PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL …...extraer los vacíos igual que en el método...

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

FLNV- MVAG-011

MANUAL VISUALIZADO VERSION 2

PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL

(FILLER)

NOVIEMBRE 2003

FLNV -MVAG-011

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL Fecha: 28/11/2003

VERSION 2 MANUAL VISUALIZADO Pág. 1 de 15

METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL (FILLER)

NORMA A.S.T.M. D 854 - 58 / 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 DURACIÓN Para realizar el ensayo y obtener los resultados se estiman 36 horas. 3 EQUIPO REQUERIDO

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

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? Termómetro con rango de 0.5 ºC 4 INTRODUCCION 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 análisis de peso específico de los suelos

finos se determina generalmente con

picnómetro, es decir, mediante la medición de

la masa del agua desalojada por la muestra del

suelo.

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.

En caso contrario, se utiliza el método (b), suelos

secados al horno.

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5 PROCEDIMIENTO

5.1 Preparación del material

De la muestra preparada por el método del

cuarteo (véase Manual Visualizado de Cuarteo

FLNV-MVAG-033).

5.1.1 Método A

Muestra secada en el horno

5.1.1.1 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 10 20

4,75mm Nº 4 100

5.1.1.2 Se toman de 25 gramos a 50 gramos

de suelo seco que pase el tamiz N° 10 (véase

figura 2).

Figura 2 Material que pasa por el tamiz Nº 10 5.1.1.3 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

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Figura 3 Pesada del envase

5.1.1. 4 Con la ayuda de un embudo se agrega

la cantidad de material según la capacidad del

picnómetro, como se aprecia en la figura 4.

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 4 Adición de la muestra al envase Luego se procede a anotar este peso,

como peso del picnómetro más suelo, en la

planilla de ensayo (véase figura 5).

Figura 5 Anotación del peso obtenido

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5.1.1. 5 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 6 Adición de agua destilada al envase

5.1.1.6 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.

Figura 7 Extracción del aire atrapado en la muestra

5.1.1. 7 Después 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).

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Figura 8 Nueva adición de agua destilada

5.1.1. 8 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 9 Enrase del envase

5.1.1.9 Luego se procede a pesar el conjunto

picnómetro + agua + suelo + vidrio, como se

aprecia en la figura 10.

Figura 10 Peso del conjunto total

Se anota este peso como peso del Picnómetro

+ agua + suelo en la planilla o hoja de registro .

5.1.2 Método B Muestra húmeda

El material obtenido por cuarteo, se le toma y

se trabaja a la misma humedad referida.

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5.1.2.1 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

CAPACIDAD DEL PICNOMETRO

CANTIDAD REQUERIDA (g)

100 cm3 25 - 35

250 cm3 55 - 65

500 cm3 120 -130

5.1.2.2 Empleando una espátula se mezcla el

material con suficiente agua destilada, hasta

formar una masa pastosa.

5.1.2.3 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 5.1.1.8.

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

D 422 de Hidrometria.

5.1.2.2 Una vez extraídos los vacíos de aire

se transfiere, con mucho cuidado, el contenido

del picnómetro a una cápsula de evaporación.

5.1.2.3 Se enjuaga el picnómetro con agua

destilada hasta asegurarse que toda la

muestra ha salido del picnómetro.

5.1.2.4 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.

5.1.2.5 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

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6 CALCULOS Peso de los sólidos (W s): Ws= Wps – Wp (1) Wps es el Peso del picnómetro + peso de

los sólidos Wp es el Peso del picnómetro vacío Ejemplo 2: Ws = 116.50 g – 71.50 g Ws = 45 g De 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 = 45.00 g +330.00 g = 358.60 g

Vs = 16.40 g

Por lo tanto, la gravedad específica (Gs) se

calcula mediante la siguiente ecuación:

Ws Gs= x Gw (2) Ws + Wpt - Wpws Donde:

Ws es el peso en gramos de los sólidos

WpWs es el peso del picnómetro + agua +

suelo a temperatura Tx.

Gw es la gravedad específica del agua a

la temperatura Tx.

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 = 0.998845

45 Gs = = 2.744 45 + 330.00 – 358.60 Gs20 ºC = 2.744 x 0.998845 Gs20 ºC = 2.741

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Tabla 3 - Densidad del agua y Factores de conversión (K) para varias temperaturas

7 CRITERIO DE 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

(Nº10) para este método de ensayo y el A.A.S.H.T.O T 100. Nota 3: Es importante señalar, que FUNDALANAVIAL 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”

Temperatura

ºC

Densidad del

Agua

Corrección Factor K

16.0 0.99897 1.0007 16.5 0.99889 1.0007 17.0 0.99880 1.0006 17.5 0.99871 1.0005 18.0 0.99862 1.0004 18.5 0.99853 1.0003 19.0 0.99843 1.0002 19.5 0.99833 1.0001 20.0 0.99823 1.0000 20.5 0.99812 0.9999 21.0 0.99802 0.9998 21.5 0.99791 0.9997 22.0 0.99780 0.9996 22.5 0.99768 0.9995 23.0 0.99757 0.9993 23.5 0.99745 0.9992 24.0 0.99732 0.9991 24.5 0.99720 0.9990 25.0 0.99707 0.9988 25.5 0.99694 0.9987 26.0 0.99681 0.9986 26.5 0.99668 0.9984 27.0 0.99654 0.9983 27.5 0.99640 0.9982 28.0 0.99626 0.9980 28.5 0.99612 0.9979 29.0 0.99597 0.9977 29.5 0.99582 0.9976 30.0 0.99567 0.9974

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Tabla N° 4 Estimados de Precisión A

Desviación 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 D

0,019 D

0,06 D

0,06 D

Precisión de varios

laboratoristas

Suelos cohesivos

Suelos no cohesivos

0,056 D

0,041 D

0,16 D

0,12 D

A 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.

B Estos números representan respectivamente los limites (1s) descritos en la practica C 670. C Estos números representan los limites (d2s) como se describen en la practica C 670. D Criterios para designar los valores de desviación estándar para suelos no cohesivos no disponibles a la

presente fecha.

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ANEXO A Tabla 5 Calibración de picnómetros para Peso Específico a diferentes temperaturas

Grafico 1 Calibración de picnómetros de 250 cc a diferentes temperaturas

Temperatura ºCDensidad del

Agua PICNOMETRO 1 PICNOMETRO 2 PICNOMETRO 319,0 0,99843 466,21 428,06 431,5520,0 0,99823 466,15 428,00 431,5021,0 0,99802 466,09 427,95 431,4422,0 0,99780 466,03 427,89 431,3923,0 0,99757 465,97 427,83 431,3224,0 0,99732 465,90 427,76 431,2625,0 0,99707 465,83 427,70 431,1926,0 0,99681 465,76 427,63 431,1227,0 0,99654 465,68 427,56 431,0528,0 0,99626 465,60 427,48 430,9829,0 0,99597 465,52 427,41 430,9030,0 0,99567 465,44 427,33 430,82

276,98 263,97 265,54

189,66 164,50 166,43

VOLUMEN

PESO + VIDRIO

PICNOMETROS DE 250 CC.A CAPACIDAD TOTAL

CALIBRACION DE PICNOMETROS DE 250 CC

410,00

420,00

430,00

440,00

450,00

460,00

470,00

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

TEMPERATURA °C

Pes

o P

icn

om

etro

a C

ap. T

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Tabla 6 Calibración de frascos para Peso Específico a dife rentes temperaturas

FRASCOS DE 250 CC.A CAPACIDAD TOTAL Temperatura

ºC Densidad del Agua SUELOS 1 SUELOS 2 SUELOS 3 SUELOS 4 SUELOS 5 SUELOS 6

19,0 0,99843 491,18 491,07 490,39 490,44 490,59 491,18 20,0 0,99823 491,12 491,02 490,34 490,39 490,54 491,13 21,0 0,99802 491,07 490,96 490,29 490,33 490,48 491,07 22,0 0,99780 491,01 490,91 490,23 490,28 490,43 491,02 23,0 0,99757 490,95 490,84 490,17 490,21 490,37 490,96 24,0 0,99732 490,88 490,78 490,10 490,15 490,30 490,89 25,0 0,99707 490,82 490,71 490,03 490,08 490,23 490,82 26,0 0,99681 490,75 490,64 489,96 490,01 490,16 490,75 27,0 0,99654 490,68 490,57 489,89 489,94 490,09 490,68 28,0 0,99626 490,60 490,50 489,82 489,87 490,02 490,61 29,0 0,99597 490,53 490,42 489,74 489,79 489,94 490,53 30,0 0,99567 490,45 490,34 489,66 489,71 489,86 490,45

VOLUMEN 264,23 265,74 265,09 265,87 265,21 265,16

PESO + VIDRIO 227,36 225,75 225,72 224,99 225,80 226,44

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Grafico 2 Calibración de frascos de 250 cm 3 a diferentes temperaturas

CALIBRACION DE FRASCOS DE 250 CC

489,50

489,70

489,90

490,10

490,30

490,50

490,70

490,90

491,10

491,30

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

TEMPERATURA °C

Pes

o P

icn

om

etro

a C

ap. T

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Tabla 7- Calibración de frascos de 500 cm 3 para Peso Específico de diferentes suelos

Temperatura ºC

Densidad del Agua SUELOS 1 SUELOS 2 SUELOS 3 SUELOS 4 SUELOS 5 SUELOS 6 SUELOS 7 SUELOS 8 SUELOS 9

19,0 0,99843 767,78 770,06 766,52 768,57 769,32 782,01 769,32 761,81 775,6120,0 0,99823 767,68 769,96 766,42 768,47 769,22 781,91 769,22 761,71 775,5121,0 0,99802 767,57 769,86 766,32 768,36 769,11 781,80 769,11 761,60 775,4122,0 0,99780 767,47 769,75 766,21 768,25 769,00 781,69 769,00 761,50 775,3023,0 0,99757 767,35 769,63 766,09 768,14 768,89 781,58 768,89 761,38 775,1924,0 0,99732 767,23 769,51 765,97 768,02 768,76 781,45 768,76 761,26 775,0625,0 0,99707 767,10 769,38 765,84 767,89 768,64 781,33 768,64 761,13 774,9426,0 0,99681 766,97 769,25 765,71 767,76 768,51 781,20 768,51 761,00 774,8127,0 0,99654 766,84 769,12 765,57 767,63 768,38 781,06 768,37 760,87 774,6828,0 0,99626 766,70 768,98 765,43 767,49 768,24 780,92 768,23 760,73 774,5429,0 0,99597 766,55 768,84 765,29 767,34 768,09 780,78 768,09 760,58 774,3930,0 0,99567 766,41 768,69 765,14 767,19 767,94 780,63 767,94 760,44 774,24

497,6 497,43 501,68 497,98 498,5 499,15 498,74 497,67 495,40270,96 273,41 265,63 271,37 271,60 283,64 271,36 264,92 280,99

VOLUMENPESO + VIDRIO

FRASCOS DE 500 CC.A CAPACIDAD TOTAL

Grafico 3 Calibración de frascos de 500 cm 3 a diferentes temperaturas

755,00

760,00

765,00

770,00

775,00

780,00

785,00

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

TEMPERATURA C

Pes

o fr

asco

a C

ap. T

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Tabla 8- Calibración de frascos de diferentes volúmenes para Peso Específico FRASCOS DE DIFERENTES VOLUMENES A CAPACIDAD TOTAL Temperatura

ºC Densidad del Agua

31 30 2 40 25 33 19,0 0,99843 495,12 439,35 495,38 490,41 491,92 630,12 20,0 0,99823 495,07 439,30 495,33 490,36 491,87 630,05 21,0 0,99802 495,01 439,24 495,27 490,30 491,81 629,97 22,0 0,99780 494,96 439,18 495,21 490,25 491,76 629,89 23,0 0,99757 494,89 439,12 495,15 490,19 491,69 629,81 24,0 0,99732 494,83 439,05 495,09 490,12 491,63 629,72 25,0 0,99707 494,76 438,99 495,02 490,05 491,56 629,63 26,0 0,99681 494,69 438,92 494,95 489,98 491,49 629,53 27,0 0,99654 494,62 438,85 494,88 489,91 491,42 629,43 28,0 0,99626 494,55 438,77 494,81 489,84 491,35 629,33 29,0 0,99597 494,47 438,69 494,73 489,76 491,27 629,22 30,0 0,99567 494,39 438,61 494,65 489,68 491,19 629,11

VOLUMEN 265,65 267,33 262,46 265,3 265,54 366,51 PESO + VIDRIO 229,89 172,44 233,33 225,53 226,80 264,19

Grafico 4 Calibración de frascos de diferentes volúmenes a diferentes temperaturas

400,00

420,00

440,00

460,00

480,00

500,00

520,00

540,00

560,00

580,00

600,00

620,00

640,00

660,00

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

TEMPERATURA °C

Pes

o P

icn

om

etro

a C

ap. T

PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL …...extraer los vacíos igual que en el método...

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