I.- GRAVEDAD ESPECIFICA: Determinación del peso específico absoluto del suelo.


AASHTO T100-70
ASTM  D854-58

OBJETIVO:

El objetivo de esta experiencia es de determinar el peso específico absoluto del suelo, de cualquier material compuesto por partículas pequeñas cuyo gravedad específica sea mayor que 1. Esta práctica es aplicable específicamente a suelos y agregados finos (o arenas) como los utilizados en mezclas de concreto y asfalto.

La gravedad específica de un suelo se toma como el valor promedio para granos del suelo. Si en desarrollo de una discusión no se aclara adecuadamente a que gravedad específica se refieren algunos valores numéricos dados, la magnitud de dichos valores pueden indicar el uso correcto, pues la gravedad específica de los suelos es siempre bastante mayor a la gravedad específica volumétrica determinada incluyendo los vacíos de los suelos en le cálculo.

El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis del hidrómetra y es útil para predecir el peso unitario del suelo. Ocasionalmente el valor de la gravedad específica puede utilizarse en la clasificación de los minerales del suelo, algunos minerales de hierro tienen un valor de gravedad específica mayor que los provenientes de sílica.
 
La gravedad específica de cualquier sustancia se define como el peso unitario del material en cuestión dividido por el peso unitario del agua destilada a 4°C. Así, si se consideran solamente los granos del suelo se obtiene la gravedad específica (Gs) como:

                                                                         


 

La misma forma de ecuación se utiliza para definir la gravedad específica  del conjunto, la única diferencia en esa definición es el peso específico del material. La gravedad específica del material puede también calcularse utilizando cualquier relación de peso de la sustancia al peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y sustancia:

 
                                                                         
 
Es evidente que en la ecuación (2), que esto es cierto ya que los términos de volúmenes se cancelan. Nótese, sin embargo, que si no se cancela V en la ecuación (2), se obtiene la ecuación (1).

El problema consiste en obtener el volumen de un peso conocido de granos de suelos y dividirlos por el peso del mismo volumen de agua, es decir aplicar la ecuación la ecuación (2), pues de esta forma es mas difícil de captar como también de evaluar en el laboratorio. El volumen de peso conocido de partículas de suelo puede obtenerse utilizando un recipiente de volumen conocido y el principio de Arquímedes, según el cual un cuerpo sumergido dentro de una masa de agua desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido.

El reciente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón de agua destilada a 20?C. A temperaturas mayores, el volumen será ligeramente mayor; a temperaturas menores de 20?C el volumen será ligeramente menor. Como el cambio sufrido en el volumen es pequeño para desviaciones de temperaturas pequeñas en el fluido, y además es relativamente fácil mantener la temperatura de ensayo cercana a los 20?C, es posible aplicar una corrección aproximada de la temperatura para desviaciones pequeñas de temperatura en los cálculos del ensayo, que permita una aproximación satisfactoria sin necesidad de recurrir a determinar experimentalmente el cambio en el contenido volumétrico del frasco con la temperatura. Alternativamente, se puede desarrollar una curva de calibración para cualquier frasco volumétrico dado de la siguiente forma:

1. Limpiar cuidadosamente el frasco
2. mLlenar con agua destilada desmineralizada o común el frasco a  temperaturas conocidas.
3. Hacer una gráfica del peso (Wbw) contra T?C (usar mínimo 4 puntos a,por ejemplo, 16,20 y 28?C).

A menudo para este experimento se utiliza agua común en lugar de agua destilada, el error, también en este caso, es bastante pequeño. Es posible determinar el error introducido al usar agua común, de la siguiente forma: se llena  el frasco volumétrico hasta la marca, y se obtiene la temperatura y el peso si se resta de este dato el peso del frasco volumétrico vacío, es posible determinar la densidad del agua común y compararla con la densidad del agua destilada a la temperatura adecuada en tablas. Nótese que si la temperatura no es exactamente 20?C es necesario para determinar el volumen del frasco recurrir a una calibración como la que se ha sugerido. Generalmente, si el error de densidad es menor que 0.001, puede ser despreciado.

DEFINICIÓN DEL PESO ESPECIFICO ABSOLUTO:

Es la relación entre peso, al aire, de sus partículas minerales y el peso, al aire del agua cosiderando un mismo volumen y una misma temperatura.

En el caso de los suelos, la densidad se da en relación al agua destilada a una temperatura de 4 grados centígrado. Tratándose de gravas o piedras, la densidad se da en relación al agua limpia  a la temperatura ambiente, con el material en el estado de saturación

El valor de la densidad,(el cuál expresado en un número),además de servir para fines de clasificación, juega un papel muy importante en la mayor parte de las pruebas y cálculos de la mecánica de suelos.

Para su determinación, se hace uso de recipientes aforados llamados picnómetros, los cuales son generalmente matraces calibrados a distintas temperaturas como se indica en la figura:

La densidad de los suelos por lo general varia entre los siguientes valores:

Cenizas Volcánicas.........................................................................2.30 a 2.50

Suelos orgánicos.............................................................................2.40 a 2.65

Arenas y gravas...............................................................................2.65 a 2.67

Limos orgánicos y guijarros arcillosos...........................................2.67 a 2.72

Arcillas poco plásticas y medianamente

plásticas..........................................................................................2.72 a 2.78

Arcillas medianamente plásticas y muy

plásticas..........................................................................................2.78 a 2.84

Arcillas Bentoníticas......................................................................2.48 a 2.80

DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECIFICO ABSOLUTO:

Para la determinación de peso específico absoluto, empleamos un recipiente aforado llamado picnómetro, que son matraces calibrados a distintas temperaturas.

- Picnómetro. Es un frasco volumétrico, con una capacidad de 50 cc. La tapa deberá ser del mismo material del picnómetro y deberá entrar con facilidad hasta la profundidad indicada. Además deberá tener un hueco en el centro para permitir la salida del  aire y del agua en exceso.

Calibración del picnómetro. El picnómetro deberá lavarse,  secarse y pesarse registrando luego el peso; luego se procederá a llenar con agua destilada, para su posterior pesaje.

De esta  manera se obtiene el peso del volumen mas agua (Wa) a una determinada temperatura (Ti), que deberá ser redondeada al grado entero más próximo.

Del peso Wa, determinado a una temperatura Ti, deberá prepararse un cuadro de valores para diferentes pesos Wa y para una serie de temperaturas Ti que prevalezcan comúnmente cuando se hagan las determinaciones de (Wa).

Estos valores serán calculados por la formula siguiente:

 
Donde:

Wa = Peso  del picnómetro con agua hasta la marca calibración en gramos.

Wf = Peso del picnómetro en gramos.

Ti = Temperatura del agua en grados centígrados.

Tx = Cualquier otra temperatura en grados centígrados.

TABLA DE DENSIDADES RELATIVAS DEL AGUA Y FACTORES DE CONVERSIÓN k, PARA VARIAR TEMPERATURAS.

4 comentarios:

Carlos Felipe Jaimes Maya dijo...

Cual es la fuente del articulo anterior, me refiero en especifico a los valores de gravedad especifica que a parecen para diferentes tipos de suelo

John Alexander Caicedo Díaz dijo...

buenos días valores tan altos de densidades ojo masa total sobre volumen total, para suelos orgánicos de 2.40 -2.65.... increíble ligeramente inferior a la densidad del basalto..... ademas si estan hablando de densidad necesita llevar unidades de magnitud g/ cm3 , Kg / m3... los valores de Gs o gravedad especifica de sólidos si son adimencionales..... un buen día exitos

John Alexander Caicedo Díaz dijo...

Ojo! densidad de los suelos no es adimiencional... tendrían que dar algún valor es decir g/ cm3 N/ m3 en fin... lo segundo los valores de Gs si son ADIMENCIONALES relacionan el peso de solidos sobre el volumen de sólidos esto por el Gama del agua o del fluido a trabajar nos permite dejar adimencional el resultado, otra cosa una densidad de un suelo orgánico en el valor de 2.40 - 2.65 eso es increíble es decir una densidad ligeramente inferiro a la de un basalto? chequen esos valores con todo respeto creo que no estan logicos

alejandro cangi dijo...

muy intereante me sirvio la tabla de densidades

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