HUMEDAD CENTRIFUGA EQUIVALENTE I.N.V. E - 129

Transcripción

1 E HUMEDAD CENTRIFUGA EQUIVALENTE I.N.V. E OBJETO 1.1 Este método cubre la determinación de la humedad equivalente del suelo mediante una técnica de centrifugación. 1.2 La humedad centrífuga equivalente está definida como el contenido de agua de un suelo, después de que ha sido saturado con agua (por remojo) y sometido durante 1 h a una fuerza centrífuga igual a 1000 veces la gravedad. Generalmente, se expresa como porcentaje. 1.3 La humedad centrífuga equivalente puede emplearse para aproximar la relación de vacíos con aire, la capacidad para retener agua, o la retención específica. 1.4 El procedimiento depende de la temperatura y pueden obtenerse resultados consistentes, comparables únicamente, si se determinan los ensayos bajo una condición de temperatura constante. 2. RESUMEN DEL METODO 2.1 La humedad centrífuga equivalente se determina secando inicialmente el suelo al aire, escogiendo dos especímenes de ensayo de 5 g, saturando completamente cada espécimen, y determinando luego el contenido de agua de cada uno, después que ha sido centrifugado durante 1 hora, a una fuerza igual a 1000 veces la de la gravedad y a una temperatura controlada de 20 ± 1 C (68 ±1.8 F). 3. USO Y SIGNIFICADO 3.1 La humedad centrífuga equivalente puede emplearse para aproximar la relación de vacíos con aire (término geotécnico), la capacidad de retención de agua (término científico), o la retención específica (término hidrológico). 3.2 No toda el agua contenida en un suelo saturado, puede removerse mediante drenaje por gravedad o por bombeo de pozos. Todos los términos previamente

2 E mencionados, representan la capacidad de un suelo para retener agua, contra la fuerza de la gravedad. La cantidad de agua retenida después del drenaje por gravedad varía con el tiempo, la textura (distribución granulométrica) y la plasticidad de los suelos (en general, el valor aumenta con un incremento en el límite líquido). 3.3 La humedad centrífuga equivalente, en general, está basada en la teoría de aplicar una fuerza centrífuga grande, suficiente para reducir la altura capilar tanto, que ésta pueda ignorarse, sin introducir mucho error, aún en especímenes pequeños, y sin embargo no tan grande como para separar una proporción considerable de agua, que se mantiene segura por encima de la altura capilar. Si un suelo por ejemplo, mantiene agua a 100 mm por acción capilar, en contra de la gravedad, teóricamente éste será capaz únicamente de mantener 0.1 mm contra una fuerza centrífuga que sea veces mayor que la gravedad. Se ha determinado que para suelos que al menos tengan textura mediana (tamaño de partículas de arenosas a limosas), la humedad centrífuga equivalente (cuando se convierta al contenido de humedad por volumen), se aproxima a la retención específica, a la relación de vacíos con aire, o a la capacidad de retención de agua convertida a humedad por volumen. 4 DEFINICIONES 4.1 Relación de vacíos con aire: La relación del volumen del espacio con aire, con respecto al volumen total de vacíos en un suelo dado, o en una masa de roca. 4.2 Retención específica: La relación del volumen de agua que no puede drenarse de un suelo saturado bajo la acción de la fuerza de gravedad, con respecto al volumen total de vacíos. 4.3 Capacidad de retención de agua: Es el menor valor al cual puede reducirse el contenido de agua del suelo, mediante drenaje por gravedad. 4.4 Contenido de agua (humedad) por volumen. La relación, expresada en porcentaje, del volumen de agua en un volumen dado de material, con respecto al volumen total.

3 E EQUIPO 5.1 Centrífuga para humedad equivalente, de tamaño tal, y que se acciona en forma tal que pueda ejercer durante 1 hora sobre el centro de gravedad del espécimen de suelo, una fuerza de 1000 veces la de la gravedad. La cámara de la centrífuga deberá hallarse en capacidad de mantener una temperatura controlada de 20 ± 1 C (68 ± 1.8 F). El número de revoluciones N, requeridas por minuto para producir una fuerza centrífuga de 1000 veces la gravedad, se determina a partir de la ecuación: N = R C F rm Siendo: N = Revoluciones por minuto RCF = Fuerza centrífuga relativa (1000) r = Radio de rotación hasta el centro de gravedad del espécimen de ensayo (cm) m = Peso del espécimen, tomado como unidad. Para una instalación normal de equipo, N deberá ser aproximadamente igual a r.p.m. 5.2 Copas Babcock, equipadas con tapa y con un sostenedor adecuado para soportar los crisoles Gooch, a 13 mm por encima del fondo de la copa (Figura No. 1). El soporte deberá mantener la copa de tal manera que el agua expulsada durante la centrifugación, no se ponga en contacto con el crisol y el suelo; y que tenga suficiente espacio para ajustarse libremente dentro de la copa. Copas y sostenedores de crisol deberán balancearse por parejas opuestas una de otra, en la centrífuga y deberá numerarse por pares (por ejemplo, 1, 1A, 2, 2A). 5.3 Crisoles Gooch.- Un crisol de porcelana Gooch, que tenga un fondo perforado, con capacidad de aproximadamente 25 ml y con las siguientes dimensiones: altura de aproximadamente 37.5 mm, diámetro de la parte superior de 25 mm, y en el fondo de alrededor de 20 mm (Véase Fig. No.1). Los crisoles deberán numerarse por pares balanceados para colocarlos en forma opuesta el uno del otro, en las copas de la centrífuga (por ejemplo 1A, 1B, 2A, 2B, etc).

4 E Papel de Filtro, circular, suficientemente grande para cubrir el fondo interior del crisol Gooch. - Pueden adquirirse papeles de filtro ya cortados. Se sugiere un papel con calidad de rata de flujo mediana o equivalente. 5.5 Balanza, con capacidad de 1200 g y sensibilidad de ± 0.01 g. 5.6 Humedecedor. Un desecador grande con agua en la unidad inferior trabaja satisfactoriamente. La placa del desecador deberá cubrirse con una malla metálica sobre la cual se colocan los crisoles. 5.7 Horno, termostáticamente controlado, preferiblemente de tipo de circulación forzada, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 C (230 ± 9 C). 5.8 Recipientes para humedad, de material resistente a la corrosión y a cambio de peso por calentamiento, enfriamiento y por la limpieza repetida. Deberán emplearse tapones que ajusten estrechamente para evitar, pérdida de humedad del suelo, antes del pesaje inicial y que eviten la absorción de humedad de la atmósfera, después del secado y antes del pesaje final. Para cada determinación de humedad se necesita un recipiente. Los recipientes deberán ser de 60 a 90 ml de capacidad. - Se recomienda que los recipientes sean numerados por pares para que coincidan con los números del crisol. 5.9 Mortero y triturador cubierto de caucho, adecuado para romper los terrones de partículas de suelo Tamiz de 2.00 mm (No.10). 6. ESPECIMEN DE ENSAYO 6.1 Expóngase al aire, a la temperatura ambiente, la muestra recibida, hasta que se seque completamente. Rómpanse completamente los terrones en el mortero con el triturador. Tamícese este material en seco sobre un tamiz de 2.00 mm (No.10).

5 E Si la muestra recibida, tiene un peso mucho mayor que el requerido para verificar este ensayo, deberá mezclarse completamente y separar una porción que pese alrededor de 50 g, para secar al aire. 6.2 Tómese un espécimen de 5 g del material que pasa tamiz de 2.00 mm (No.10), después de que haya sido completamente mezclado. No deberá emplearse para este ensayo material que no pase dicho tamiz. 6.3 Háganse ensayos por duplicado, con los correspondientes duplicados colocados en copas opuestas una de otra en la centrífuga. 7. PROCEDIMIENTO 7.1 Colóquese el espécimen suelto pero alisado en el crisol Gooch, en el cual ha sido previamente colocada una pieza de papel filtrante húmedo que cubra apenas el fondo del crisol. Colóquese el crisol en una cazuela de agua destilada o desmineralizada, de una profundidad de por lo menos 5 mm mayor que la altura del suelo en la copa y déjese que absorba agua el suelo hasta que llegue a saturarse. Son suficientes ocho horas o una noche: lo cual se comprueba con la presencia de agua libre sobre la superficie del suelo. Colóquese el crisol y el espécimen en un humedecedor, por lo menos 12 horas para asegurar distribución uniforme de la humedad a través de toda la muestra de suelo. Derrámese toda el agua libre que quede entonces sobre la superficie del espécimen, y coloque el crisol en una copa Babcock ajustada como se describió en el numeral 5.2. Colóquense los crisoles por pares en copas opuestas una de otra, en la centrífuga. 7.2 Contrólese la centrífuga a una temperatura de 20 ± 1 C (68 ±1.8 F). Llévese la centrífuga a la velocidad requerida en 5 minutos, mediante cinco pasos sucesivos iguales del reóstato, con 1 minuto para cada paso. Manténgase la centrífuga a una velocidad constante durante 60 minutos, la cual para la cabeza del diámetro empleado, ejercerá una fuerza centrífuga de 1000 veces la de la gravedad, sobre el centro de gravedad de la muestra de ensayo. En seguida de este período de centrifugación a la velocidad requerida, déjese que la centrífuga se detenga poco a poco con la reducción mínima de velocidad que sea posible, pero que no exceda de un intervalo de 5 minutos.

6 E Inmediatamente después de centrifugar, colóquense los contenidos (sin papel de filtro) de cada crisol en un recipiente limpio y seco, de peso conocido y tápese para la determinación de la humedad. No debe tomar tiempo sacar todo el material fuera del crisol. Es esencial la rapidez para evitar la pérdida de humedad del suelo. Determínese el peso del recipiente y del suelo húmedo y anótese estos valores. 7.4 Cuando se observe agua libre sobre la parte superior del suelo después de la centrifugación, se dice que el suelo tiene una capa de agua (logged), y esta información deberá anotarse en el Informe de los resultados. 7.5 Remuévase el tapón y colóquese el recipiente con suelo húmedo en un horno con temperatura de 110 ± 5 C (230 ± 9 F) hasta peso constante. 7.6 Después de secado hasta peso constante, remuévase el recipiente del horno y vuélvase a colocar el tapón. Después de enfriar a la temperatura ambiente, determínese el peso de recipiente y del suelo seco. Regístrese este valor. 8. CALCULOS 8.1 Calcúlese la humedad centrífuga equivalente del suelo, en la siguiente forma: we = [(W 1 - W 2 )/(W 2 - W c )] x 100 = (Ww/Ws) x 100 Donde: we = Humedad centrifuga equivalente, % W 1 = Peso del recipiente más suelo húmedo, g W 2 = Peso del recipiente más suelo seco, g Wc = Peso del recipiente, g Ww = Peso del agua, g Ws = Peso de los sólidos, g La humedad centrífuga equivalente final, se obtiene tomando el promedio de los valores recibidos de las muestras pares correspondientes.

7 E INFORME 9.1 El informe incluirá lo siguiente: - Identificación de la muestra (material), que se está ensayando, con el número de la perforación, número de la muestra, número del ensayo, etc. - Humedad centrífuga equivalente promedio, con aproximación al 1% - Indicación de si algún espécimen quedó con capa de agua. 10. PRECISION Y EXACTITUD 10.1 Repetibilidad. La variación entre dos valores obtenidos en ensayos duplicados en el mismo laboratorio, no deberá excederse en más de un (1) punto de porcentaje, para valores de humedad centrífuga hasta del 15%, y en dos (2) puntos de porcentaje, para valores por encima del 15% La muestra deberá volverse a ensayar, si la variación excede estos valores No han sido desarrollados todavía requerimientos para la reproducibilidad y precisión de estos métodos. 11. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS ASTM D 425