ASTM Designación: D 422 - 63 (Reaprobado el 2007)
Método de Ensayo Estándar para el Análisis Granulométrico 1 Esta norma es emitida bajo la designación establecida D 422; el número que sigue a la designación indica el año de adopción original, o en caso de revisión, revisión, el año de la última revisión. Un número entre paréntesis indica el año año de la última reaprobación. reaprobación. Un subíndice épsilon (ε) indica el cambio de editorial des de la última revisión o reaprobación.
1.
Alcance
1.1 1.1 Este método de ensayo abarca la determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de las partículas de los suelos. La clasificación de los tamaños de partículas mayores que 75 µm (retenido en el tamiz Nº 200) se efectúa por tamizado, mientras que la determinación de los tamaños de las partículas menores que 75 µm es determinada por un proceso de sedimentación, usando un hidrómetro para asegurar los datos necesarios (Nota 1 y Nota 2). Nota 1 – 1 – La separación puede ser hecha sobre los tamices Nº 4 (4,75 mm), Nº 40 (425 lugar del tamiz Nº 10. Para cualquier tamiz usado, el tamaño será indicado en el reporte.
µm)
o Nº 200 (75 µm) en
Nota 2 – 2 – Dos tipos de dispositivos de dispersión son proporcionados: (1) un agitador mecánico de alta velocidad, y (2) dispersión de aire. Investigaciones detalladas indican que los dispositivos de dispersión de aire producen una dispersión más positiva en suelos plásticos por debajo del tamaño de 20 µm y se aprecia menos degradación en todos los tamaños cuando se usan con suelos arenosos. Debido a las ventajas definidas que favorecen a la de dispersión de aire, su uso es recomendado. Los resultados de los dos tipos de dispositivos difieren en magnitud, dependiendo del ti po de suelo, conducen a marcadas diferencias en la distribución de tamaño de partícula, especialmente para tamaños más finos de 20 µm.
2.
Documentos de Referencia 2.1 Normas ASTM:2 D 421 Práctica para la separación en seco de muestras de suelo para el análisis del tamaño de partículas y determinación de constantes c onstantes de suelos. E 11 Especificación de los tamices para propósitos de ensayos. E 100 Especificación para hidrómetros ASTM. 2.2 ASTM Vaso de dispersión de aire comprimido para el Análisis de Suelos Granulares3.
3.
Aparatos
3.1 Balanzas – – Una balanza sensible a 0,01 g para pesar material que pasa el tamiz Nº 10 (2,00 mm), y una balanza sensible a 0,1% de la masa de la muestra a ser pesada por el peso del material retenido en el tamiz Nº 10. 3.2
– Puede emplearse em plearse el aparato aparat o A ó B. Agitador –
3.2.1 El 3.2.1 El aparato A consiste de un dispositivo de agitación operado mecánicamente en el cual un motor eléctrico adecuadamente montado hace girar un eje vertical a una velocidad no menor de 10,000 rpm sin carga. El eje está equipado con aletas intercambiables confeccionadas en metal, material plástico, o goma dura, como se muestra en la Figura 1. El eje será de tal longitud que las aletas operarán en no menos de 19.0 mm (3/4”), ni más de 38.1 mm (1½“) sobre la base del vaso de dispersión. Un vaso de dispersión especial de acuerdo a cualquiera de los diseños mostrados en la Figura 2 será proporcionado para contener la muestra mientras esta este siendo dispersada. 1
Este método de ensayo está bajo la jurisdicción de la ASTM Comité D18 en Suelo y Roca y es de responsabilidad directa del Subcomité D18.03 en Textura, Plasticidad y Características de Densidad de Suelos. La edición actual se aprobó el 15 de octubre de 2007. Publicado en Octubre de 2007. Originalmente aprobado en 1935. La última edición fue aprobada en 2002 como D 422 – 63 (2002) 2 Para las normas ASTM a las que se hace referencia, visite la página web de la ASTM, www.astm.org, o contacte al ASTM Servicio al Consumidor en
[email protected]. Para información del volumen del libro anual de las as Normas ASTM, referirse al Resumen de Documento de Normas en la página web de la ASTM 3 Disponible en las oficinas centrales del ASTM Internacional. Orden Adjunta No. ADJD0422.
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Pulg mm
Equivalencias métricas 0.001 0.049 0.203 ½ 0.03 1.24 5.16 12.7
¾ 19.0
FIG. 1 Detalle de Paletas de agitación
Pulg. mm
Equivalencias Métricas 1.3 2.6 33 66
3.75 95.2
FIG. 2 Copas de Dispersión del aparato ASTM D-422 63 (2007)
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3.2.2 El aparato B consiste de un vaso de dispersión de aire comprimido (Ver plano³) (Nota 3) conforme a los detalles indicados en la Figura 3 (Nota 4 y Nota 5). Nota 3 – La cantidad de aire requerida por un cubo de dispersión de aire comprimido es del orden de 2 pies 3 / min; algunos pequeños compresores de aire no son capaces de suministrar suficiente aire para operar una copa. Nota 4 – Otro tipo de dispositivo de dispersión aire, conocido como un tubo de dispersión, desarrollado por Chu y Davidson en el Iowa State College, ha sido mostrado dando resultados equivalentes a aquellos asegurados por las copas de dispersión de aire a chorro. Cuando este sea usado, la saturación de la muestra puede ser realizada en el cilindro de sedimentación eliminando la necesidad de transferir la lechada. Cuando sea usado el tubo de dispersión de aire, esto deberá ser indicado en el reporte. Nota 5 – El agua puede condensarse en las líneas de aire cuando no este en uso. Esta agua debe ser removida, ya sea usando una trampa de agua en la línea de aire, o evacuando el agua de la línea antes de ser usado con algo del aire para propósitos de dispersión.
FIG. 3 Vasos de Dispersión de aire comprimido del aparato B 3.3 Hidrómetro – Un hidrómetro ASTM, graduado ya sea en gravedad específica de la suspensión o gramos por litro de suspensión, y conforme a los requerimientos para los hidrómetros 151H o 152H según las Especificaciones E100. Las dimensiones de ambos hidrómetros son las mismas, siendo la escala la única diferencia. 3.4 Probeta de Sedimentación - Un cilindro de vidrio de aproximadamente de 457 mm de altura y un diámetro de 63,5 mm. El diámetro interior será tal que la marca correspondiente a 1000 mL quedará a 36 cm ± 2 cm de la base interior. 3.5
Termómetro – Un termómetro de precisión a 1º F (0,5 ºC).
3.6 Tamices – Una serie de tamices de malla cuadrada que cumplan con la ASTM E 11. Un juego completo de tamices incluye los siguientes (Nota 6): 3 pulgadas (75 mm) 2 pulgadas (50 mm) 1½ pulgadas (37.5 mm) 1 pulgada (25.0 mm) 3/4 pulgada (19.0 mm) 3/8 pulgada (9,5 mm) Nº 4 (4.75 - mm)
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Nº 10 (2.00 - mm) Nº 20 (850 - µm) Nº 40 (4250 - µm) Nº 60 (250 - µm) Nº 140 (106 - µm) Nº 200 (75 - µm)
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Nota 6 – Un juego de tamices que dan un espaciamiento uniforme de puntos en el gráfico, como es requerido en la sección 17, puede ser usado si es deseado. Este juego consiste de los siguientes tamices:
3 pulgadas (75 mm) 1½ pulgadas (37.5 mm) 3/4 pulgada (19.0 mm) 3/8 pulgada (9.5 mm) Nº 4 (4.75 mm) Nº 8 (2.36 mm)
Nº 16 (1.18 - mm) Nº 30 (600 - µm) Nº 50 (300 - µm) Nº 100 (150 - µm) Nº 200 (75 - µm)
3.7 Baño de Agua o Ambiente a Temperatura Constante: Se hace necesario un baño de agua o un ambiente a temperatura controlada, para mantener la suspensión de suelo a una temperatura constante durante el análisis de hidrómetro. Un tanque de agua satisfactorio, es un tanque aislado que mantiene la temperatura de la suspensión convenientemente a una temperatura constante alrededor de 68 ºF (20 ºC). Tal dispositivo es ilustrado en la Figura 4. En casos donde el trabajo sea realizado en un ambiente a una temperatura constante controlada automáticamente, el Baño de Temperatura Controlada no es necesario. 3.8 Vaso de precipitación - De 250 cm3 de capacidad. 3.9 Dispositivo de toma de tiempo – Un reloj de pulsera o pared con segundero.
FIG. 4 Baño de Temperatura Controlada 4.
Agente Dispersante 4.1 Se usará una solución de hexametafosfato de sodio (algunas veces llamado metafosfato de sodio) en agua destilada, en proporción de 40 g de hexametafosfato por litro de solución (Nota 7). Nota 7 - Soluciones de esta sal, si son ácidas, revierten lentamente o hidrolizan hasta la forma de ortofosfato con una disminución resultante en la acción di spersiva. Las soluciones deberían ser preparadas frecuentemente (al menos una vez al mes) o ajustadas a pH de 8 a 9 por medio de carbonato de sodio. Botellas conteniendo soluciones deberían tener la fecha de preparación marcada en ellas.
4.2 El agua que se utilice debe ser destilada o desmineralizada. El agua para un ensayo de hidrómetro deberá ser llevada a la temperatura que se espera prevalezca durante el ensayo de densímetro. Por ejemplo, si la probeta de sedimentación se coloca en un baño a temperatura ASTM D-422 63 (2007)
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controlada, deberá llevarse la temperatura del agua destilada o desmineralizada a la temperatura del baño, o si se coloca la probeta de sedimentación en un cuarto de temperatura controlada, el agua de ensayo deberá estar a la temperatura del cuarto. La temperatura de referencia del ensayo de hidrómetro es de 68ºF (20ºC). Las pequeñas variaciones de temperatura no originan diferencias significativas y no conducen al uso de correcciones. 5.
Preparación de la Muestra
5.1 Prepare la muestra de ensayo para el análisis mecánico como es descrito en la Práctica D 421. Durante el procedimiento de preparación la muestra es dividida en dos porciones. Una porción contiene solo partículas retenidas en el tamiz N°10 (2,00 mm) mientras que la otra porción contiene solo partículas que pasan el tamiz N°10. 5.1.1 La masa de suelo secada al aire, separada con el propósito de realizar el análisis mecánico, dependerá del tamaño máximo de las partículas y de la masa de la porción retenida sobre el tamiz Nº 10 (2,00 mm) de acuerdo al siguiente cuadro: Diámetro Nominal de Partículas más grandes (mm) 3/8 (9,5) 3/4 (19,0) 1 (25,4) 11/2 (38,1) 2 (50,8) 3 (76,2)
Porción Aproximada de Masa Mínima, g 500 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000
5.1.2 El tamaño de la porción que pasa el tamiz Nº 10 será aproximadamente 115 g para suelos arenosos y aproximadamente 65 g para suelos limosos y arcillosos. 5.2 La previsión es hecha en la Sección 5 de la Práctica D 421 para el pesaje de suelo seleccionado secado al aire para los fines de ensayo, la separación del suelo en el tamiz Nº 10 mediante el lavado y tamizado en seco, y el pesado de la fracción lavada y secada retenida en el tamiz N°10. De estas dos masas los porcentajes ret enidos y que pasan el tamiz Nº 10 pueden ser calculados de acuerdo con 12.1. Nota 8 – Una comprobación de los valores de masa y la pulverización perfecta de terrones puede ser asegurada pesando la porción pasante el tamiz Nº 10 y adicionando el val or de la masa lavada y pesada de la porción retenida en el tamiz Nº 10.
ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LA PORCION RETENIDA EN EL TAMIZ Nº 10 (2,00 mm) 6.
Procedimiento
6.1 Se separa la porción retenida en el tamiz N°10 (2 ,00 mm) entre una serie de fracciones usando los tamices 3” (75 mm), 2” (50 mm), 1 ½ “ (37,5 mm), 1” (25,0 mm), 3/4” (19,0 mm), 3/8” (9,5 mm), N°4 (4,75 mm) y N°10 (2,00 mm), o las que se necesiten dependiendo de la muestra, o de las especificaciones para el material ensayado. 6.2 Efectuar la operación de tamizado por movimientos laterales y verticales del tamiz, acompañando con un golpeteo para mantener la muestra moviéndose continuamente sobre la superficie del tamiz. En ningún caso los fragmentos de la muestra se manipularán con la mano a pasar el tamiz. Se continúa tamizando hasta que el residuo que pase después de un minuto, sea inferior al 1% en peso de lo tamizado. Cuando se efectúa el tamizado mecánico se comprobará la efectividad del mismo usando el procedimiento manual por tamizado descrito anteriormente. 6.3 Se determina la masa de cada fracción con las balanzas indicadas en 3.1. Al término de las pesadas, la suma de las masas retenidas sobre la totalidad de los tamices usados será necesariamente igual a la masa original de la cantidad tamizada. ASTM D-422 63 (2007)
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ANÁLISIS HIDROMÉTRICO Y POR TAMIZADO DE LA PORCIÓN QUE PASA EL TAMIZ Nº 10 (2,00 mm) 7.
Determinación de la corrección compuesta para lectura de hidrómetro
7.1 Las ecuaciones para los porcentajes de suelo que permanecen en suspensión, dadas en 14.3, están basadas en el uso de agua destilada o desmineralizada. Sin embargo, se usa un agente dispersante, y la gravedad específica del líquido resultante es apreciablemente mayor que la del agua destilada o desmineralizada. 7.1.1 Ambos hidrómetros de suelo son calibrados a 68ºF (20ºC) y las variaciones en temperatura de esta temperatura estándar producen imprecisiones en las lecturas reales del hidrómetro. La cantidad de imprecisiones se incrementa conforme se incrementa la variación de la temperatura estándar. 7.1.2 Los Hidrómetros están graduados por el fabricante para ser leídos en la base del menisco formado por el líquido en el cuerpo. Como no es posible tomar lecturas de las suspensiones de suelo en la base del menisco, las lecturas deben tomarse en el tope y luego aplicar una corrección. 7.1.3 A la cantidad neta de las correcciones para los tres ítems numerados se denomina corrección compuesta, y puede ser determinada experimentalmente. 7.2 Por conveniencia, puede prepararse una gráfica o tabla de correcciones compuestas para una serie de diferencias de temperatura de 1º. La medición de las correcciones compuestas puede ser hecha a dos temperaturas que cubran el rango de temperaturas esperado, y las correcciones para las temperaturas intermedias calculadas asumiendo una línea recta entre los dos valores observados. 7.3 Se preparan 1000 mL de líquido compuesto de agua destilada o desmineralizada en el ensayo de sedimentación (hidrómetro). Se coloca el líquido en una probeta de sedimentación y la probeta en un baño de temperatura constante, fija a una de las dos temperaturas que serán usadas. Cuando la temperatura del líquido se vuelva constante, inserte el hidrómetro, y después de un corto intervalo que permita que el hidrómetro alcance la temperatura del líquido, lea el hidrómetro en el tope del menisco formado en el cuerpo. Para el hidrómetro 151H la corrección compuesta es la diferencia entre esta lectura y uno (1); para el hidrómetro 152H es la diferencia entre esta lectura y cero (0). Lleve el líquido y el hidrómetro a la otra temperatura a ser usada, y se establece la corrección compuesta como se indicó anteriormente. 8.
Humedad Higroscópica
8.1 Cuando la muestra es pesada para el ensayo hidrométrico, pese fuera una porción auxiliar de 10 a 15 g en un pequeño contenedor de metal o vidrio, seque la muestra a una masa constante en un horno a 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) y pese de nuevo. Registre las masas. 9.
Dispersión de la muestra de suelo
9.1 Cuando el suelo es mayormente de tamaño arcilloso o limoso, se pesa una muestra de suelo secada al aire de aproximadamente 50 g. Cuando el suelo es mayormente arenoso la muestra debe ser aproximadamente 100 g. 9.2 Se coloca la muestra en el vaso de 250 mL y se le agrega 125 mL de solución de hexametafosfato de sodio (40 g/L). Agite hasta que el suelo este completamente saturado. Dejar remojando por lo menos 16 horas. 9.3 Al final del periodo de remojo, disperse más la muestra, usando los aparatos agitadores A o B. Si el aparato de agitación A es usado, transfiera la muestra del vaso de precipitado ASTM D-422 63 (2007)
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hacia el vaso de dispersión especial mostrada en la Figura 2, lavando cualquier residuo del vaso de precipitado hacia el vaso de dispersión con agua destilada o desmineralizada (Nota 9). Añada agua destilada o desmineralizada, si es necesario, de manera que el vaso esté más de la mitad lleno. Agite por un período de 1 minuto. Nota 9 - Una jeringa de gran tamaño es un dispositivo conveniente para manipular al agua en la operación de lavado. Otros dispositivos incluyen la botella de agua de lavado y una manguera con tobera conectada a un tanque de agua destilada presurizada.
9.4 Si se utiliza el aparato agitador B (Figura 3), saque la cubierta de la tapa y conecte el vaso a una fuente de aire comprimida por medio de una manguera de caucho. Un manómetro de aire debe estar en la línea entre la copa y la válvula de control. Abra la válvula de control de manera que el manómetro indique una presión de 1 psi (7 kPa) (Nota 10). Transfiera la muestra desde el vaso de precipitado al vaso de dispersión por chorro de aire, lavando con agua destilada o desmineralizada. Añada agua destilada o desmineralizada, si es necesario, de manera que el volumen total en el vaso sea 250 mL como máximo. NOTA 10 - La presión de aire inicial de 1 psi es requerida para prevenir que la muestra ingrese a la cámara por chorro de aire cuando la mezcla sea transferida al v aso de dispersión.
9.5 Coloque la cubierta de la tapa sobre el vaso y abra la válvula de control de aire hasta que la presión de aire en el manómetro sea 20 psi (140 kPa). Disperse el suelo de acuerdo al siguiente cuadro: Periodo de Dispersión Minuto 5 10 15
Indice de Plasticidad Debajo de 5 6 a 20 Más de 20
Suelos conteniendo grandes porcentajes de mica, necesitan ser dispersados por solo 1 minuto. Después del periodo de dispersión, reduzca la presión del manómetro de aire a 1 psi preparándolo para transferencia de la muestra a la probeta de sedimentación. 10.
Ensayo del Hidrómetro
10.1 Cualquiera sea el agitador utilizado, luego de transferir la suspensión a la probeta de sedimentación, se completa con agua hasta un volumen total de 1000 mL. 10.2 Usando la palma de la mano (o un tapón de jebe) sobre el extremo superior de la probeta, agite la suspensión con un movimiento de rotación hacia abajo y hacia arriba durante un periodo de 1 minuto hasta completar la agitación del suelo (Nota 11). Al final de 1 minuto coloque la probeta en una ubicación conveniente y tome las lecturas del hidrómetro en los siguientes intervalos de tiempo (medidos desde el comienzo de la sedimentación), o tanto como puede ser necesario, dependiendo de la muestra o la especificación para el material bajo ensayo: 2, 5, 15, 30, 60, 250 y 1440 minutos. Si se usa el baño a temperatura controlada, el cilindro de sedimentación debería ser colocado en el baño entre las lecturas de 2 y 5 minutos. Nota 11 - El número de vueltas durante un minuto debería ser aproximadamente 60, contando la vuelta a adelante y atrás como dos vueltas. Cualquier suelo permaneciendo en el fondo de la probeta durante las primeras vueltas debería ser aflojado mediante vigorosa agitación del cilindro mientras esté en posición invertida.
10.3 Cuando se desee tomar una lectura de hidrómetro, inserte cuidadosamente el hidrómetro en la probeta, a una profundidad aproximada a la que tendrá cuando se haga la lectura con unos 20s a 25s de antelación. Tan pronto como la lectura sea tomada cuidadosamente saque el hidrómetro y colóquelo con un movimiento giratorio en un recipiente graduado de agua destilada o desmineralizada.
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NOTA 12 - Es importante sacar el hidrómetro inmediatamente después de cada lectura. Lecturas serán tomadas en la parte superior del menisco formado por la suspensión alrededor del cuerpo, ya que no es posible asegurar lecturas en el fondo del menisco.
10.4 Después de cada lectura, tome la temperatura de la suspensión insertando el termómetro dentro de la suspensión. 11.
Análisis por Tamizado
11.1 Después de tomar la lectura final del hidrómetro, se transfiere la suspensión a un tamiz Nº 200 (75 µm) y se lava con agua corriente hasta que el agua de lavado sea clara. Se transfiere el material retenido en el tamiz a un vaso de precipitado u otro recipiente adecuado y se seca en horno a 230 ± 9ºF (110 ± 5ºC) efectuándose un análisis por tamizado de la porción retenida, usando tantos tamices como se desee, o se requiera para el material o según la especificación del material bajo ensayo. CALCULOS Y REPORTE 12. mm)
Valores del Análisis por Tamizado para la porción más gruesa que el tamiz Nº 10 (2,00
12.1 Calcular el porcentaje que pasa el tamiz Nº 10 dividiendo la masa que pasa el tamiz Nº 10, por la masa de suelo inicial, y multiplicar el resultado por 100. Para obtener la masa que pasa el tamiz Nº 10, reste la masa retenido en el tamiz Nº 10 de la masa original. 12.2 Para asegurar la masa total de suelo que pasa el tamiz Nº 4 (4.75 mm), añada la masa del material que pasa el tamiz Nº 10 a la fracción de la masa que pasa el tamiz Nº 4 y retenida en el tamiz Nº 10. Para asegurar la masa total de suelo que pasa el tamiz 3/8” (9,5 mm), añada la masa del material que pasa el tamiz Nº 4 a la fracción de la masa que pasa el tamiz de 3/8” y retenida en el tamiz Nº 4. Para los tamices restantes, continúe los cálculos de la misma manera. 12.3 Para determinar el porcentaje total que pasa por cada tamiz, se divide la masa total que pasa el tamiz respectivo (vea 12.2) entre la masa total de la muestra y el resultado se multiplica por 100. 13.
Cálculo para Factor de Corrección de humedad higroscópica
13.1 El factor de corrección por humedad higroscópica es la relación entre la masa de la muestra secada al horno y la masa secada al aire. Es un número menor de uno, excepto cuando no hay humedad higroscópica. 14.
Porcentajes de Suelo en Suspensión
14.1 Calcule la masa secada al horno de suelo usado en el análisis de hidrómetro multiplicando la masa secada al aire por el factor de corrección de humedad higroscópica. 14.2 Calcule la masa total de una muestra representativa por la masa de suelo usada en el ensayo del hidrómetro, dividiendo la masa usada y secada al horno entre el porcentaje que pasa el tamiz Nº 10 (2.00 mm), y multiplicando el resultado por 100. Este valor es el peso W en la ecuación para el porcentaje remanente en suspensión. 14.3 El porcentaje de suelo que queda en suspensión, al nivel al cual el hidrómetro mide la densidad de la suspensión se calcula con la siguiente ecuación (Nota 13): Para hidrómetro 151 H: P = [(100 000/W) x G/(G – G1)](R - G1)
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NOTA 13 - La porción entre corchetes de la ecuación para hidrómetro 151 H es constante para una serie de lecturas y puede ser calculada primero y luego multiplicada por la porción entre paréntesis.
Para Hidrómetro 152H: P = (Ra/W) x 100 (2) Donde: A = Factor de corrección a ser aplicado a la lectura de hidrómetro 152H. (Valores mostrados en la escala son calculados usando una gravedad específica de 2.65. Factores de corrección son dados en la Tabla 1). P = Porcentaje de suelo que permanece en suspensión en el nivel en el cual el hidrómetro mida la densidad de la suspensión. R = Lectura del hidrómetro aplicando la corrección compuesta (sección 7). W = Masa de suelo secada al horno en una muestra representativa total de ensayo por masa de suelo dispersada (vea 14.2), g. G = Gravedad específica de las partículas de suelo, y G1 = Gravedad específica del líquido en el cual las partículas de suelo están suspendidas. Use el valor numérico de uno en ambos casos en la ecuación. En el primer caso cualquier variación posible no produce efecto significante, y en el segundo caso, la corrección compuesta R esta basada en un valor de uno para G1. TABLA 1 Valores del Factor de correcciónα , para diferentes Gravedades Específicas de Partículas de SueloA Gravedad Específica Factor de CorrecciónA 2.95 0.94 2.90 0.95 2.85 0.96 2.80 0.97 2.75 0.98 2.70 0.99 2.65 1.00 2.60 1.01 2.55 1.02 2.50 1.03 2.45 1.05 A Para uso en la ecuación para porcentaje de suelo permaneciendo en Suspensión cuando se use Hidrómetro 152H
15.
Cálculo para determinar el Diámetro de las Partículas de Suelo
15.1 El diámetro de una partícula correspondiente al porcentaje indicado por una lectura dada del hidrómetro será calculado de acuerdo a la Ley de Stokes (Nota 14), sobre la hipótesis de que una partícula de este diámetro estaba en la superficie de la suspensión al comienzo de la sedimentación y se había sedimentado al nivel al cual el hidrómetro mide la densidad de la suspensión. De acuerdo con la Ley de Stokes: vea la Tabla 2. D= Donde: D = N = L
=
T
=
G
=
[30n / 980(G − G1 )] xL / T
Diámetro de partícula, mm, Coeficiente de viscosidad del medio de suspensión (en este caso agua) medido en poises (varía con cambios de temperatura del medio de suspensión). Distancia en centímetros desde la superficie de la suspensión al nivel en el cual la densidad de la suspensión está siendo medida (para un determinado hidrómetro y probeta de sedimentación, los valores varían de acuerdo a las lecturas de hidrómetro. Esta distancia es conocida como profundidad efectiva (vea tabla 2)) Intervalo de tiempo desde el comienzo de la sedimentación a la toma de la lectura, en minutos. Gravedad específica de partículas de suelo.
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G1
=
Gravedad específica (densidad relativa) del medio en suspensión (valor que puede ser usado como 1000 para propósitos prácticos).
NOTA 14 – Ya que la Ley de Stokes considera la velocidad terminal de una sola esfera cayendo en un líquido infinito, los tamaños calculados representan el diámetro de esferas que caerían a la misma velocidad como las partículas de suelo.
TABLA 2 Valores de Profundidad Efectiva Basados en Hidrómetro y Cilindros de Sedimentación de Tamaños Especificados A HIROMETRO 151H HIDROMETRO 152H Lectura Real de Profundidad Lectura Real de Profundidad Lectura Real de Profundidad Hidrómetro Efectiva, L, cm Hidrómetro Efectiva, L, cm Hidrómetro Efectiva, L, cm 1.000 16.3 0 16.3 31 11.2 1.001 16.0 1 16.1 32 11.2 1.002 15.8 2 16.0 33 10.9 1.003 15.5 3 15.8 34 10.7 1.004 15.2 4 15.6 35 10.6 1.005 15.0 5 15.5 1.006 14.7 6 15.3 36 10.4 1.007 14.4 7 15.2 37 10.2 1.008 14.2 8 15.0 38 10.1 1.009 13.9 9 14.8 39 9.9 1.010 13.7 10 14.7 40 9.7 1.011 13.4 11 14.5 41 9.6 1.012 13.1 12 14.3 42 9.4 1.013 12.9 13 14.2 43 9.2 1.014 12.6 14 14.0 44 9.1 1.015 12.3 15 13.8 45 8.9 1.016 12.1 16 13.7 46 8.8 1.017 11.8 17 13.5 47 8.6 1.018 11.5 18 13.3 48 8.4 1.019 11.3 19 13.2 49 8.3 1.020 11.0 20 13.0 50 8.1 1.021 10.7 21 12.9 51 7.9 1.022 10.5 22 12.7 52 7.8 1.023 10.2 23 12.5 53 7.6 1.024 10.0 24 12.4 54 7.4 1.025 9.7 25 12.2 55 7.3 1.026 9.4 26 12.0 56 7.1 1.027 9.2 27 11.9 57 7.0 1.028 8.9 28 11.7 58 6.8 1.029 8.6 29 11.5 59 6.6 1.030 8.4 30 11.4 60 6.5 1.031 8.1 1.032 7.8 1.033 7.6 1.034 7.3 1.035 7.0 1.036 6.8 1.037 6.5 1.038 6.2 A Valores de profundidad efectiva son calculados a partir de la ecuación: L = L1 + ½ [L2 – (VB /A)]
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Donde: L = Profundidad efectiva, cm ASTM D-422 63 (2007)
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L1 = Distancia a lo largo del vástago del hidrómetro desde la parte superior del bulbo a la marca para una lectura de hidrómetro, cm. L2 = Longitud general del bulbo de hidrómetro, cm. VB = Volumen de bulbo de hidrómetro, cm3, y A = Área de sección transversal de cilindro de sedimentación, cm2. Los valores usados al calcular los valores en la Tabla 2 son como sigue: Para ambos hidrómetros, 151H y 152H: L2 = 14.0 cm VB = 67.0 cm3 A = 27.8 cm2 Para hidrómetro 151H: L1 = 10,5 cm para una lectura de 1.000 L1 = 2.3 cm para una lectura de 1.031. Para hidrómetro 152H: L1 = 10.5 cm para una lectura de 0g/litro L1 = 2.3 cm para una lectura de 50 g/litro
15.2 Por conveniencia en los cálculos la ecuación antes mencionada puede ser escrita como sigue: vea la Tabla 3. TABLA 3 Valores de K para el uso en la Ecuación para Calcular el Diámetro de Partícula en el Análisis del Hidrómetro Temperatura, Gravedad Específica de Partículas de suelo ºC 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 16 0.01530 0.01505 0.01481 0.01457 0.01435 0.01414 0.01394 0.01374 0.01356 17 0.01511 0.01486 0.01462 0.01439 0.01417 0.01396 0.01376 0.01356 0.01338 18 0.01492 0.01467 0.01443 0.01421 0.01399 0.01378 0.01359 0.01339 0.01321 19 0.01474 0.01449 0.01425 0.01403 0.01382 0.01361 0.01342 0.1323 0.01305 20 0.01456 0.01431 0.01408 0.01386 0.01365 0.01344 0.01325 0.01307 0.01289 21 0.01438 0.01414 0.01391 0.01369 0.01348 0.01328 0.01309 0.01291 0.01273 22 0.01421 0.01397 0.01374 0.01353 0.01332 0.01312 0.01294 0.01276 0.01258 23 0.01404 0.01381 0.01358 0.01337 0.01317 0.01297 0.01279 0.01261 0.01243 24 0.01388 0.01365 0.01342 0.01321 0.01301 0.01282 0.01264 0.01246 0.01229 25 0.01372 0.01349 0.01312 0.01306 0.01286 0.01267 0.01249 0.01232 0.01215 26 0.01357 0.01334 0.01297 0.01291 0.01272 0.01253 0.01235 0.01218 0.01201 27 0.01342 0.01319 0.01297 0.01277 0.01258 0.01239 0.01221 0.01204 0.01188 28 0.01327 0.01304 0.01283 0.01264 0.01244 0.01255 0.01208 0.01191 0.01175 29 0.01312 0.01290 0.01269 0.01249 0.01230 0.01212 0.01195 0.01178 0.01162 30 0.01298 0.01276 0.01256 0.01236 0.01217 0.01199 0.01182 0.01165 0.01149
D=K
L / T
Donde: K = Constante que depende de la temperatura de la suspensión y la gravedad específica de las partículas de suelo. Los valores de K para una gama de temperaturas y gravedades específicas se muestran en la Tabla 3. Los valores de K no varían para una serie de lecturas que constituyen un ensayo, mientras que valores de L y T varían. 15.3 Los valores de D pueden ser calculados con suficiente precisión, usando una regla deslizante ordinaria de 10 pulgadas. ASTM D-422 63 (2007)
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Nota 15 – El valor de L es dividido entre T usando l as escalas A y B, la raíz cuadrada es indicada en la escala D. Sin afirmar que el valor de la raíz cuadrada pueda ser multiplicado por K, usando ya sea la escala C o CI.
16. mm)
Valores del Análisis por Tamizado para la Porción más Fina que el Tamiz Nº 10 (2.00
16.1 El cálculo de los porcentajes que pasan los diversos tamices usados en el tamizado de la porción de muestra del ensayo del hidrómetro incluye varios pasos. El primer paso es calcular la masa de la fracción que habría sido retenida en el tamiz Nº 10 sino hubiese sido removida. Esta masa es igual al porcentaje total retenido en el tamiz Nº 10 (100 menos el porcentaje total que pasa) por la masa de la muestra total representativa por la masa de suelo usado (como es calculado en 14.2), y el resultado es dividido entre 100. 16.2 Luego calcule la masa total que pasa el tamiz Nº 200. Añada ambas fracciones a las masas retenidas en todos los tamices, incluyendo el tamiz Nº 10, y reste de esta suma la masa de la muestra total (como es calculado en 14.2). 16.3 Luego calcule las masas totales que pasan en cada uno de los otros tamices, de una manera similar a aquella dada en 12.2. 16.4 Calcule finalmente los porcentajes totales que pasan dividiendo la masa total que pasa (como fue calculado en 16.3) entre la masa total de la muestra (como fue calculado en 14.2), y multiplique el resultado por 100. 17.
Gráficos
17.1 Cuando el análisis por hidrómetro sea realizado, se debe realizar un gráfico de los resultados del ensayo, graficando los diámetros de las partículas en escala logarítmica como la abscisa y los porcentajes más pequeños de los diámetros correspondientes en una escala aritmética como la ordenada. Cuando el análisis de hidrómetro no sea hecho sobre una porción del suelo, la preparación del gráfico es opcional, ya que valores pueden ser asegurados directamente desde los datos en una tabla. 18.
Informe 18.1
El informe incluirá lo siguiente:
18.1.1 El tamaño máximo de las partículas 18.1.2 Porcentaje que pasa (o retenido) sobre cada tamiz, el cual pueda ser presentado en una tabla o ploteado en un gráfico (Nota 16). 18.1.3 Descripción de las partículas de arena y grava. 18.1.3.1 Forma – Redondeada o angulosa 18.1.3.2 Dureza – dura o durable, blanda o intemperizada y friable. 18.1.4 Gravedad específica, si es inusualmente alta o baja. 18.1.5 Cualquier dificultad al dispersar la fracción que pasa el tamiz Nº 10 (2,00 mm), indicando cualquier cambio en tipo y cantidad de agente de dispersión. 18.1.6 El dispositivo de dispersión usado y la longitud del período de dispersión. NOTA 16 - Esta tabulación del gráfico representa la gradación de la muestra ensayada. Si partículas más grandes que aquellas contenidas en la muestra fueron removidas antes del ensayo, en el reporte se declarará dando la cantidad y el máximo tamaño.
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18.2 Para materiales ensayados para verificar el cumplimiento de las especificaciones definidas, las fracciones pedidas en tales especificaciones serán reportadas. Las fracciones más pequeñas que el tamiz N°10 serán leídas desde el g ráfico. 18.3 Para materiales para los cuales la conformidad con las especificaciones definidas no sea indicada y cuando el suelo esté compuesto casi en su totalidad de partículas que pasan el tamiz Nº 4 (4,75 mm), los resultados leídos desde el gráfico pueden ser reportados como sigue: (1) (2) (a) (b) (c) (3) (4)
Grava, que pasa 3” y retenida en el tamiz Nº 4 Arena, que pasa el tamiz Nº 4 y retenida en el tamiz Nº 200 Arena gruesa, que pasa el tamiz Nº 4 y retenida en el tamiz Nº 10 Arena media, que pasa el tamiz Nº 10 y retenida en el tamiz Nº 40 Arena fina, que pasa el tamiz Nº 40 y retenida en el tamiz Nº 200. Limo, tamaño de 0,074 a 0,005 mm. Arcilla, tamaño más pequeño que 0.005 mm Coloides, más pequeños que 0.001 mm.
18.4 Para materiales para los cuales la conformidad con especificaciones definidas no sea indicada y cuando el suelo contenga material retenido en el tamiz Nº 4 suficiente para requerir un análisis de tamiz sobre aquella porción, los resultados pueden ser reportados como sigue (Nota 17): ANALISIS POR TAMIZADO Tamaño de tamiz
Porcentaje que pasa -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3” 2” 1½“ 1” ¾“ 3/8” Nº 4 (4.75 mm) Nº 10 (2.00 mm) Nº 40 (425 - µm) Nº 200 (75 - µm )
ANALISIS POR HIDRÓMETRO 0.074 mm 0.005 mm 0.001 mm
-------------------------------------------------------------------
NOTA 17 - Tamices Nº 8 (2.36 mm) y Nº 50 (300 µm) pueden ser sustituidos por los tamices Nº 10 y Nº40.
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19.
Palabras Clave
19.1
Tamaño de grano; análisis por hidrómetro; humedad higroscópica; tamaño de partícula; análisis por tamizado.
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Referencias: ASTM D 422 – 63 (Reapproved 2007) Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.
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CONTROL DE REVISIONES Revisión
Fecha
Elaborado
Revisado
00
2010-03-15
RM/JOCM
RBO
ASTM D-422 63 (2007)
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Aprobado
Descripción de Cambios
Traducción de la norma CSGI-LGC ASTM D 422-63 (Reapproved 2007).
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