precisión para un solo 0.021B 0.019B operador Precisión 0.056C 0.041C interlaboratorios

Rango Aceptable de Dos Resultados Pasa 4.75 mm Pasa 2.00 mm (No.4) (No.10) 0.06 0.06 0.16

0.12

12 - DESCRIPTORES 12.1 - Gravedad específica, relaciones de fase, suelo.

2 - DOCUMENTOS DE REFERENCIA

2.1 - Normas ASTM C127: Método de ensayo para determinar la gravedad específica y la absorción de agregados gruesos. C670 : Procedimiento para preparar los enunciados sobre precisión y sesgo en los métodos de ensayo para materiales de construcción D422: Métodos de ensayo para análisis granulométricos de suelos D653 :Terminología relacionada con suelos, rocas, y fluidos contenidos en ellos. D2487: Clasificación Unificada de Suelos D4753 : Especificaciones para evaluar, seleccionar y especificar las balanzas y básculas para los ensayos de suelos y rocas E1 : Especificación de termómetros ASTM E11 : Especificación para tamices de alambre tejido para ensayos de laboratorio. E12: Terminología relacionada con la densidad y gravedad especifica de sólidos, líquidos y gases 2.2 - Normas AASHTO. Método de ensayo AASHTO T100.

GRUPO DE GEOTECNIA FACULTAD DE MINAS

8/8