Mecanica de suelos i eslage (15 16)

Determinación de la gravedad específica
de los suelos y del llenante mineral
INV E -128
Objetivo:
Este método de ensayo se utiliza para determinar la
gravedad específica de los suelos y del llenante
mineral (filler) por medio de un picnómetro.

Definición:
Gravedad específica.- Es la relación entre la masa de
un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada
y la masa del mismo volumen de agua destilada y
libre de gas, a la misma temperatura.

Universidad del Cauca – Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

Aclaración
Cuando el suelo está compuesto solo de partículas mayores que el tamiz
de 4.75 mm (No.4), se deberá seguir el método de ensayo para determinar
la Gravedad Específica y la Absorción del Agregado Grueso, norma INV
E-223. Cuando el suelo está compuesto por partículas mayores y
menores que el tamiz de 4.75 mm (No.4), se utilizará el método de
ensayo correspondiente a cada porción (normas INV E-222 e INV E-
223). El valor de gravedad específica para el suelo será el promedio
ponderado de los dos valores así obtenidos.
100
Ga promedio =
% Pasa tamiz No. 4 % R etenido tamiz No. 4
+
G1 G2

Cuando el valor de la gravedad específica sea utilizado en cálculos
relacionados con la porción hidrométrica del Análisis Granulométrico de
Suelos (norma INV E-124), la gravedad específica se debe determinar de
la porción de suelo que pasa el tamiz de 2.00 mm (No.10), de acuerdo con
el método que se describe en la presente Norma.


• Equipo:
- Picnómetro con tapón o un frasco volumétrico
con una capacidad mínima de 250ml.
- Equipo para extraer el aire atrapado, que puede
ser una bomba de vacío, capaz de producir un
vacío parcial de 100mm de mercurio (Hg.) o
menos de presión absoluta, o un reverbero o
mechero Bunsen, capaz de mantener una
temperatura suficiente para hervir agua
- Horno, Balanzas, Pipeta, termómetro, desecador,
Caja aislante, embudo, tubo para llenar el
picnómetro
- Tamiz de 4.75 mm (No.4).

Calibración del picnometro
Equilibrio por tres
horas de temperatura
en recipiente aislante.
La temperatura de
equilibrio debe estar
dentro de los 4˚C de
la temperatura
ambiente y entre 15 y
30˚C.

Wa (0.01g), con
Wf (0.01g), con tapón tapón (0.001g)
(0.001g)
Se toma la
temperarura (0.1 °C)

Calibración del picnómetro
Donde:
Wa = Masa del picnómetro más agua a la temperatura de
calibración, g
Wa Ti − W f Wf = Masa promedio del picnómetro seco, g
Vp = δw = Densidad del agua a la temperatura de calibración,
δwTi g/ml (Tabla)
Ti = Temperatura de calibración, ºC

Luego:

δw Tx
Wa Tx = × (Wa Ti − W f ) + W f
δwTi

Donde:
Wa Tx = Masa del picnómetro más el agua a una temperatura x dada, g
δw Tx = Densidad del agua a una temperatura t x dada (g/ml). Tabla 1;


Coeficiente de Coeficiente de Coeficiente de Coeficiente de
Temperatura Densidad Temperatura Temperatura Densidad Temperatura Temperatura Densidad Temperatura Temperatura Densidad Temperatura
(ºC) (g/ml)* (K) (ºC) (g/ml)* (K) (ºC) (g/ml)* (K) (ºC) (g/ml)* (K)
15 0 .9 9 9 1 1.0 0 0 9 16 0 .9 9 8 9 5 1.0 0 0 74 17 0 .9 9 8 78 1.0 0 0 57 18 0 .9 9 8 6 1.0 0 0 3 9

0 .1 0 .9 9 9 0 9 1.0 0 0 8 8 0 .1 0 .9 9 8 9 3 1.0 0 0 72 0 .1 0 .9 9 8 76 1.0 0 0 55 0 .1 0 .9 9 8 58 1.0 0 0 3 7

0 .2 0 .9 9 9 0 7 1.0 0 0 8 7 0 .2 0 .9 9 8 9 1 1.0 0 0 71 0 .2 0 .9 9 8 74 1.0 0 0 54 0 .2 0 .9 9 8 56 1.0 0 0 3 5

0 .3 0 .9 9 9 0 6 1.0 0 0 8 5 0 .3 0 .9 9 8 9 1.0 0 0 8 9 0 .3 0 .9 9 8 72 1.0 0 0 52 0 .3 0 .9 9 8 54 1.0 0 0 3 4

0 .4 0 .9 9 9 0 4 1.0 0 0 8 4 0 .4 0 .9 9 8 8 8 1.0 0 0 6 7 0 .4 0 .9 9 8 71 1.0 0 0 5 0 .4 0 .9 9 8 52 1.0 0 0 3 2

0 .5 0 .9 9 9 0 2 1.0 0 0 8 2 0 .5 0 .9 9 8 8 6 1.0 0 0 6 6 0 .5 0 .9 9 8 6 9 1.0 0 0 4 8 0 .5 0 .9 9 8 5 1.0 0 0 3

0 .6 0 .9 9 9 0 1 1.0 0 0 8 0 .6 0 .9 9 8 8 5 1.0 0 0 6 4 0 .6 0 .9 9 8 6 7 1.0 0 0 4 7 0 .6 0 .9 9 8 4 8 1.0 0 0 2 8

0 .7 0 .9 9 8 9 9 1.0 0 0 79 0 .7 0 .9 9 8 8 3 1.0 0 0 6 2 0 .7 0 .9 9 8 6 5 1.0 0 0 4 5 0 .7 0 .9 9 8 4 7 1.0 0 0 2 6

0 .8 0 .9 9 8 9 8 1.0 0 0 77 0 .8 0 .9 9 8 8 1 1.0 0 0 6 1 0 .8 0 .9 9 8 6 3 1.0 0 0 4 3 0 .8 0 .9 9 8 4 5 1.0 0 0 2 4

0 .9 0 .9 9 8 9 6 1.0 0 0 76 0 .9 0 .9 9 8 79 1.0 0 0 59 0 .9 0 .9 9 8 6 2 1.0 0 0 4 1 0 .9 0 .9 9 8 4 3 1.0 0 0 2 2

19 0 .9 9 8 4 1 1.0 0 0 2 20 0 .9 9 8 2 1 1 21 0 .9 9 79 9 0 .9 9 9 79 22 0 .9 9 777 0 .9 9 9 57

0 .1 0 .9 9 8 3 9 1.0 0 0 18 0 .1 0 .9 9 8 19 0 .9 9 9 9 8 0 .1 0 .9 9 79 7 0 .9 9 9 77 0 .1 0 .9 9 775 0 .9 9 9 54

0 .2 0 .9 9 8 3 7 1.0 0 0 16 0 .2 0 .9 9 8 16 0 .9 9 9 9 6 0 .2 0 .9 9 79 5 0 .9 9 9 74 0 .2 0 .9 9 773 0 .9 9 9 52

0 .3 0 .9 9 8 3 5 1.0 0 0 14 0 .3 0 .9 9 8 14 0 .9 9 9 9 4 0 .3 0 .9 9 79 3 0 .9 9 9 72 0 .3 0 .9 9 77 0 .9 9 9 5

0 .4 0 .9 9 8 3 3 1.0 0 0 12 0 .4 0 .9 9 8 12 0 .9 9 9 9 2 0 .4 0 .9 9 79 1 0 .9 9 9 7 0 .4 0 .9 9 76 8 0 .9 9 9 4 7

0 .5 0 .9 9 8 3 1 1.0 0 0 1 0 .5 0 .9 9 8 1 0 .9 9 9 9 0 .5 0 .9 9 78 9 0 .9 9 9 6 8 0 .5 0 .9 9 76 6 0 .9 9 9 4 5

0 .6 0 .9 9 8 2 9 1.0 0 0 0 8 0 .6 0 .9 9 8 0 8 0 .9 9 9 8 7 0 .6 0 .9 9 78 6 0 .9 9 9 6 6 0 .6 0 .9 9 76 4 0 .9 9 9 4 3

0 .7 0 .9 9 8 2 7 1.0 0 0 0 6 0 .7 0 .9 9 8 0 6 0 .9 9 9 8 5 0 .7 0 .9 9 78 4 0 .9 9 9 6 3 0 .7 0 .9 9 76 1 0 .9 9 9 4

0 .8 0 .9 9 8 2 5 1.0 0 0 0 4 0 .8 0 .9 9 8 0 4 0 .9 9 9 8 3 0 .8 0 .9 9 78 2 0 .9 9 9 6 1 0 .8 0 .9 9 759 0 .9 9 9 3 8

0 .9 0 .9 9 8 2 3 1.0 0 0 0 2 0 .9 0 .9 9 8 0 2 0 .9 9 9 8 1 0 .9 0 .9 9 78 0 .9 9 9 59 0 .9 0 .9 9 756 0 .9 9 9 3 6

23 0 .9 9 754 0 .9 9 9 3 3 24 0 .9 9 73 0 .9 9 9 0 9 25 0 .9 9 70 5 0 .9 9 8 8 4 26 0 .9 9 6 79 0 .9 9 8 58

0 .1 0 .9 9 752 0 .9 9 9 3 1 0 .1 0 .9 9 72 7 0 .9 9 9 0 7 0 .1 0 .9 9 70 2 0 .9 9 8 8 1 0 .1 0 .9 9 6 76 0 .9 9 8 55

0 .2 0 .9 9 74 9 0 .9 9 9 2 9 0 .2 0 .9 9 72 5 0 .9 9 9 0 4 0 .2 0 .9 9 7 0 .9 9 8 79 0 .2 0 .9 9 6 73 0 .9 9 8 52

0 .3 0 .9 9 74 7 0 .9 9 9 2 6 0 .3 0 .9 9 72 3 0 .9 9 9 0 2 0 .3 0 .9 9 6 9 7 0 .9 9 8 76 0 .3 0 .9 9 6 71 0 .9 9 8 5

0 .4 0 .9 9 74 5 0 .9 9 9 2 4 0 .4 0 .9 9 72 0 .9 9 8 9 9 0 .4 0 .9 9 6 9 4 0 .9 9 8 74 0 .4 0 .9 9 6 6 6 0 .9 9 8 4 7

0 .5 0 .9 9 74 2 0 .9 9 9 2 1 0 .5 0 .9 9 717 0 .9 9 8 9 7 0 .5 0 .9 9 6 9 2 0 .9 9 8 71 0 .5 0 .9 9 6 6 5 0 .9 9 8 4 4

0 .6 0 .9 9 74 0 .9 9 9 19 0 .6 0 .9 9 715 0 .9 9 8 9 4 0 .6 0 .9 9 6 8 9 0 .9 9 8 6 8 0 .6 0 .9 9 6 6 3 0 .9 9 8 4 2

0 .7 0 .9 9 73 7 0 .9 9 9 17 0 .7 0 .9 9 712 0 .9 9 8 9 2 0 .7 0 .9 9 6 8 7 0 .9 9 8 6 6 0 .7 0 .9 9 6 6 0 .9 9 8 3 9

0 .8 0 .9 9 73 5 0 .9 9 9 14 0 .8 0 .9 9 71 0 .9 9 8 8 9 0 .8 0 .9 9 6 9 4 0 .9 9 8 73 0 .8 0 .9 9 6 57 0 .9 9 8 3 6

0 .9 0 .9 9 73 2 0 .9 9 9 12 0 .9 0 .9 8 70 7 0 .9 9 8 8 7 0 .9 0 .9 9 6 8 1 0 .9 9 8 6 0 .9 0 .9 9 6 54 0 .9 9 8 3 3

27 0 .9 9 6 52 0 .9 9 8 3 1 28 0 .9 9 6 2 4 0 .9 9 8 0 3 29 0 .9 9 59 5 0 .9 9 774 30 0 .9 9 58 5 0 .9 9 74 4

0 .1 0 .9 9 6 4 9 0 .9 9 6 2 8 0 .1 0 .9 9 6 2 1 0 .9 9 8 0 .1 0 .9 9 59 2 0 .9 9 771 0 .1 0 .9 9 56 2 0 .9 9 74 1

0 .2 0 .9 9 6 4 6 0 .9 9 8 2 5 0 .2 0 .9 9 6 18 0 .9 9 79 7 0 .2 0 .9 9 58 9 0 .9 9 76 8 0 .2 0 .9 9 559 0 .9 9 73 8

0 .3 0 .9 9 6 4 3 0 .9 9 8 2 2 0 .3 0 .9 9 6 15 0 .9 9 79 4 0 .3 0 .9 9 58 6 0 .9 9 76 5 0 .3 0 .9 9 556 0 .9 9 73 5

0 .4 0 .9 9 6 4 1 0 .9 9 8 2 0 .4 0 .9 9 6 12 0 .9 9 79 1 0 .4 0 .9 9 58 3 0 .9 9 76 2 0 .4 0 .9 9 553 0 .9 9 73 2

0 .5 0 .9 9 6 3 8 0 .9 9 8 17 0 .5 0 .9 9 6 0 9 0 .9 9 78 8 0 .5 0 .9 9 58 0 .9 9 759 0 .5 0 .9 9 55 0 .9 9 72 9

0 .6 0 .9 9 6 3 5 0 .9 9 8 14 0 .6 0 .9 9 6 0 7 0 .9 9 78 5 0 .6 0 .9 9 577 0 .9 9 756 0 .6 0 .9 9 54 7 0 .9 9 72 6

0 .7 0 .9 9 6 3 2 0 .9 9 8 11 0 .7 0 .9 9 6 0 4 0 .9 9 78 3 0 .7 0 .9 9 574 0 .9 9 753 0 .7 0 .9 9 54 4 0 .9 9 72 3

0 .8 0 .9 9 6 2 9 0 .9 9 8 0 8 0 .8 0 .9 9 6 0 1 0 .9 9 78 0 .8 0 .9 9 571 0 .9 9 75 0 .8 0 .9 9 54 1 0 .9 9 72

0 .9 0 .9 9 6 2 7 0 .9 9 8 0 6 0 .9 0 .9 9 59 8 0 .9 9 777 0 .9 0 .9 9 56 8 0 .9 9 74 7 0 .9 0 .9 9 53 8 0 .9 9 716

dwti (g/ml) = dwtx WaTi (g) =
Wf (g) Tx (°C) WaTx (g)
19° C (g/ml) 19° C
0.99841 45.40 15.0 0.9991 544.61 544.955
0.99841 45.40 16.0 0.99895 544.61 544.880
0.99841 45.40 17.0 0.99878 544.61 544.795
0.99841 45.40 22.0 0.99777 544.61 544.290
0.99841 45.40 23.0 0.99754 544.61 544.175
0.99841 45.40 24.0 0.9973 544.61 544.055

545.100
545.000
544.900
544.800
544.700
WaTx (g)

544.600
544.500
544.400
544.300
544.200
544.100
544.000
14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0
Tx (°C)


Preparación de la muestra
La muestra de suelo se puede
ensayar con su humedad
natural, o puede secarse al
horno; sin embargo, algunos
suelos, principalmente
aquellos que tienen un alto
contenido de materia orgánica,
son muy difíciles de
rehumedecer después de que
se han secado al horno.


Tamaño de la muestra. La muestra de ensayo compuesta
por partículas menores de 4.75 mm debe tener un
tamaño mínimo, de acuerdo con tabla siguiente.

Masa seca del especímen Masa seca del especímen
(g), usando un picnómetro (g), usando un picnómetro
Tipo de suelo de 250 ml de 500 ml
SP, SP-SM 60 ± 10 100 ± 10
SP-SC, SM, SC 45 ± 10 75 ± 10
Limo o Arcilla 35 ± 5 50 ± 10

Cuando el valor de la gravedad específica va a ser
empleado en cálculos relacionados con el análisis
granulométrico por hidrómetro (norma INV E-124),
deberá determinarse para la fracción de suelo que va a
ser usada en el análisis por hidrómetro o para otros fines
,generalmente la porción pasante del tamiz No.200


Procedimiento de ensayo
Agua destilada y desaireada

En algunos casos, puede ser
necesario el empleo de otros
líquidos, como el Kerosene,
para el análisis de suelos que
contienen sales solubles en
agua. Si el ensayo se realiza
con algún líquido distinto al
agua destilada, el picnómetro
se deberá calibrar utilizando el
mismo líquido.

Desaireación:
- Por calor la operación de debe
realizar durante, por lo menos, 2 horas
después de que la lechada comience a
hervir.
- Por Bomba de vacío, el picnómetro
se debe agitar continuamente bajo
vacío por lo menos por dos horas. El
vacío debe permanecer relativamente
constante y ser suficiente para causar
burbujas al comienzo del proceso de
aspiración de aire.


Si se usa una combinación de calor y vacío
los picnómetros se pueden colocar en un baño
de agua tibia (a no más de 40˚C) durante la
aplicación del vacío. El nivel de agua en el
baño debe estar ligeramente por debajo del
nivel de agua en el picnómetro. La duración
de la combinación de vacío y calor debe ser
por lo menos de una hora, después de que
comienza el hervor. La lechada debe agitarse
cuanto sea necesario para evitar que el suelo
se seque y se pegue al picnómetro.


Llenado y enrase del
picnómetro

Se mide y anota la masa del
picnómetro con suelo y
agua, (Wb), con una
aproximación de 0.01g,
usando la misma balanza
utilizada para la calibración
del picnómetro.

Determinación de la
temperatura del
Picnómetro
(aproximación a
0.1˚C, Tx)


Determinación de la masa del suelo seco. Se
determina la masa de un recipiente con una
aproximación de 0.01g. Se transfiere la lechada
de suelo al recipiente. Es imperativo transferir
la totalidad del suelo. Se puede añadir agua
para lavar completamente el picnómetro. Se
seca el espécimen hasta obtener una masa
constante en un horno a 110 ± 5˚C y se enfría
en un desecador. Si el recipiente puede cerrarse
de manera que el suelo no pueda absorber agua
durante el enfriamiento, no se requerirá el
desecador. Se mide la masa seca de los sólidos
de suelo más el recipiente con aproximación a
0.01g, usando la misma balanza utilizada en las
anteriores determinaciones de masa. La masa
seca del suelo será Ws .


Calculos
Ws × K
Gs 20 º C =
Ws + Wb − Wa

Donde:

K = Factor de corrección basado en la densidad del agua a 20°C, para
expresar la gravedad específica a 20°C, K=(δwTx/δw20˚C). Ver Tabla.
Wa = Masa del picnómetro más agua a la temperatura del ensayo de
gravedad específica (tx), en gramos.
Ws = Masa del suelo seco (g) y
Wb = Masa del picnómetro + agua + suelo (g), a la temperatura de
ensayo.


Ejercicio ensayo de Gravedad
especifica INV E-128


Práctica relaciones volumetricas y
gravimetricas (No es un ensayo)
Objetivo: El estudiante conceptualize y experimente
con las relaciones volumtricas y gravimetricas vistas
en clase.
Definiciones:
Relaciones volumétricas: relación volumen a
volumen.
Relaciones gravimétrica: relación peso a peso.


Práctica relaciones volumetricas y gravimetricas
Composición del suelo
Fase Gaseosa
Vacios en el suelo
Fase Liquida (de solidos)

Fase Solida Párticulas del suelo
(Granos y láminas)

Masa del suelo (m [g,Kg]), Peso del suelo (W=m.a [N,KN]), {Wd
(dry), Wm (moisture), Wsat (saturated)}, Peso de solidos (Ws),
Peso del agua (Ww).
Volumen del suelo (cm3,m3), Vv(Volumen vacios), Vs (Volumen
de solidos),Vw (Volumen de agua),Va (Volumen de aire)

Relaciones de fases
Ecuaciones básicas
W = Ws + Wa
V = Vs + Vv
Vv = Vw + Va

m  kg g 
ρ =  3 , 3
v  m cm 
γs γ = ρ .g
Gs =
γw
W  KN N 
γ =  3 , 3
V  m cm 


Relaciones de fases
Ecuaciones
Ws  KN  Vv
γs = Vv e=
Vs  m 3 
  n=
Vs
V
Ws  KN 
γd =
V  m3 
  w=
Ww Ww
Ws w(%) = .100
Ws
W  KN 
γm =  m3 
V   w Vw
Sr = =
Wsat  KN  wmax Vv
γsat = γw
V  m3 
  wmax =e
γs


Equipo:


El recipiente se debe tarar en
Procedimiento: peso y volumen (Pvaso,
Vvaso=Vtotal), la tara en
volumen con peso de agua y
temperatura

Se obtiene el peso seco de
los solidos (Ws)


Se obtiene el peso de
los vacios, que estan
totalmente saturados
con agua, se toma la
temperatura del agua
para transformar
pesos en volumes


Ejercicio relaciones volumetricas
y gravimetricas


Práctica masas unitarias o pesos unitarios
(ASTM D 2937-71)
• Objetivo: Determinar el peso unitario que posee el
suelo en su estado natural (in situ), con su
humedad natural o en su estado seco, siendo estas
caracteristicas importantes para su estudio y
diseño.
• Definición:
Peso unitario: Es la cantidad de peso que existe
por unidad de volumen de una estructura de
suelo.
• Muestra: Deberá ser inalterada


Relaciones de fases
Ecuaciones básicas
m  kg g  W  KN N  Ws  KN 
ρ =  3 , 3 γ=  m 3 , cm3  γs =
v  m cm  V   Vs  m 3 
 
Ws  KN  W  KN  Wsat  KN 
γd = γm =  3  γ sat =
V  m3 
  V m  V  m3 
 
Ww Ww
w= w(%) = .100
Ws Ws

γm
γd = γ m = γ d (1 + w)
(1 + w)


Preparación de la muestra
(método geometrico):


Método geometrico

- La muestra debe ser muy
regular, en su forma.
- Se obtiene el peso de la
muestra con su humedad
natural. (Se obtendra un
testigo de muestra para
obtenerla)


Se toman las dimensiones
de la muestra, tres
diametros (tomadas en las
tres divisiones internas
resultantes de dividir la
muestra imaginariamente
en cuatro partes) y tres
alturas, separadas 120°
cada una

120°

Con las medidas
obtenemos el
volumen

Método Físico por
desplazamiento

Se obtiene el peso de la muestra Se coloca la muestra en
con su humedad natural. (Se un recipiente de
obtendra un testigo de muestra volumen conocido (ej:
Beaker 500 cc)
para obtenerla)Facultad de Ingeniería Civil – Mec. Suelos I (Geotecnología) – Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco
Universidad del Cauca –

Se deberá colocar en
una probeta el mismo
volumen del recipiente
anterior de pero con
agua. Se empieza a
llenar el Beaker


Se obtiene el volumen de
la muestra por
desplazamiento

El volumen de la
muestra irregular es el
que queda en la
probeta

Se verifica que la
muestra es
impermeable y
que no fue
afectada por la
inmersión
volviendola a
pesar, la
diferencia con su
peso inicial no
debe diferir en
más de 2g .


Tipos de muestras


Método Físico por Se obtiene el peso de la muestra
desplazamiento, con su humedad natural. (Se
obtendra un testigo de muestra
utilizando parafina para obtenerla)


Se parafina la muestra, y se vuelve
a pesar para obtener el peso de la
parafina adherida, el peso unitario
de la parafina es de 9.2 KN/m3
(0.92 g/cm3), con esto podemos
encontrar el vomuen adherido


Se realiza un procedimiento
analogo al anterior


o uno por desplazamiento dentro
de la probeta, para encontrar el
volumen de la muestra mas
parafina, habrá que quitar la de la
parafina para encontrar el
volumen de la muestra.

Ecuaciones
Con los pesos y volumenes
encontrados encontramos las
masas y pesos uniatrios.
Ws  KN 
γd =
V  m3 
 
Ww Ww
W  KN  w= w(%) = .100
γm = Ws Ws
V  m3 
 


Ejercicio relaciones masas
unitarias o pesos unitarios


Determinación de la masa unitaria
máxima y mínima para el cálculo de la
densidad relativa INV E-136
Objetivo: Este método tiene por objeto especificar el
procedimiento que se deberá seguir para determina la
masa unitaria mínima y la masa unitaria máxima de
una arena seca, no cementada, que pase en su
totalidad por el tamiz No 4 (4.76 mm) y que no
contenga más de un 10% del material que pase por el
tamiz No. 200 (0.075 mm).


Definiciones
Masa unitaria mínima o peso unitario mínimo seco (ρdmín o γdmín). - Se define como
aquella que se obtiene con este método de ensayo, en el que se trata de evitar tanto la
segregación como el apelmazamiento de las partículas de la arena y que esta asociada al
grado más suelto de compactación o acomodo del suelo.
Relación de vacíos máxima (emáx). - Es la relación de vacíos de referencia, asociada a la
masa unitaria mínima.
Masa unitaria máxima o peso unitario máximo (ρdmáx o γdmáx). – Se define como aquella
que alcanza la arena cuando se la compacta en estado seco con una energía por unidad de
volumen de 5500 J/dm3, y que esta asociada al grado más denso de compactación o acomodo
del suelo.
Relación de vacíos mínima(emín). - Es la relación de vacíos de referencia, asociada a la masa
unitaria máxima.
Densidad relativa (Dr(%)). - Es la relación expresada como un porcentaje, de la diferencia
entre la máxima relación de vacíos y cualquier relación de vacíos característica de los suelos,
que permiten drenaje libre o que son no cohesivos, con respecto a la diferencia. entre la
máxima relación de vacíos y la mínima relación de vacíos
Índice de masa unitaria o índice de peso unitario. (Id) - Es la relación expresada como un
porcentaje, de la diferencia entre cualquier masa unitaria o peso unitario característico de los
suelos, que permiten drenaje libre o que son no cohesivos, y la mínima masa unitaria o peso
unitario de este mismo, con respecto a la diferencia entre la máxima masa unitaria o peso
unitario y la mínima masa unitaria o peso unitario.

Un martillo con un pistón de 4.54 kg ± 0.01 kg y una altura de
caída controlada de 457 mm ± 2 mm, accionada a mano o mediante
un compactador mecánico. La base plana sobre la que ha de
golpear el pistón del martillo, que será solidaria con la varilla de
guía de la maza, tendrá 98,4 mm de diámetro, y espesor 12,7 mm,
similar al utilizado en la noma de ensayo I.N.V. E – 748,
“Resistencia de mezclas bituminosas empleando el aparato
Marshall”.

Un molde de 102 mm (4") con una
capacidad de 943 ± 8 cm3 (1/30
pie3) con un diámetro interior de
101.6 ± 0.406 mm (4 ±0.016") y
una altura de 116.43 ± 0.127 mm
(4.584 ± 0.005"), con su
respectivo collar de extensión

Calibración del molde

• En la determinación de las dos masas o
pesos unitarios, máximo y mínimo, se
deberá obtener el volumen real del
recipiente (V) en cm3, mediante tres
medidas de su altura y diámetro con un
calibrador, o mediante un método que Volumen de agua por
se considera mejor; consiste en llenar el Temperatura (°C)
3
gramo (cm /g)
molde completamente con agua y 15
16
1.0009
1.00106
enrasar con una placa de vidrio, luego 17 1.00122
de esto tomar el peso de agua que 18
19
1.0014
1.00129
queda dentro del molde, se deberá 20 1.0018
21 1.00201
tomar la temperatura de esta, y se 22 1.00223
multiplicará el valor del peso del agua 23 1.00246
24 1.00271
obtenido por el valor del volumen del 25 1.00296
agua por gramo de acuerdo a la 26
27
1.00322
1.0035
temperatura leída. 28 1.00378
29 1.00407
30 1.00437

Procedimiento emáx:


Se enrasa y se obtiene
el peso de los solidos


Procedimiento emín:


Se compactará la muestra en el molde
con el collar de extensión en cinco
capas aproximadamente iguales,
aplicando a cada una de las capas 50
golpes del martillo desde la altura ya
indicada. La última tongada
compactada entrará unos 10 mm en el
collar de extensión. Durante la
compactación se deberá colocar el
molde sobre una base solida de
concreto cuya masa no sea inferior a
90 Kg., para que no amortigüe los
golpes


La última tongada
compactada entrará unos
10 mm en el collar de
extensión


Calculos
m  kg g  W  KN N 
ρ =  3 , 3 γ =  3 , 3
v  m cm  V  m cm 
e −e ρ dmáx ( ρ d − ρ dmín )
Dr (%) = máx .100 Dr (%) = .100
emáx − emín ρ d ( ρ dmáx − ρ dmín )

γ dmáx (γ d − γ dmín )
Dr (%) = .100
γ d (γ dmáx − γ dmín )

ρ d − ρ dmín γ d − γ dmín
I d (%) = .100 I d (%) = .100
ρ dmáx − ρ dmín γ dmáx − γ dmín

Ejercicio determinación de la
masa unitaria máxima y mínima
para el cálculo de la densidad
relativa


Determinación en laboratorio del contenido de
agua (humedad) de suelo, roca y mezclas de
suelo-agregado INV E – 122
Objetivo:
Este método cubre la determinación de laboratorio
del contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y
mezclas de suelo-agregado por peso.
Definición:
El contenido de agua del material se define como la
relación, expresada en porcentaje, entre la masa de
agua que llena los poros o "agua libre", en una masa
de material, y la masa de las partículas sólidas de
material. Ww Ww
w= w(%) = .100
Ws Ws

Equipo
• Horno – controlado termostáticamente, preferiblemente de tiro
forzado y que mantenga una temperatura uniforme de 110 ±
5°C (230 ± 9°F) en toda la cámara de secado.
• Balanzas – que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras
que tengan una masa de 200 g o menos; y ± 0.1 g para muestras
que tengan una masa por encima de 200g.
• Recipientes – Vasijas apropiadas hechas de un material
resistente a la corrosión y a cambios en su masa al ser sometidas
a repetidos calentamientos y enfriamientos y a operaciones de
limpieza.
Para muestras con masa menor o próxima a 200 g, se usarán
recipientes con tapas de cierre hermético; mientras que para
muestras de masa mayor que 200 g se usarán recipientes sin
tapa. Se necesita un recipiente para cada determinación del
contenido de agua.

Muestra
• Se debera garantizar que la muestra sea representativa y adecuadamente tomada.
• Las muestras que estén almacenadas, antes del ensayo, en recipientes no
corrosivos y herméticos, se deben mantener a una temperatura entre 3 y 30°C y
en un área en la cual no tengan contacto directo con la luz solar (cuarto oscuro).
Las muestras alteradas que se encuentren en otros recipientes deberán ser
almacenadas de manera de prevenir o minimizar la condensación de humedad en
las paredes internas de los recipientes.
• La determinación del contenido de agua se deberá hacer tan pronto como sea
posible después de la preparación de la muestra, especialmente si se usan
recipientes potencialmente oxidables (como tubos de acero de pared delgada,
latas de pintura, etc) o bolsas plásticas.
• La masa mínima de material húmedo seleccionada para ser representativa del
total de la muestra deberá estar de acuerdo con lo siguiente:
Masa mínima de espécimen Masa mínima de espécimen
Tamaño máximo
Tamaño de tamiz húmedo para prueba de húmedo para prueba de
de partícula
estándar contenido de agua, reportado contenido de agua, reportado
(pasando 100%
a ± 0.1% a ± 1%
2 mm o menos No. 10 20 g 20g
4.75 mm No. 4 100 g 20g
9.5 mm 3/8 " 500 g 50g
19.0 mm 3/4 " 2.5 kg 250g
37.5 mm 1½" 10 kg 1kg
75.0 mm 3" 50 kg 5kg

Procedimiento
• Se determina y registra la masa de un recipiente limpio y seco (y su tapa, si ella
se usa), wc.
• Se coloca la muestra húmeda en el recipiente; se coloca la tapa firmemente en
posición, si procede, y se determina el peso del recipiente con la muestra de
material, usando una balanza apropiada. Se anota este valor, w1.
• Se retira la tapa (si fue usada) y se coloca el recipiente con el material húmedo
en el horno para secar el material hasta obtener una masa constante. El horno
secador se mantiene a una temperatura de 110 ± 5ºC, a no ser que se
especifique otra cosa. El tiempo requerido para obtener una masa
constante depende del tipo de material, tamaño del espécimen, tipo de horno y
su capacidad, y otros factores. Para facilitar el secado al horno de muestras de
ensayo muy grandes, éstas deben ser colocadas en recipientes que tengan un
área superficial amplia (como una bandeja) y el material separado en pequeños
grupos. En la mayoría de los casos, el secado de una muestra durante la noche
(16 horas), es suficiente. En los casos donde existan dudas concernientes a lo
adecuado del procedimiento de secado, éste se debe continuar hasta que el
cambio de masa, después de dos períodos de secamiento consecutivos
(mayores de 1/2 h), sea insignificante (menor al 0.1%). Las muestras de arena
se pueden secar frecuentemente a una masa constante en un periodo de 4 horas.


Procedimiento
Debido a que algunos materiales secos pueden absorber humedad de
especímenes húmedos, aquellos deben ser retirados antes de colocar éstos en
el horno. Sin embargo, este requerimiento no será necesario si los especímenes
secos van a permanecer en el horno por un período de secado adicional de 16
horas.
• Después de que el material se haya secado a masa constante, se remueve el
recipiente del horno y se le coloca la tapa. Se permite que el material y el
recipiente se enfríen a la temperatura ambiente. Se determina la masa del
recipiente y de la muestra secada en el horno usando la misma balanza que usó
en las operaciones descritas anteriromente. Se registra este valor, w2.
Si el recipiente no tiene tapa, el material se pesa después de enfriarlo en un
desecador. Es recomendable el enfriamiento en un desecador, ya que se
previene absorción de humedad proveniente de la atmósfera durante dicho
proceso.


Cálculos
• Se calcula el contenido de agua del material así:

W1 − W2 Ww
w = × 100 = × 100
W2 − Wc Ws

Donde:
W1 : Peso del recipiente mas muestra humeda
W2 : Peso del recipiente mas muestra seca
Wc : Peso del recipiente


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