Designación: D 2216-98 Método de prueba estándar para la Determinación de Laboratorio del (humedad) de Suelo y rocas por MASS 1
Contenido
de
agua
Esta norma ha sido publicada bajo la designación fija D 2216. el número inmediatamente siguiente a la designación indica el año de adopción original o, en el caso de revisión, el año de la última revisión. Un número entre paréntesis indica el año de la última aprobación. Un épsilon de superíndice (Ɛ) indica un cambio editorial desde la última revisión o aprobación. 1. Alcance * 1.1 Este método de ensayo cubre la determinación en el laboratorio del contenido del agua (humedad) por masa de suelo, roca, y materiales similares, donde la reducción de la masa por secado es debido a la pérdida de agua, excepto como se indica en 1.4. 1.5. y 1.7. Por simplicidad, la palabra "material" en lo sucesivo también se refiere al suelo o roca, lo que sea más aplicable. 1.2 Algunas disciplinas, como la ciencia del suelo, deben determinar el contenido de agua en la base del volumen. Tales determinaciones son más allá del alcance de este método de ensayo. 1.3 El contenido de agua de un material se define en 3.2.1. 1.4 El término "material sólido" tal como se utiliza en la ingeniería geotécnica normalmente se supone que significa partículas minerales del suelo y rocas que no son fácilmente solubles en agua. Por lo tanto, el contenido de agua de los materiales que contienen materia extraña (tal como cemento, y similares) pueden requerir un tratamiento especial o una definición calificada de contenido de agua. Además, algunos materiales orgánicos pueden descomponerse por secado en el horno a la temperatura de secado estándar para este método (110°C). Los materiales que contienen yeso (dihidrato de sulfato de calcio o de otros compuestos que tienen cantidades significativas de agua hidratada) puede presentar un problema especial ya que este material se deshidrata lentamente a la temperatura estándar de secado (110°C) y a humedades relativas muy bajas, formando un compuesto (sulfato 1 Este
método de prueba está bajo la jurisdicción del Comité ASTM D-18 sobre Suelo y rocas y es responsabilidad directa del Subcomité D18.03 sobre las características de textura, plasticidad y densidad de los suelos. Edición actual aprobada el 10 de febrero 1998. Publicado en enero de 1999. Publicado originalmente como D 2216-63 T. Última edición anterior D 2216-92.
de calcio hemihidrato), que normalmente no está presente en los materiales naturales, excepto en algunos suelos del desierto. Con el fin de reducir el grado de deshidratación del yeso en tales materiales que contienen yeso, o para reducir la descomposición en suelos altamente orgánicos, puede ser deseable secar estos materiales a 60ºC o en un desecador a temperatura ambiente. Así, cuando una temperatura de secado se utiliza, que es diferente de la temperatura estándar de secado tal como se define por este método de ensayo, el contenido de agua resultante puede ser diferente del contenido de agua estándar determinado a la temperatura de secado estándar. Nota 1-Métodos de Ensayo D 2974 proporciona un procedimiento alternativo para determinar el contenido de agua de los materiales de turba. 1.5 Los materiales que contienen agua con cantidades sustanciales de sólidos solubles (como la sal en el caso de sedimentos marinos) cuando se ensayan por este método dará una masa de sólidos, que incluye los sólidos solubles previos. Estos materiales requieren un tratamiento especial para eliminar o dar cuenta de la presencia de sólidos precipitados en la masa seca de la muestra, o debe utilizarse una definición calificada de contenido de agua. Por ejemplo, véase Noorany 2 sobre la información de suelos marinos. 1.6 Este método de ensayo requiere varias horas para el secado adecuado de la muestra de contenido de agua. El Método de Prueba D 4643 provee el secado de la muestra de ensayo en un horno microondas, el cual es un proceso más corto. Véase también Gilbert 3 para mayor detalles sobre los antecedentes de este método de ensayo. 1.7 Esta norma requiere el secado del material en un horno a altas temperaturas. Si el material que es secado está contaminado con ciertos productos químicos, pueden existir riesgos de salud y seguridad. Por lo tanto, esta norma no debe utilizarse para determinar el contenido de agua de los suelos contaminados salvo que se tomen precauciones adecuadas de salud y seguridad. 1.8 Esta norma no pretende dirigir todas las inquietudes sobre seguridad, si las hubiera, asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso. 2. Documentos de referencia 2.1 Normas ASTM: 2 Noorany,
I., "Phase Relations in Marine Soils", Revista de Ingeniería Geotécnica, ASCE, vol. 110, Nº4, abril de 1984, pp 539-543. 3 Gilbert, P A, “Computer Controlled Microwave Oven System for Rapid Water Content Determination", Informe Tec. GL-88-21, Departamento del Ejército, la estación de del experimento de canales de agua, Cuerpo de Ingenieros, Vicksburg, MS, noviembre de 1988.
D 653 Terminología Relativa al suelo, rocas y fluidos contenidos 4 D 2974 Métodos de prueba para la humedad, cenizas y Materia Orgánica de la Turba y otros suelos orgánicos4 D 4220 Práctica para la conservación y transporte de muestras de suelo 4 D 4318 Método de prueba para el Límite Líquido, Límite Plástico, y el Índice de Plasticidad de Soils4 D 4643 Método de prueba para la determinación de agua (humedad) del suelo por el Método del Horno de Microondas 4 D 4753 Especificación para la evaluación, selección y especificación de balanzas y básculas para el uso del análisis del suelo y rocas 4 D 6026 Guía para el uso de dígitos significativos en el cálculo y presentación de informes de datos geotécnicos del ensayo 5 E 145 Especificación para los hornos de convección de gravedad y de ventilación forzada. 6 3. Terminología 3.1 Refiérase a la Terminología D 653 sobre las definiciones estándar de los términos. 3.2 Definiciones de los Términos Específicos a esta norma: 3.2.1 Contenido de agua (de un material)-la relación expresada como un porcentaje de la masa de "poro" o agua "libre" en una masa dada de material a la masa del material sólido. La temperatura estándar de 110° ± 5°C se usa para determinar estas masas. 4. Resumen del Método de Ensayo 4.1 Un espécimen de ensayo se secó en un horno a una temperatura de 110° ± 5°C a una masa constante. La pérdida de masa por el secado se considera que es agua. El contenido de agua se calcula utilizando la masa de agua y la masa del espécimen seco. 5. Significado y Uso 5.1 Para muchos materiales, el contenido de agua es una de las propiedades más significativas de índices utilizados para establecer una correlación entre el comportamiento de los suelos y sus propiedades de índice. 5.2 El contenido de agua de un material se utiliza para expresar las relaciones de fase de aire, agua y sólidos en un volumen dado de material.
4 Libro
Anual de Normas ASTM, volumen 04.08. * Un resumen de la sección Cambios aparece al final de esta norma. 5 Libro Anual de Normas ASTM, Vol. 04.09. 6 Libro Anual de Normas ASTM, volumen 14.02.
5.3 En los suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia de un tipo de suelo dado depende de su contenido de agua. El contenido de agua de un suelo, con sus límites líquido y plástico como se determina por el Método de Prueba D 4318. se utiliza para expresar su consistencia relativa o índice de liquidez. 6. Equipo 6.1 Horno de secado, regulado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente de aire forzada, cumpliendo los requisitos de la Especificación E 145 y capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5°C a lo largo de la cámara de secado. 6.2 Balanzas -Todas las balanzas deben cumplir con los requisitos de la Especificación D 4753 y esta sección. Se requiere una balanza de clase GP1 con una lectura de 0.01 g para muestras que tengan una masa de hasta 200 g (excluyendo la masa del recipiente de la muestra) y una balanza de clase GP2 con una lectura de 0.1 g para las muestras que tengan una masa superior a 200 g. Sin embargo, la balanza que se utiliza puede controlarse por el número de dígitos significativos necesarios (véase 8.2.1 y 12.1.2). 6.3 Contenedores de especímenes - recipientes adecuados hechos de un material resistente a la corrosión y al cambio en la masa por la repetitividad del calentamiento, refrigeración, exposición a materiales de diferente pH, y limpieza. Salvo que se utilice un desecador, los recipientes con tapas cerradas se utilizarán para analizar muestras que tengan una masa menor que 200 g aproximadamente, mientras que para las muestras que tienen una masa mayor que 200 g aproximadamente, se podrá utilizar los recipientes sin tapa (véase la Nota 7). Un recipiente se requiere para determinar el contenido de agua. NOTA 2-El propósito de las tapas es evitar la pérdida de humedad de las muestras antes de determinar la masa inicial y evitar la absorción de humedad de la atmósfera después del secado y antes de determinar la masa final. 6.4 Desecador- Un gabinete de desecador o frasco grande de desecador de tamaño adecuado que contenga gel de sílice o sulfato de calcio anhidro. Es preferible usar un desecante que cambia de color para indicar si necesita una reconstitución. Véase 10.5. NOTA 3 – el sulfato de calcio anhidro se vende bajo el nombre comercial Drierite. 6.5 Equipo para la manipulación del contenedor, guantes, pinzas o un soporte adecuado para el movimiento y la manipulación de contenedores calientes después del secado.
6.6 Misceláneos, cuchillos, espátulas, cucharones, tela, divisores de muestras, etc., según sea necesario. 7. Muestras 7.1 Las muestras deben preservarse y transportarse de acuerdo con las Buenas Prácticas 4220 para los suelos de Grupos B, C, o D. Mantener las muestras que se almacenan antes de la prueba en envases herméticos no resistentes a la corrosión, a una temperatura entre aproximadamente 3 y 30°C y en un área que previene el contacto directo con la luz solar. Las muestras perturbadas en frascos u otros recipientes deben almacenarse de tal manera para evitar o reducir al mínimo la condensación de humedad en el interior de los contenedores. 7.2 La determinación del contenido de agua debe hacerse tan pronto como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores potencialmente resistentes a la corrosión (por ejemplo, tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) o en bolsas de plástico para las muestras. 8. Espécimen de ensayo 8.1 Para los contenidos de agua se determina con otro método ASTM, si se provee, se utiliza el requisito de masa del espécimen indicado en dicho método. Si no se provee la masa mínima de la muestra en este método, se aplicarán los valores que figuran a continuación. Véase Howard 7 para los datos de antecedentes de los valores listados. 8.2 La masa mínima del material húmedo seleccionado será representativo de la muestra total y de conformidad con lo siguiente: Tamaño máximo Tamaño de partícula estándar (100% que pasa) tamiz
7
Masa mínima del recomendada del espécimen húmedo por el contenido de agua reportado hasta el ±0,1%
Masa mínima recomendada del espécimen húmedo por el contenido de agua reportado al ±1%
Howard, AK, " “Minimum Test Specimen Mass for Moisture Content Deter mination", Revista
ensayos geotécnicos, ASTM, vol. 12, N°1. marzo de 1989, pp 39-44.
o menos
A Deberá
utilizarse no menos que 20 g A pare ser representativo.
8.2.1 La masa mínima utilizada deberá aumentarse para obtener los dígitos significativos necesarios para la masa de agua cuando se informa sobre los contenidos de agua con una precisión de 0,1% o como se indica en 12.1.2. 8.3 Uso de un espécimen de prueba más pequeño que el mínimo indicado en 8.2 requiere discreción, aunque puede ser adecuado para los fines de la prueba. Cualquier muestra utilizada que no cumpla estos requisitos deberá tenerse en cuenta en los formularios de datos de los ensayos u hojas de datos de ensayo. 8.4 Cuando se trabaja con un espécimen pequeño (menos de 200 g) que contiene una partícula de grava relativamente grande, es conveniente no incluir esta partícula en la muestra. Sin embargo, cualquier material de desecho deberá estar describirse y anotarse en los formularios de datos de ensayo u hojas de datos de ensayo. 8.5 Para aquellas muestras que consisten completamente de una roca intacta, la masa mínima del espécimen será de 500 g. Las porciones representativas de la muestra pueden dividirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, el recipiente y la balanza que se utilizan y para facilitar el secado hasta un peso constante, véase 10.4. Los tamaños de los especímenes tan pequeñas como de 200 g pueden examinarse si el contenido de agua de sólo dos dígitos significativos es aceptable. 9. Selección de los especímenes de ensayo 9.1 Cuando la muestra de ensayo es una parte de una cantidad mayor de material, la muestra debe seleccionarse para ser representativa de la condición del agua de toda la cantidad del material. La manera en que se selecciona la muestra de ensayo depende del propósito y la aplicación de la prueba, el tipo de material que se ensaya, la condición del agua, y el tipo de muestra (de otra prueba, bolsa, bloque, y similares.) 9.2 Para las muestras disturbadas tales como adornos, muestras en bolsa, y similares, obtener la muestra de ensayo por uno de los siguientes métodos (enumerados en orden de preferencia):
9.2.1 Si el material es tal que puede ser manipulado y manejado sin una pérdida significativa de humedad y segregación, el material se debe mezclar por completo y luego debe seleccionar una porción representativa con una cuchara de un tamaño que no sea más de una cuchara llena, se requiere para obtener el tamaño adecuado de la muestra como se define en 8.2. 9.2.2 Si el material es tal que no puede mezclarse por completo o mezclarse y muestrearse con una cuchara, forme una pila del material, mezclando tanto como sea posible. Tomar al menos cinco porciones del material en lugares aleatorios utilizando un tubo de muestreo, pala, cuchara, paleta, o dispositivo similar adecuado para el tamaño máximo de las partículas presentes en el material. Combinar todas las porciones de la muestra de ensayo. 9.2.3 Si el material o las condiciones son tales que no puede formarse una pila, tomar tantas porciones del material como sea práctico, utilizando ubicaciones aleatorias que representan mejor la condición de humedad. Combinar todas las porciones de la muestra de ensayo. 9.3 Muestras intactas como bloques, tubos, tubos divididos, y similares, obtener la muestra por uno de los siguientes métodos dependiendo de la finalidad y el uso potencial de la muestra. 9.3.1 Utilice un cuchillo, sierra de alambre, u otro dispositivo de corte afilado, cortar la parte exterior de la muestra a una distancia suficiente para ver si el material está en capas y para eliminar el material que parece más seco o más húmedo que en la parte principal de la muestra. Si es cuestionable la existencia de capas, cortar la muestra a la mitad. Si el material tiene capas, véase 9.3.3. 9.3.2 Si el material no se encuentra en capas, obtener la muestra cumpliendo los requisitos de masa en 8.2: (1) tomando todos o la mitad del intervalo se está ensayando, (2) corte de un pedazo representativo del intervalo que se está ensayando, o (3) el corte la superficie expuesta de un medio o desde el intervalo que se está ensayando. NOTA 4-migración de la humedad en algunos suelos no cohesivos puede requerir que toda la sección se muestree. 9.3.3 Si un material se encuentra en capas (o se encuentra más de un tipo de material), seleccionar una muestra promedio, o especímenes individuales, o ambos. Las muestras deben estar debidamente identificadas en cuanto a la ubicación, o lo que representan, y las observaciones pertinentes inscritas en la hoja de datos de ensayo u hojas de datos de ensayo. 10. Procedimiento 10.1 Determinar y registrar la masa del contenedor de muestras limpio y seco (y su tapa, si se utiliza).
10.2 Seleccionar las muestras representativas de prueba en conformidad con la Sección 9. 10.3 Colocar la muestra húmeda en el contenedor y, si se utiliza, poner la tapa firmemente en su posición. Determinar la masa del recipiente y el material húmedo, utilizando una balanza (véase 6.2) seleccionada basándose en la masa de la muestra. Registre este valor. NOTA 5-Para evitar la mezcla de muestras y obtención de resultados incorrectos, todos los recipientes, y las tapas, si se utilizan, deben estar numeradas y los números de los contenedores se registrarán en las hojas de los datos de laboratorio. Los números de la tapa deben coincidir con los números del contenedor para eliminar la confusión. NOTA 6-Para ayudar el secado en el horno de las muestras de ensayo de gran tamaño, deben ser colocados en contenedores que tienen una gran área superficial (tales como bandejas) y el material roto en pequeños agregados. 10.4 Retire la tapa (si se utiliza) y coloque el recipiente con material húmedo en el horno de secado. Secar el material a una masa constante. Mantener el horno de secado a 110 ± 5°C salvo que se especifique lo contrario (véase 1.4). El tiempo requerido para obtener una masa constante variará dependiendo del tipo de material, el tamaño de espécimen, tipo horno, y la capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores en general se puede establecer por el buen juicio y experiencia con los materiales que están siendo probados y el equipo que se utiliza. NOTA 7-En la mayoría de los casos, el secado de una muestra de ensayo durante la noche (aproximadamente 12 a 16 h) es suficiente. En los casos en que existan dudas sobre la idoneidad de secado, el secado debe continuar hasta el cambio de masa después de dos períodos sucesivos (más de 1 h) de secado sea una cantidad insignificante (menos de 0,1% aproximadamente). Los especímenes de arena generalmente pueden secarse hasta una masa constante en un período de aproximadamente 4 h, cuando se utiliza un horno de corriente de aire forzado. NOTA 8-ya que algunos materiales secos pueden absorber la humedad de las muestras húmedas, los especímenes secos deben retirarse antes de colocar las muestras húmedas en el mismo horno. Sin embargo, esto no sería aplicable si los especímenes previamente secados permanecen en el horno de secado durante un período de tiempo adicional de aproximadamente 16 h. 10.5 Después que el material se ha secado a un peso constante retirar el recipiente del horno (y reemplazar la tapa si se utiliza). Permitir que el material y el recipiente se enfríe a temperatura ambiente o hasta que el
recipiente pueda manipularse cómodamente con las manos desnudas y la operación de la balanza no será afectada por las corrientes de convección y/o si se calienta. Determinar la masa del recipiente y el material secado en el horno, usando el mismo tipo/capacidad de balanza utilizada en 10.3. Registre este valor. Las tapas de cierre hermético se utilizarán si se considera que la muestra absorbe la humedad del aire antes de la determinación de su masa seca. NOTA 9- El enfriamiento en un desecador es aceptable en lugar de tapas de cierre hermético, ya que reduce en gran medida la absorción de humedad de la atmósfera durante el enfriamiento, especialmente para los envases sin tapas ajustadas. 11. Cálculo 11.1 Calcular el contenido de agua del material de la siguiente manera:
Dónde: w = Contenido de agua, %, Mcws = Masa del recipiente y muestra húmeda, g, Mcs = masa del recipiente y la muestra secada al horno, g, Mc = masa del recipiente, g, Mw = masa de agua , g, y Ms = masa de partículas sólidas , g. 12. Informe 12.1 Los formularios de datos de ensayo u hojas de datos de los ensayos deberá incluir lo siguiente: 12.1.1 Identificación de la muestra (material) de ensayo, tal como el número de perforación, número de muestra, número de prueba, número de contenedor, etc. 12.1.2 Contenido de agua de la muestra con una precisión de 1% o 0.1%, según el apropiado basado en el mínimo de la muestra utilizada. Si este método se utiliza en combinación con otro método, el contenido de agua de la muestra debe informarse al valor requerido por el método de ensayo para el cual se determinó el contenido de agua. Refiérase a la guía D 6026 para la orientación relativa a los dígitos significativos, especialmente si el valor obtenido a partir de este método de ensayo se va a utilizar para calcular otras relaciones tales como unidad de peso o densidad. Por ejemplo, si se desea expresar el peso seco de la unidad más cercana a 0.1 lbf/f3 (0.02 kN/m3),
puede ser necesario usar una balanza con una precisión mayor o utilizar una masa de muestra más grande para obtener los dígitos significativos requeridos de la masa de agua de manera que el contenido de agua se determine con los dígitos significativos requeridos. También, los dígitos significativos en la Guía D 6026 deben aumentarse al calcular las relaciones de fase que requieren cuatro dígitos significativos. 12.1.3 Indique si la muestra de ensayo tenía una masa menor que el mínimo indicado en el punto 8.2. 12.1.4 Indique si la muestra de ensayo contenía más de un tipo de material (por capas, etc.) 12.1.5 Indique la temperatura de secado si es diferente a 110 ± 5°C. 12.1.6 Indique si cualquier material (tamaño y cantidad) se excluyó de la muestra de ensayo. 12.2 Al informar el contenido de agua en las tablas, figuras, etc., se indicará cualquiera de los datos que no satisfacen los requisitos de este método de ensayo, como no cumplen con la masa, balanza, o requisitos de temperatura o una porción del material se excluye del espécimen de ensayo. 13. Precisión y Tendencia 13.1 Declaración sobre la tendencia - No hay un valor de referencia aceptado para este método de prueba, por lo tanto, la tendencia no se puede determinar. 13.2 Declaraciones sobre la precisión: 13.2.1 Exactitud de un solo operador precisión (repetitividad) - El coeficiente de variación de un solo operador se ha encontrado que es 2.7 por ciento. Por lo tanto, los resultados de dos ensayos realizados adecuadamente por el mismo operador con el mismo equipo no debe considerarse sospechoso salvo que difieran en más de un 7,8 por ciento de su promedio. 8 13.2.2 Precisión de múltiples laboratorios (reproducibilidad) 9 - El coeficiente de variación de múltiples laboratorios se ha encontrado que es 5.0 por ciento. Por lo tanto, los resultados de dos ensayos realizados adecuadamente por los distintos operadores y utilizando equipos diferentes no debe considerarse sospechoso salvo que difieran en más de un 14.0 por ciento de su media. 14. Palabras clave 8 Estos 9 Estos
670
números representan los límites (1s) y (d2s) como se describe en la Práctica C 670. números representan los límites (1s%) y (d2s%) como se describe en la Práctica C
14.1 coherencia; propiedad de índice, laboratorio, análisis de humedad, contenido de humedad, agregado de suelo, contenido de agua RESUMEN DE CAMBIOS El Comité D-18 ha identificado la ubicación de cambios seleccionados a esta norma desde la última edición. (D 2216-92) que pueden impactar la utilización de esta norma. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20)
(21)
El Título se cambió para enfatizar que la masa es la base de la norma. Se modificó la Sección 1.1 para aclarar los "materiales similares". Se añadió el punto 1.2 para explicar una limitación en el alcance. Las otras secciones se numeran según el caso. La referencia de información se incluyó en 1.5. La referencia de información se incluyó en 1.6 Un nuevo documento ASTM de referencia se incluyó en el punto 2.1. Las nuevas notas de pie 2, 3, y 5 se han agregado e identificado. Las otras notas se pie se volvieron a numerar cuando se ha requerido para la identificación secuencial. Se agregó la información relativa a las balanzas en 6.2 La sección 6.3 se modificó para aclarar el uso de tapas cerradas, y se añadió una referencia a la Nota 8. En 6.4. "fosfato de calcio anhidro" se cambió a "El sulfato de calcio anhidro" para corregir un error y estar de acuerdo con la Nota 3. Se corrigió un error tipográfico en el punto 8.1 de "antes" a "a continuación" y se agregó un pie de página de referencia para esta información. Una porción de 8.2 ha sido eliminada para mayor claridad. Un nuevo 8.2.1 se añadió para aclarar los requisitos mínimos de la masa. Las Secciones 8.3, 8.4. 9.3.3 y 12.1 se cambiaron para sustituir "formulario de datos/hoja de ensayo" por "informe". La nota de pie siete fue identificada. La sección 9.2.1 se ha revisado para mejorar la claridad y la intención. La palabra "posible" se cambió por "práctico" en 9.2.3. Las secciones 9.3.1 y 9.3.2 se han revisado para mejorar la claridad y sentido práctico. Se añadió una referencia a la guía D 6026 en 12.1.2. Las Notas de pie 8 y 9 se añadieron a 13.2.1 y 13.2.2, respectivamente. Estos se omitieron involuntariamente de la versión 1992. Estas explicaciones proporcionan claridad e información al usuario. Un resumen de los cambios se agregó para reflejar la política de D18.
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