PESO ESPECÍFICO DE LABORATORIO LOS SUELOS Y LLENANTE … · 2018. 1. 11. · Manual de Prácticas...
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Peso Específico (Filler)
PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE
MINERAL (FILLER)
Tutor: Gioconda G. de Celis
Tesista: Yucely Albornoz
Marzo 2014
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Peso Específico (Filler)
Universidad De Los Andes 221
5.4.2. MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO ESPECÍFICO DE LOS SUELOS Y LLENANTE MINERAL (FILLER)
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM AASHO
- D 854-58 T 100
5.4.2.1. INTRODUCCIÓN
Este método de ensayo tiene como objetivo determinar la gravedad específica (Gs) de
los suelos que pasan el tamiz 4.75 mm (Nº 4) 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 específica 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 (Nº 10).
Cuando el suelo contiene las partídulas mayores que el tamiz 4.75 mm (Nº 4), se debe
utilizar el método de ensayo de la A.S.T.M. C 127, que permite conocer el peso específico 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, 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).
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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.
5.4.2.2. OBJETIVO
Determinarel peso específico de los sólidos de la fracción fina de un suelo.
5.4.2.3. DURACIÓN
Para realizar el ensayo y obtener los resultados se estiman 36 horas.
5.4.2.4. EQUIPOS E IMPLEMENTOS
���� 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.
���� Termómetro con rango de 0.5 ºC.
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Picnómetro Bomba de vacío
Figura N°1, Equipos necesarios para el ensayo
5.4.2.5. PROCEDIMIENTO
���� Preparación del material
De la muestra preparada por el método del cuarteo:
Método A
Muestra secada en el horno
a) 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 60 ºC.
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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 tabla N° 1.
Tabla N°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
4,75 mm Nº 4 100
b) Se toman de 25 gramos a 50 gramos de suelo seco que pase el tamiz Nº 10.
c) Se selecciona un picnómetro con una capacidad entre 100 ml y 500 ml.
NOTA 2: Antes de proceder al ensayo, 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 sencibilidad y se anota el
valor obtenido en la planilla de ensayo.
Ejemplo 1:
Peso del picnómetro = 99,35 g
d) Con la ayuda de un embudo se agrega la cantidad de material según la capacidad del
picnómetro.
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.
Luego se procede a anotar este peso, como peso del picnómetro más suelo, en la
planilla de ensayo.
e) 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.
f) 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.
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g) Después de los 15 minutos de expulsar los vacíos, se le agrega agua hasta la mitad del
picnómetro y se continúa el procedimiento durante 15 minutos más.
h) 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.
i) Luego se procede a pesar el conjunto picnómetro + agua + suelo + vidrio. 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.
a) Se coloca en una cápsula de evaporación la cantidad de muestra necesaria, de cuerdo 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 N°2 se hace referencia a la capacidad del picnómetro.
Tabla N°2 Capacidad del picnómetro
CAPACIDAD DEL PICNÓMETRO
CAPACIDAD REQUERIDA (g)
100 cm3 25 – 35
250 cm3 55 – 65
500 cm3 120 – 130
b) Empleando una espátula se mezcla el material con suficiente agua destilada, hasta
formar una masa pastosa.
c) 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 i.
Nota 4: En caso de suelos arcillosos, se debe en primer lugar dispensar el especimen, mediante un
agente defloculante tal como indica la norma ASTM D 422 de Hidrometría.
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d) Una vez extraídos los vacíos de aire se transfiere, con mucho cauidado, el contenido del
picnómetro a una cápsula de evaporación.
e) Se enjuaga el picnómetro con agua destilada hasta asegurarse que toda la muestra ha
salido del picnómetro.
f) 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.
g) 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 a anotar
este peso, por ejemplo:
Wo = 62,80 g
5.4.2.6. CALCULOS
Peso de los sólidos (Ws):
Ws = Wps – Wp (1)
Dónde:
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 capactidad 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
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(2)
Por lo tanto, la gravedad específica (Gs) se calcula mediante la siguiente ecuación:
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 N° 3.
Ejemplo:
Para 25 °C de la tabla 3, se obtiene:
Gw = 0.998845
Gs20 ºC = 2.744 x 0.998845
Gs20 ºC = 2.741
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Tabla N° 3, Densidad del agua y Factores de conversión (K) para varias temperaturas
Temperatura °C
Densidad del Agua
Correcion 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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5.4.2.7. CRITERIOS DE PRECISIÓN
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 4.75
mm (Nº 4) o 2,00 mm (Nº 10), se dan en la tabla Nº 4 (Estimados de precisión); la estimación
de precisión para materiales que pasan el tamiz de 2,00 mm están basados en los resultados
del “Programa de eficiencia del Laboratorio de Materiales, de Referencia (AMRL) de la
AASHO” en ensayos realizados en materiales que pasen el tamiz de 2,00 mm (Nº 10) para
este método de ensayo y el AASHO T 100.
Tabla N° 4 Estimados de Precisión A
MATERIAL Y TIPO DE INDICE
Desviacion estandar B Rango aceptable de resultados C
Pasante
4,75 mm (N°4)
Pasante
2,00 mm (N°10)
Pasante
4,75 mm (N°4)
Pasante
2,00 mm (N°10)
Precision de un operador
Suelos Cohesivos
Suelos no cohesivos
0,021
D 0,021
D 0,06
D
0,06
D Precision de varios
Laboratoristas
Suelos Cohesivos
Suelos No Cohesivos
0,056
D
0,041
D
0,16
D
0,12
D ALos 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 límites que no deben ser
excedidos por la diferencia entre las dos pruebas conducidas propiamente. B Estos números representan respectivamente los límites (1s) descritos en la práctica C 670. C Estos números representan los límites (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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Tabla N° 5, Calibración de picnómetros para Peso Específico a diferentes temperaturas
PICNÓMETROS DE 250 CC A CAPACIDAD TOTAL
Temperatura °C
Densidad del agua
Picnometro 1 Picnometro 2 Picnometro 3
19.0 0.99843 466.21 428.06 431.55
20.0 0.99823 466.15 428.00 431.50
21.0 0.99802 466.09 427.95 431.44
22.0 0.99780 466.03 427.89 431.39
23.0 0.99757 465.97 427.83 431.32
24.0 0.99732 465.90 427.76 431.26
25.0 0.99707 465.83 427.70 431.19
26.0 0.99681 465.76 427.63 431.12
27.0 0.99654 465.68 427.56 431.05
28.0 0.99626 465.60 427.48 430.98
29.0 0.99597 465.52 427.41 430.90
30.0 0.99567 465.44 427.33 430.82
VOLUMEN 276.98 263.97 265.54
PESO + VIDRIO 189.66 164.50 166.43
Gráfico 1, Calibración de picnómetros de 250 cc a diferentes temperaturas
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Tabla N° 6, Calibración de frascos para Peso Específico a diferentes temperaturas
Temp °C Densidad del Agua
FRASCOS DE 250 CC A CAPACIDAD TOTAL
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
Gráfico 2, Calibración de frascos de 250 cm3 a diferentes temperaturas
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Tabla N° 7, Calibración de frascos de 500 cm3 para Peso Específico de diferentes suelos
Temp °C
Densidad del Agua
FRASCOS DE 500 CC A CAPACIDAD TOTAL
SUELOS 1 S SUELOS 2 SUELOS 3 SUELOS 4 SUELOS 5 SUELOS 6 SUELOS 7 SUELOS 8 SUELOS 9
19.0 0.99843 767.78 770.06 766.52 769.57 769.32 782.01 769.32 761.81 775.61
20.0 0.99823 767.68 769.96 766.42 768.47 769.22 781.91 769.22 761.71 775.51
21.0 0.99802 767.57 769.86 766.32 768.36 769.11 781.80 769.11 761.60 775.41
22.0 0.99780 767.47 769.75 766.21 768.25 769.00 781.69 769.00 761.50 775.30
23.0 0.99757 767.35 769.63 766.09 768.14 768.89 781.58 768.89 761.38 775.19
24.0 0.99732 767.23 769.51 765.97 768.02 768.76 781.45 768.76 761.26 775.06
25.0 0.99707 767.10 769.38 765.84 767.89 768.64 781.33 768.64 761.13 774.94
26.0 0.99681 766.97 769.25 765.71 767.76 768.51 781.20 768.51 761.00 774.81
27.0 0.99654 766.84 769.12 765.57 767.63 768.38 781.06 768.37 760.87 774.68
28.0 0.99626 766.70 768.98 765.43 767.49 768.24 780.92 768.23 760.73 774.54
29.0 0.99597 766.55 768.84 765.29 767.34 768.09 780.78 768.09 760.58 774.39
30.0 0.99567 766.41 768.69 765.14 767.19 767.94 780.63 767.94 760.44 774.24
VOLUMEN 497.6 497.43 501.68 497.98 498.5 499.15 498.74 497.67 495.40
PESO + VIDRIO 270.96 273.41 265.63 271.37 271.60 283.64 271.36 264.92 280.99
Gráfico 3, Calibración de frascos de 500 cm3 a diferentes temperaturas
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Tabla N°8, Calibración de frascos de diferentes volúmenes para Peso Específico
Temp °C Densidad del Agua
FRASCOS DE DIFERENTES VOLUMENES A CAPACIDAD TOTAL
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 494.6 438.99 495.02 490.05 491.56 629.63
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 265.65 267.33 262.46 265.30 265.54 266.51
PESO + VIDRIO 229.89 172.44 233.33 225.53 226.80 264.19
Gráfico 4, Calibración de frascos de diferentes volúmenes a diferentes temperaturas