Determinación de la Gravedad Específica de Partículas Sólidas

DETERMINACIÓN DE LA

GRAVEDAD ESPECÍFICA DE PARTÍCULAS SÓLIDAS

ASTM D 854-02

AASHTO T 100

Competencias Técnicas de Laboratorista

en Mecánica de Suelos

ALCANCE

Este método describe el procedimiento para

determinar la gravedad específica de las partículas

sólidas de un material que pasa el tamiz de 4.75 mm

(N 4), por medio de un picnómetro.



MÉTODOS

• Esta norma describe dos procedimientos paradeterminar la gravedad específica:

Procedimiento para determinar la

gravedad específica con muestras

húmedas.

Procedimiento para determinar la

gravedad específica con muestras

secas.

MÉTODO A

MÉTODO B



EQUIPO

Picnómetro: Capacidad

mínima de 250 mL

Balanza: Precisión

de 0.01 g.

Termómetro: Divisiones

de 0.1 C

Tamiz de

4.75 mm

(N 4).

Mezcladora

mecánica

PIPETA

Embudo

Recipientes

para

determinar el

contenido de

humedad

EQUIPO

Horno de secado: Temperatura de

110 5 C (230 9 F).Recipiente aislador.



EQUIPO

Papel absorbente Remoción del aire: Bomba de vacío,

mechero bunsen ó un dispositivo adecuado



MUESTRA DE ENSAYO

• La muestra de ensayo puede ser suelo húmedo ósecado en el horno y debe ser representativa de lamuestra total que pasa por el tamiz N 4.

Tipo de suelo Masa de la muestra seca

(g), picnómetro de

250 mL

Masa de la muestra seca (g), picnómetro de

500 mL

SP, SP-SMSP-SC, SM, SCLimo o arcilla

60 ± 1045 ± 1035 ± 5

100 ± 1075 ± 1050 ± 5

•La masa mínima

a utilizarse en el

ensayo se indica

en la tabla Nº 1,

de acuerdo al

tipo de suelo y al

tamaño del

picnómetro.

Tabla N 1. Masa mínima seca para el ensayo

Fuente: Norma ASTM D 854-02



MUESTRA DE ENSAYO

• Se deben tomar en cuentas dos factores

importantes con respecto a la cantidad de

muestras que se utilizarán en el ensayo, estos son:

• Primero, la masa de los suelos sólidos dividida por

su gravedad específica se anotará con cuatro cifras

significativas

• Secundariamente, la mezcla de suelos sólidos y

agua no sea una mezcla fluida altamente viscosa

durante el proceso de ebullición.



CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

Determine la masa de un picnómetro limpio y seco, yregistre la masa promedio, MP. de calibración.

Llene el picnómetro con agua destilada por encima o pordebajo de la marca de calibración.

Hierva el agua contenida en el picnómetro a baño María,y agite periódicamente el picnómetro hasta removercompletamente el aire disuelto en el agua destilada.

Enfríe el picnómetro lleno de agua en un recipienteaislador junto con el termómetro hasta que alcance unatemperatura entre 15 y 30 C por lo menos tres horas.


Ajuste el nivel del agua usando una pipeta, hasta

que el fondo del nivel del menisco coincida con la

marca de calibración.

Seque cualquier

gota de agua que

esté en el exterior del

picnómetro y en el

interior del cuello

usando papel

absorbente.Foto N° 2: Limpieza del picnómetro




Introduzca el termómetro

en el agua destilada hasta la

profundidad apropiada de

inmersión y mida y registre

la temperatura del agua con

una precisión de 0.01 C.

Mida y registre la masa del

picnómetro lleno de agua,

Mpw,c, con una precisión de

0.01 g. (Foto N 4)

Foto N 3: Temperatura del agua

Foto N 4: Masa del picnómetro lleno de agua




Regrese el picnómetro con el termómetro alrecipiente aislador.

Para obtener la siguiente calibración ajuste de nuevoel nivel de agua del picnómetro y repita elprocedimiento descrito hasta obtener cinco medidasindependientes de calibración.

Calcule el volumen de calibración del picnómetro Vppara cada uno de los cinco datos, usando la siguienteecuación:

cw

pcpw

p

MMV

,

, )(

Donde:

Mpw,c=Masa del picnómetro lleno de agua

a la temperatura de calibración, g.

Mp=Masa promedio del picnómetro seco

calibrado, g.

ρw,c=Densidad del agua a la temperatura

de calibración g/mL, ver tabla N 2.



Tabla N 2. Densidad del agua y factor de

corrección k para varias TemperaturasTemperatura

°C

Densidad del

agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

15.0 0.99910 1.00090

15.5 0.99902 1.00082

16.0 0.99895 1.00074

16.5 0.99886 1.00066

17.0 0.99878 1.00057

17.5 0.99869 1.00048

18.0 0.99860 1.00039

18.5 0.99850 1.00030

19.0 0.99841 1.00020

19.5 0.99831 1.00010

20.0 0.99821 1.00000

20.5 0.99810 0.99990

21.0 0.99799 0.99979

21.5 0.99789 0.99968

22.0 0.99777 0.99957

22.5 0.99776 0.99945

Temperatura

°C

Densidad del

agua (g/mL)

Factor de corrección (K)

23.0 0.99754 0.99933

23.5 0.99742 0.99921

24.0 0.99730 0.99909

24.5 0.99717 0.99897

25.0 0.99705 0.99884

25.5 0.99692 0.99871

26.0 0.99679 0.99858

26.5 0.99665 0.99844

27.0 0.99652 0.99831

27.5 0.99638 0.99817

28.0 0.99624 0.99803

28.5 0.99609 0.99788

29.0 0.99595 0.99774

29.5 0.99580 0.99759

30.0 0.99565 0.99744

30.5 0.99550 0.99729

Fuente: Norma ASTM D 854- 02




Con los valores obtenidos grafique la curva volumen de

calibración del picnómetro Vp en el eje vertical, versus

temperatura de equilibrio tc en el eje horizontal.

Fig 1. Volumen de calibración del picnómetro, Vp.



PROCEDIMIENTO

Determine el contenido de humedad de una porciónde muestra.

Método A.

Procedimiento para muestras húmedas.

Usando este contenido de

humedad, calcule la masa

seca a utilizarse en el ensayo

de acuerdo a las cantidades

descritas en la tabla N 1.Foto N 5: Peso de la muestra



Método A.

Ponga aproximadamente 100

mL de agua destilada en la

mezcladora mecánica, agregue

el suelo y mezcle.

Vierta la mezcla en el

picnómetro usando un embudo,

y enjuague cualquier partícula

de suelo sobrante.

Foto N 6: Mezcla del suelo con agua

Foto N 7: Vertido de la mezcla en el picnómetro



Método A.Agregue agua destilada hasta que el nivel esté entre

1/3 y 1/2 de la profundidad del picnómetro.

Agite el agua hasta que se forme la mezcla, yenjuague cualquier suelo adherido al cuello delpicnómetro.

Remueva el aire atrapado en la muestra haciendohervir la mezcla suavemente por lo menos durante 2horas, mientras agita el picnómetro ocasionalmentepara facilitar la remoción del aire.

Llene el picnómetro con agua destilada por encima opor debajo de la marca de calibración.



Método A.

Ajuste el nivel de agua usando

una pipeta hasta que el fondo

del nivel del menisco coincida

con la marca de calibración.

Seque cualquier gota de agua

que esté en el exterior del

picnómetro y en el interior del

cuello usando papel

absorbente.

Foto N 8: Enfriamiento de la mezcla

Foto N 9: Limpieza del picnómetro



Método A.

Introduzca el termómetro en lamezcla hasta la profundidadapropiada de inmersión y miday registre la temperatura de lamezcla con una precisión de0.01 C.

Mida y registre la masa delpicnómetro, suelo y agua(Mpws,t) con una precisión de0.01 g.

Foto N 10: Medición de la temperatura de la mezcla

Foto N 11: Masa del picnómetro más mezcla



Método A.

Vierta la mezcla del picnómetro en un recipiente y

verifique que toda la mezcla sea transferida.

Seque la muestra en un horno a 110 5 C (230 9

F), hasta obtener una masa constante y déjela

enfriar.

Pese la masa del suelo secada al horno (Ms) con una

precisión de 0.01 g.



PROCEDIMIENTO

Seque la muestra en un horno a 110 5 C (230 9F), hasta obtener una masa constante y déjela enfriar.

Disgregue el suelo usando un martillo de caucho.

Pese la muestra de suelo para el ensayo de acuerdo alas cantidades descritas en la tabla N 1.

Vierta el suelo en el picnómetro utilizando un embudoy enjuague cualquier partícula de suelo sobrante.

Proceda como lo descrito desde el numeral 6 hasta el16 de la guía de estudio.

Método B.

Procedimiento para muestras secadas al

horno.



CÁLCULOS

)( ,, twpptpw VMM

Calcule la masa del picnómetro lleno de agua a la

temperatura del ensayo (tt C), como sigue:

Donde:

Mpw,t=Masa del picnómetro lleno de agua a la temperatura del

ensayo tt, (g).

ρw,t=Densidad del agua a la temperatura del ensayo tt, g/ml ó g/cm3,

ver tabla N 2.

Vp=Volumen de calibración del picnómetro a la temperatura del

ensayo tt, tomada de la curva de calibración en cm3, ver Fig. 1.



CÁLCULOS

Calcule la gravedad específica de las partículas sólidas

a la temperatura del ensayo, Gt como sigue:

Donde:

Ρs=Densidad de las partículas sólidas, g/cm3

Ms=Masa de la muestra secada al horno en g.

M pwc,t=Masa del picnómetro, del agua y de la muestra a la

temperatura de ensayo, tt, g.

stpwctpw

s

tw

st

MMM

MG

,,,



CÁLCULOS

Calcule la gravedad específica de la muestra a 20 Ccomo sigue:

tc GKG *20



Donde:

K=Coeficiente de temperatura dado en la tabla N 2.

CÁLCULOS• Calcule la gravedad específica promedio ponderada

para los suelos que contienen partículas tanto mayorescomo menores del tamiz de 4.75 mm utilizando lasiguiente ecuación:

21 100100

1

G

P

G

RGprom



Donde:

Gprom=Gravedad específica promedio ponderada de los suelos compuestos de

partículas mayores y menores que el tamiz N 4 (4.75 mm).

R=Porcentaje de partículas de suelo retenidas sobre el tamiz N 4 (4.75 mm).

P=Porcentaje de las partículas que pasan el tamiz N 4 (4.75 mm).

G1=Gravedad específica aparente de las partículas de suelo retenidas en el tamiz

N 4 (4.75 mm), de acuerdo a la norma ASTM C 127.

G2=Gravedad específica de las partículas que pasan el tamiz N 4 (4.75 mm).

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