PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL (FILLER)

Transcripción

1 FUNACION E LABORATORIO NACIONAL E VIALIA FUNALANAVIAL FLNV - MVAG-011 PESO ESPECÍFICO E LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL (FILLER) NOVIEM BRE 2003

2 MINISTERIO E INFRAESTRUCTURA 1 de 15 NORMA A.S.T.M / A.A.S.H.T.O. T 100 / FLNV-FEAG-12/13 1 OBJETO El objeto de este ensayo es la determinación del peso específico de los sólidos de la fracción fina de un suelo. 2 URACIÓN Para realizar el ensayo y obtener los resultados se estiman 36 horas. 3 EQUIPO REQUERIO Figura 1 Equipo y material requerido Picnómetros, Matraz o Frasco Gattore (*) con capacidad de 100 ml a 500 ml. Balanza con capacidad de 20 Kg y 1g de sensibilidad. Balanza con capacidad de 1200 g. y 0.01 g de sensibilidad. Un par de guantes de asbesto. Horno eléctrico con control de temperatura de 105 ºC ± 5 ºC. Bomba de vacío, con tuberías y conexiones para cada frasco, o dispositivo para hervir el contenido del picnómetro. Termómetro, con una apreciación de 0,5 ºC. Cápsula de evaporación Tamiz Nº 10 (2,0 mm). Pipeta o frasco lavador

3 2 de 15 Termómetro con rango de 0.5 ºC la masa del agua desalojada por la muestra del suelo. 4 INTROUCCION Este método de ensayo tiene como objetivo determinar la gravedad especifica (Gs) de los suelos que pasan el tamiz 4.75 mm (N º4) por medio de un picnómetro. Se define como gravedad específica de la fase sólida de un suelo, la relación entre la gravedad específica de las partículas del suelo y la gravedad especifica del agua a una temperatura de referencia especificada. Cuando el valor de Gs es usado para el cálculo de Hidrometría se propone que el ensayo sea hecho con el material pasante por el tamiz 2 mm (N 10). Cuando el suelo contiene las partículas mayores que el tamiz 4.75mm (Nº 4), se debe utilizar el método de ensayo de la A.S.T.M. C 127 (véase Manual visualizado de Peso especifico y absorción FLNV -FEAG-12/13) que permite conocer el peso especifico por absorción de los agregados (finos y gruesos) El peso unitario de los sólidos (?s) se obtiene en la práctica como la relación entre el peso de los sólidos y el volumen de agua que desalojan. Existen dos Métodos para realizar el ensayo de peso específico. a) Método A para muestra secada al horno. b) Método B para muestra húmeda (humedad natural. Nota 1: Para muestra con materia orgánica, de alta plasticidad y suelo de grano fino se debe usar preferiblemente el Método B. La muestra puede ser utilizada con su contenido de humedad natural o luego de secada al horno, método A o B, según lo requiera el tipo de suelo. Suelos cuyas características se alteran por el secado previo, deben ser ensayados por el método (a), con su contenido de humedad natural. El análisis de peso específico de los suelos finos se determina generalmente con picnómetro, es decir, mediante la medición de En caso contrario, se utiliza el método (b), suelos secados al horno.

4 3 de 15 5 PROCEIMIENTO 5.1 Preparación del material Se toman de 25 gramos a 50 gramos de suelo seco que pase el tamiz N 10 (véase figura 2). e la muestra preparada por el método del cuarteo (véase Manual Visualizado de Cuarteo FLNV -MVAG-033) Método A Muestra secada en el horno Se debe secar la muestra en el horno a una temperatura constante, de 105 ºC? 5 ºC, si es inorgánica y para los suelos con presencia de materia orgánica la temperatura será de 60º C. Este material será representativo de la muestra total. En todo caso la muestra deberá ser más grande que su mínima masa en estado seco de acuerdo a la siguiente tabla 1: Tabla 1 Características del material a ensayar Máximo Tamaño de la Partícula Tamaño de Tamiz Estándar Masa Mínima de la Muestra de Ensayo (g) 2 mm Nº ,75mm Nº Figura 2 Material que pasa por el tamiz Nº Se selecciona un picnómetro con una capacidad entre 100 ml y 500 ml. NOTA 2: Antes de proceder al ens ayo, el picnómetro debe ser calibrado para pesos del picnómetro con aguas a diferentes temperaturas. Se pesa el picnómetro seco y limpio en la balanza de 0.01 g de sensibilidad (véase figura 3) y se anota el valor obtenido en la planilla de ensayo. Ejemplo 1: Peso del picnómetro = 99,35 g

5 4 de 15 Figura 3 Pesada del envase Figura 4 Adición de la muestra al envase Con la ayuda de un embudo se agrega la cantidad de material según la capacidad del picnómetro, como se aprecia en la figura 4. Luego se procede a anotar este peso, como peso del picnómetro más suelo, en la planilla de ensayo (véase figura 5). Por ejemplo: para un picnómetro de 250 ml se debe agregar 25 g de suelo y para uno de 500 ml agregar aproximadamente 50 g de suelo. Figura 5 Anotación del peso obtenido

6 5 de Una vez obtenido el peso de material a ensayar, se procede a añadir agua destilada hasta alcanzar tres cuartas partes de la capacidad del picnómetro y se deja en reposo durante 16 horas mínimo (véase figura 6). Figura 7 Extracción del aire atrapado en la muestra Figura 6 Adición de agua destilada al envase espués de los 15 minutos de expulsar los vacíos, se la agrega agua hasta la mitad del picnómetro y se continúa el procedimiento durante 15 minutos más (véase figura 8) Pasadas las 16 horas de saturación, se procede a sacar el aire atrapado en el suelo, por medio de una bomba de vacío, que se conecta en el picnómetro mediante un tubo succionador, durante un lapso de 15 minutos, como se observa en la figura 7.

7 6 de Luego se procede a pesar el conjunto picnómetro + agua + suelo + vidrio, como se aprecia en la figura 10. Figura 8 Nueva adición de agua destilada Una vez terminado de extraer los vacíos del suelo se le agrega agua destilada y se enrasa con un vidrio enrasador de peso y dimensiones conocidas, como se observa en la figura 9. Figura 10 Peso del conjunto total Se anota este peso como peso del Picnómetro + agua + suelo en la planilla o hoja de registro Método B Muestra húmeda El material obtenido por cuarteo, se le toma y se trabaja a la misma humedad referida. Figura 9 Enrase del envase

8 7 de Se coloca en una cápsula de evaporación la cantidad de muestra necesaria, de acuerdo a la capacidad del picnómetro que se va a utilizar. Nota 3: La cantidad de masa de material depende del tamiz Nº 4 (100 g) o el tamiz Nº 10 (20 g), en la tabla 2 se hace referencia a la capacidad del picnómetro. Tabla 2 Capacidad de l picnómetro CAPACIA EL PICNOMETRO CANTIA REQUERIA (g) 100 cm cm cm Nota 4: En caso de suelos arcillosos, se debe en primer lugar dispersar el especimen, mediante un agente defloculante tal como indica la norma ASTM 422 de Hidrometria Una vez extraídos los vacíos de aire se transfiere, con mucho cuidado, el contenido del picnómetro a una cápsula de evaporación Se enjuaga el picnómetro con agua destilada hasta asegurarse que toda la muestra ha salido del picnómetro Se introduce la cápsula de evaporación con la muestra en un horno a una temperatura de 105 ºC ± 5 ºC. y se seca hasta peso constante Empleando una espátula se mezcla el material con suficiente agua destilada, hasta formar una masa pastosa Se coloca la muestra en un picnómetro y se llena con agua destilada hasta aproximadamente la mitad y se procede a extraer los vacíos igual que en el método A, hasta el punto Una vez seca la muestra se extrae del horno; y se coloca en el desecador y se determina el peso del suelo seco con una apreciación de 0,01 g. y se procede s anota este peso, por ejemplo: Wo = 62,80 g

9 8 de 15 6 CALCULOS Peso de los sólidos (W s): Ws= Wps Wp (1) Ws Gs= x Gw (2) Ws + Wpt - Wpws onde: Ws es el peso en gramos de los sólidos Wps Wp es el Peso del picnómetro + peso de los sólidos es el Peso del picnómetro vacío WpWs es el peso del picnómetro + agua + suelo a temperatura Tx. Ejemplo 2: Ws = g g Gw es la gravedad específica del agua a la temperatura Tx. Ws = 45 g e la curva de calibración del picnómetro se obtiene el peso del picnómetro con agua destilada (Wpt) hasta la marca de aforo o a capacidad total y la temperatura (T) del ensayo. La expresión Ws + Wpt WpWs, representa el peso del volumen del agua (Vs) desalojada por los sólidos a la temperatura T del ensayo. Ejemplo 3: Vs = g g = g Vs = g Los valores de Gw, referido a 20 ºC, aparecen reportados en la tabla 3. Ejemplo: Para 25 ºC de la tabla 3, se obtiene: Gw = Gs = = Gs 20 ºC = x Gs 20 ºC = Por lo tanto, la gravedad específica (Gs) se calcula mediante la siguiente ecuación:

10 9 de 15 Tabla 3 - ensidad del agua y Factores de conversión (K) para varias temperaturas Temperatura ºC ensidad del Agua Corrección Factor K (Nº10) para este método de ensayo y el A.A.S.H.T.O T 100. Nota 3: Es importante señalar, que FUNALANAVIAL ha validado la utilización de los frascos Gattorade en base a la comparación estadística entre los picnómetros y los mencionados frascos. Los valores de gravedad específica que se han obtenido con el picnómetro y los frascos Gattorade, han demostrado que la varianza en los resultados entre uno y otro es despreciable. En el anexo de este manual, se incluyen las graficas de calibración de los frascos Gattorade 7 CRITERIO E PRECISION Los criterios para juzgar la aceptabilidad de los resultados del ensayo de gravedad específica obtenidos por este método de ensayo en materiales que pasan el tamiz de 4.75mm (Nº4) o 2,00mm (Nº10), se dan en la tabla Nº 4- Estimados de precisión; la estimación de precisión para materiales que pasan el tamiz de 2,00mm están basados en los resultados del Programa de eficiencia del Laboratorio de Materiales, de Referencia (AMRL) de la A.A.S.H.T.O en ensayos realizados en materiales que pasen el tamiz de 2,00mm

11 10 de 15 Tabla N 4 Estimados de Precisión A esviación estándar B Rango aceptable de dos resultados C Material y tipo de índice Pasante 4,75 mm (Nº 4) Pasante 2,00 mm (Nº 10) Pasante 4,75 mm (Nº 4) Pasante 2,00 mm (Nº 10) Precisión de un operador Suelos cohesivos Suelos no cohesivos 0,021 0,019 0,06 0,06 Precisión de varios laboratoristas Suelos cohesivos Suelos no cohesivos 0,056 0,041 0,16 0,12 A B C Los valores dados en las columnas 2 y 3 son los estándares de desviación que han sido encontrados y son apropiados para los materiales descritos en la columna 1. Los valores dados en las columnas 4 y 5 son los limites que no deben ser excedidos por la diferencia entre las dos pruebas conducidas propiamente. Estos números representan respectivamente los limites (1s) descritos en la practica C 670. Estos números representan los limites (d2s) como se describen en la practica C 670. Criterios para designar los valores de desviación estándar para suelos no cohesivos no disponibles a la presente fecha.

12 11 de 15 ANEXO A Tabla 5 Calibración de picnómetros para Peso Específico a diferentes temperaturas Temperatura ºC PICNOMETROS E 250 CC.A CAPACIA TOTAL ensidad del Agua PICNOMETRO 1 PICNOMETRO 2 PICNOMETRO 3 19,0 0, ,21 428,06 431,55 20,0 0, ,15 428,00 431,50 21,0 0, ,09 427,95 431,44 22,0 0, ,03 427,89 431,39 23,0 0, ,97 427,83 431,32 24,0 0, ,90 427,76 431,26 25,0 0, ,83 427,70 431,19 26,0 0, ,76 427,63 431,12 27,0 0, ,68 427,56 431,05 28,0 0, ,60 427,48 430,98 29,0 0, ,52 427,41 430,90 30,0 0, ,44 427,33 430,82 VOLUMEN PESO + VIRIO 276,98 263,97 265,54 189,66 164,50 166,43 Grafico 1 Calibración de picnómetros de 250 cc a diferentes temperaturas CALIBRACION E PICNOMETROS E 250 CC 470,00 Peso Picnometro a Cap. T 460,00 450,00 440,00 430,00 420,00 410, TEMPERATURA C

13 12 de 15 Tabla 6 Calibración de frascos para Peso Específico a dife rentes temperaturas FRASCOS E 250 CC.A CAPACIA TOTAL Temperatura ºC ensidad del Agua SUELOS 1 SUELOS 2 SUELOS 3 SUELOS 4 SUELOS 5 SUELOS 6 19,0 0, ,18 491,07 490,39 490,44 490,59 491,18 20,0 0, ,12 491,02 490,34 490,39 490,54 491,13 21,0 0, ,07 490,96 490,29 490,33 490,48 491,07 22,0 0, ,01 490,91 490,23 490,28 490,43 491,02 23,0 0, ,95 490,84 490,17 490,21 490,37 490,96 24,0 0, ,88 490,78 490,10 490,15 490,30 490,89 25,0 0, ,82 490,71 490,03 490,08 490,23 490,82 26,0 0, ,75 490,64 489,96 490,01 490,16 490,75 27,0 0, ,68 490,57 489,89 489,94 490,09 490,68 28,0 0, ,60 490,50 489,82 489,87 490,02 490,61 29,0 0, ,53 490,42 489,74 489,79 489,94 490,53 30,0 0, ,45 490,34 489,66 489,71 489,86 490,45 VOLUMEN 264,23 265,74 265,09 265,87 265,21 265,16 PESO + VIRIO 227,36 225,75 225,72 224,99 225,80 226,44

14 13 de 15 Grafico 2 Calibración de frascos de 250 cm 3 a diferentes temperaturas CALIBRACION E FRASCOS E 250 CC 491,30 491,10 Peso Picnometro a Cap. T 490,90 490,70 490,50 490,30 490,10 489,90 489,70 489, TEMPERATURA C

15 14 de 15 Tabla 7- Calibración de frascos de 500 cm 3 para Peso Específico de diferentes suelos Temperatura ºC FRASCOS E 500 CC.A CAPACIA TOTAL ensidad del Agua SUELOS 1 SUELOS 2 SUELOS 3 SUELOS 4 SUELOS 5 SUELOS 6 SUELOS 7 SUELOS 8 SUELOS 9 19,0 0, ,78 770,06 766,52 768,57 769,32 782,01 769,32 761,81 775,61 20,0 0, ,68 769,96 766,42 768,47 769,22 781,91 769,22 761,71 775,51 21,0 0, ,57 769,86 766,32 768,36 769,11 781,80 769,11 761,60 775,41 22,0 0, ,47 769,75 766,21 768,25 769,00 781,69 769,00 761,50 775,30 23,0 0, ,35 769,63 766,09 768,14 768,89 781,58 768,89 761,38 775,19 24,0 0, ,23 769,51 765,97 768,02 768,76 781,45 768,76 761,26 775,06 25,0 0, ,10 769,38 765,84 767,89 768,64 781,33 768,64 761,13 774,94 26,0 0, ,97 769,25 765,71 767,76 768,51 781,20 768,51 761,00 774,81 27,0 0, ,84 769,12 765,57 767,63 768,38 781,06 768,37 760,87 774,68 28,0 0, ,70 768,98 765,43 767,49 768,24 780,92 768,23 760,73 774,54 29,0 0, ,55 768,84 765,29 767,34 768,09 780,78 768,09 760,58 774,39 30,0 0, ,41 768,69 765,14 767,19 767,94 780,63 767,94 760,44 774,24 VOLUMEN PESO + VIRIO 497,6 497,43 501,68 497,98 498,5 499,15 498,74 497,67 495,40 270,96 273,41 265,63 271,37 271,60 283,64 271,36 264,92 280,99 Grafico 3 Calibración de frascos de 500 cm 3 a diferentes temperaturas 785,00 780,00 Peso frasco a Cap. T 775,00 770,00 765,00 760,00 755, TEMPERATURA C

16 15 de 15 Tabla 8- Calibración de frascos de diferentes volúmenes para Peso Específico Temperatura ºC ensidad del Agua FRASCOS E IFERENTES VOLUMENES A CAPACIA TOTAL ,0 0, ,12 439,35 495,38 490,41 491,92 630,12 20,0 0, ,07 439,30 495,33 490,36 491,87 630,05 21,0 0, ,01 439,24 495,27 490,30 491,81 629,97 22,0 0, ,96 439,18 495,21 490,25 491,76 629,89 23,0 0, ,89 439,12 495,15 490,19 491,69 629,81 24,0 0, ,83 439,05 495,09 490,12 491,63 629,72 25,0 0, ,76 438,99 495,02 490,05 491,56 629,63 26,0 0, ,69 438,92 494,95 489,98 491,49 629,53 27,0 0, ,62 438,85 494,88 489,91 491,42 629,43 28,0 0, ,55 438,77 494,81 489,84 491,35 629,33 29,0 0, ,47 438,69 494,73 489,76 491,27 629,22 30,0 0, ,39 438,61 494,65 489,68 491,19 629,11 VOLUMEN 265,65 267,33 262,46 265,3 265,54 366,51 PESO + VIRIO 229,89 172,44 233,33 225,53 226,80 264,19 Grafico 4 Calibración de frascos de diferentes volúmenes a diferentes temperaturas Peso Picnometro a Cap. T 660,00 640,00 620,00 600,00 580,00 560,00 540,00 520,00 500,00 480,00 460,00 440,00 420,00 400, TEMPERATURA C