TTULO

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

normaespaola

UNE 103 102

ICS 93.020 Junio 1995

Anlisis granulomtrico de suelos finos por sedimentacin

Mtodo del densmetro

Particle size analysis of a fine soil by sedimentation. Densimeter Method.

Analyse granulometrique des sols fines par sedimentation. Mthode du densimetre.

Esta Norma Espaola ha sido elaborada por el comit tcnico AEN/CTN 103Geotecnia cuya Secretara desempea MOPTMA.

Editada e impresa por AENORDepsito legal: M 20665:1995

AENOR 1995Reproduccin prohibida

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

Fernndez de la Hoz, 52 Telfono (91) 310 48 5128010 MADRID-Espaa Telefax (91) 310 36 95

15 Pginas

Grupo 8

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN

Esta norma tiene por objeto especificar el mtodo para determinar cuantitativamente la distribucin de tamaos departculas de un suelo, supuestas esfricas, desde 80 m hasta 2 m, utilizando para ello el mtodo del densmetro.

2 NORMAS PARA CONSULTA

UNE 7 050-2 Tamices de ensayo. Telas metlicas, chapas perforadas y lminas electroformadas. Medidas nomi-nales de las aberturas.

UNE 103 101 Anlisis granulomtrico de suelos por tamizado.

UNE 103 300 Determinacin de la humedad de un suelo mediante secado en estufa.

UNE 103 302 Determinacin de la densidad relativa de las partculas de un suelo.

3 APARATOS Y MATERIAL NECESARIO

Densmetro

Se debe utilizar un densmetro con el bulbo en forma de torpedo (vase figura 1), de vidrio resistente a los agen-tes qumicos, tratado trmicamente para eliminar posibles tensiones internas y sin defectos de forma apreciables asimple vista.

El vstago del densmetro y el bulbo, deben tener seccin circular y ser simtricos con respecto al eje vertical,evitando un cambio brusco de seccin en la zona de unin entre ambos.

Debe flotar para todo el rango de valores de medida, mantenindose con una desviacin respecto a la vertical,inferior a 1,5.

Las divisiones de la escala y los valores numricos deben estar claramente marcados, sin irregularidades en elespaciado, correspondiendo el intervalo entre dos divisiones consecutivas a 0,0005 g/ml.

La escala de medida debe abarcar desde 0,9950 g/ml hasta 1,0300 g/ml.

Probetas graduadas

Deben ser de vidrio, sin boquilla para vertido, de paredes paralelas, seccin recta constante en toda su longitudque debe ser mayor de 380 mm, con capacidad de 1 000 ml, y graduada de 100 ml en 100 ml. El dimetro inte-rior deber ser, cuando menos, el doble del dimetro del bulbo del densmetro.

Termmetro

Debe tener la escala graduada desde 0 C hasta 50 C, con una precisin de 0,5 C.

Agitador mecnico o batidora

Debe disponer de un motor elctrico capaz de suministrar a una varilla agitadora una velocidad superior a10 000 r.p.m. (revoluciones por minuto), sin carga. La varilla agitadora debe llevar en su extremo inferior una paletao hlice reemplazable, de metal, plstico o goma dura, con la forma y dimensiones que aparecen en la figura 2 (a).La longitud de la varilla de agitacin debe ser tal que su extremo inferior est entre 19 mm y 38 mm del fondo delvaso de agitacin. Adems debe disponer de un vaso especial de agitacin, con el diseo que aparece en la figura2 (b), donde se efectua la dispersin del suelo.

Tamiz de 0,080 mm Norma UNE 7 050-2.

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Balanza de capacidad suficiente, con una precisin de 0,01 g.

Opcionalmente, una centrfuga o equipo para filtrado por vaco, para separar las partculas de suelo una vez fi-nalizados los tratamientos previos para eliminar la materia orgnica y los carbonatos.

Estufa de desecacin, con temperatura regulable hasta 115 C.

Cronmetro con precisin de 1 s.

Desecador, con gel de slice o cloruro clcico y placa separadora.

Dispositivo para control de temperatura

El ensayo se debe realizar a una temperatura comprendida entre 15 C y 25 C, con una variacin mxima sobreel valor elegido de 1 C. Se puede utilizar indistintamente, una sala con control de temperatura o un baotermosttico siempre que cumpla con los valores antes indicados.

En el primer caso la sala debe tener un dispositivo calibrado para el registro continuo de la temperatura, mientrasque en el segundo, se debe prestar especial atencin al hecho de que el agitador del bao no produzca ningunavibracin.

Vaso de precipitados y erlenmeyer.

Frasco lavador

Hexametafosfato sdico en solucin de 40 g/l1).

Agua oxigenada (20 volmenes)2).

cido clorhdrico (0,2 N)3).

Material general de laboratorio

4 MEDIDAS, CALIBRACIONES Y CORRECCIONES DEL DENSMETRO

Antes de proceder a la utilizacin de un densmetro se debe medir, calibrar y determinar las correcciones que pos-teriormente se van a utilizar en el clculo.

4.1 Lectura del valor de la densidad

Para la realizacin de todas las operaciones y de los clculos que se describen a continuacin, se utiliza como valorde la densidad, Rh, el ledo en el vstago del densmetro, R'h, menos uno y multiplicado por 1 000:

Rh = (R'h - 1) 1 000

NOTA Un valor ledo en el vstago de 1,015, se debe anotar como 15.

1) Esta solucin es inestable por lo que se debe preparar de nuevo cada mes.

2) Slo si se trata previamente la muestra para eliminar la materia orgnica.

3) Slo si se trata previamente la muestra para eliminar los carbonatos.

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4.2 Volumen del bulbo del densmetro

El volumen del bulbo del densmetro, se puede obtener por dos procedimientos. En el primero se toma una de lasprobetas graduadas y se enrasa con agua destilada en una divisin exacta. Se lee y anota esa medida. Despus seintroduce con cuidado el densmetro hasta el nivel superior del bulbo, experimentando el agua un aumento de nivelhasta una medida superior a la anterior. Se lee y anota dicha medida. El volumen del bulbo del densmetro es ladiferencia entre las dos medidas y se expresa en ml.

En el segundo, se determina la masa del bulbo del densmetro con una precisin de 0,01 g y se expresa la masaobtenida como el volumen en ml1).

4.3 Calibrado de la escala del densmetro (Vase figura 3)

Se toma una de las probetas graduadas del equipo y se mide la distancia L, expresada en mm, entre las divisionescorrespondientes a 100 ml y 1 000 ml.

El rea de la seccin recta de la probeta, A, es el cociente 900/L expresado en mm2.

Segn se indica en la figura 3, se miden las distancias d7, d6, ..., di, ... d1, empezando por el extremo superior,entre cada una de las divisiones del cuello del densmetro y la ms prxima al bulbo, y se expresan en mm.

Se mide la distancia N, desde la ltima divisin hasta el cuello del bulbo, y se expresan en mm.

La distancia Hi, correspondiente a cada di, es igual a la suma de las distancias medidas ms N, es decir (N+di),donde i vara desde 1 hasta 7.

Se mide la distancia h, en mm, desde el cuello del bulbo del densmetro hasta su extremo (vase figura 3).

Se calcula el valor de las profundidades efectivas Hri, en mm, correspondientes a cada una de las divisiones Rh delcuello del bulbo del densmetro, mediante la expresin:

donde

Hi es la distancia entre el cuello del bulbo del densmetro y cada una de las divisiones correspondientes expresa-das en mm;

h es la longitud del bulbo del densmetro, en mm;

V es el volumen del bulbo, determinado segn se ha indicado en el apartado 4.2 y expresado en ml;

A es la seccin recta de la probeta, determinada segn se ha descrito al principio de este aparato 4.3.

Se representa en una grfica la relacin entre Rh en abscisas y Hri en ordenadas. Su representacin es aproximada-mente una lnea recta dentro del rango de medidas usado. Se podra determinar Hri por medios analticos, una vezconocida la ecuacin de la recta.

1) En la prctica, los errores cometidos en ambos procedimientos pueden despreciarse.

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4.4 Correccin por menisco cm

Una de las dos probetas utilizadas en el ensayo se llena de agua destilada hasta aproximadamente las partes de sucapacidad, y se introduce en ella el densmetro.

Partiendo de un plano inferior al nivel del agua en la probeta, se va levantando la visual hasta que se consiga que lasuperficie de interseccin en la parte inferior del menisco se vea como una lnea y se anota el valor que esta visualintercepta en la escala del densmetro.

Colocando la visual ligeramente sobre el plano de la superficie del lquido, se determina el punto donde el lmitesuperior del menisco corta a la escala del densmetro. Se anota ese valor.

La correccin por menisco es la diferencia entre ambos valores.

4.5 Correccin por temperatura ct

Esta correccin se aplica si la temperatura de la suspensin difiere de 20 C, segn los valores incluidos en la ta-bla 1.

4.6 Correccin por dispersante cd

Se llena con agua destilada una de las probetas utilizadas en el ensayo hasta aproximadamente las partes de sucapacidad. Se introduce el densmetro y se efectua la lectura correspondiente.

Se retira el densmetro, se vaca la probeta, y se llena seguidamente con la solucin de agua y dispersante que seutilice en el ensayo, hasta la misma altura que antes, aproximadamente. Se introduce el densmetro y se efectua denuevo la lectura correspondiente. La diferencia entre ambas lecturas, cd, es el valor de la correccin que se debeintroducir por causa del dispersante.

Esta operacin se debe realizar a la misma temperatura que el ensayo.

4.7 Calibracin de las probetas graduadasAntes de utilizar por primera vez una probeta, se debe realizar una verificacin del valor de la seccin recta a lolargo de su altura. El valor de sta en cualquier plano horizontal debe ser tal que verifique:

0,99 Am A 1,01 Am

donde

A es el valor de la seccin recta, obtenido en cualquier plano horizontal a lo largo de su altura, por medio delprocedimiento descrito en el apartado 4.3;

Am es el valor medio de las determinaciones realizadas, que no deben ser inferior a cuatro.

5 PREPARACIN DE LA MUESTRA

5.1 Obtencin del material

Si se quiere realizar la granulometra completa del material, incluyendo el proceso por tamizado definido en la Nor-ma UNE 103 101, se procede segn se indica en la citada norma.

Si por el contrario se realiza nicamente el anlisis granulomtrico por sedimentacin, se procede de la forma si-guiente:

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Se seca una porcin representativa de la muestra de suelo, al aire, en estufa o por medio de secadores con circula-cin de aire fro o caliente, pero siempre a menos de 60 C, hasta que se pueda deshacer por medio del mortero omazo de goma. Se tamiza por el 2,00 mm Norma UNE 7 050-2. De la fraccin que pasa, se apartan mediante cuar-teo unos 150 g. De esta cantidad se toman unos 20 g para calcular la humedad higroscpica, w, segn el procedi-miento operatorio descrito en la Norma UNE 103 300, y unos 100 g en el caso de suelos arenosos o unos 50 g enel caso de suelos limosos o arcillosos, anotando la masa, ma, con una precisin de 0,01 g.

Se calcula la masa de suelo seco md, mediante la expresin:

Si no hay tratamientos para eliminar la materia orgnica y los carbonatos, esta masa md es la que se utiliza para elclculo de los porcentajes, k.

5.2 Tratamientos previos

Estos tratamientos solamente son necesarios cuando el suelo a ensayar contiene materia orgnica o carbonatos encantidades significativas. En el caso en que se efecten, se debe resear este hecho en los resultados.

Para eliminar la materia orgnica, se toma la porcin preparada, de unos 100 g, o de unos 50 g segn el tipo desuelo. Se coloca en un erlenmeyer y se aaden 150 ml de agua oxigenada (20 volmenes), agitando seguidamentedurante unos minutos. Se tapa y se deja al menos 18 h, agitando peridicamente con una varilla de vidrio.

A continuacin se calienta en mechero, agitando ocasionalmente hasta que se reduzca el volumen a unos 50 ml1).

Se obtiene la parte slida mediante separacin por centrfuga o filtrado con vaco, se deseca en estufa a 50C 5 C y se deja enfriar en un desecador. Se determina la masa seca despus del tratamiento, md, con precisinde 0,01 g.

Para eliminar los carbonatos, se trata la muestra preparada o la obtenida despus de la eliminacin de la materiaorgnica, con una solucin 0,2 N de cido clorhdrico, aadiendo inicialmente unos 100 ml de dicha solucin y sifuese necesario, cantidades sucesivas de unos 25 ml. Se agita con una varilla de vidrio y se deja en reposo durante1 h. Se comprueba que la suspensin da reaccin cida al papel de tornasol.

Se obtiene la parte slida mediante separacin por centrfuga o filtrado con vaco, se deseca en estufa a 50C 5 C y se deja enfriar en un desecador. Se determina la masa seca despus del tratamiento, md, con precisinde 0,01 g.

Si se han efectuado tratamientos previos, la masa md que se emplea en los clculos de los porcentajes k, debe ser lamasa de suelo seco obtenida despus del tratamiento o tratamientos antes descritos.

La prdida de masa debida a los tratamientos es la diferencia entre los valores determinados antes y despus deefectuar stos.

5.3 Dispersin de la muestra

Se introduce la muestra en un vaso de precipitados y se aaden, a la vez que se agita con una varilla de vidrio,125 ml de la solucin dispersante de hexametafosfato sdico. Se deja durante unas 18 h agitando peridicamente. Sepasa toda la suspensin al vaso de agitacin, recogiendo todas las partculas de suelo con la ayuda de un frasco la-vador si fuese necesario. Se aade agua destilada hasta unos 5 cm del borde del vaso de agitacin. Se coloca steen el aparato agitador y se agita durante 1 min a no menos de 10 000 r.p.m.

1) En muestras con alto contenido de materia orgnica es necesario aadir cantidades adicionales de agua oxigenada.

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6 PROCEDIMIENTO OPERATORIO

Inmediatamente, se pasa la dispersin as preparada a una probeta graduada y se aade agua destilada hasta comple-tar 1 l. Se introduce en el bao termosttico.

Se introducen en otra probeta graduada 125 ml de solucin dispersante y se aade agua destilada hasta completar1 l. Se sita en el bao termosttico junto a la otra probeta, y se dejan el tiempo necesario para uniformizar su tem-peratura.

Se retira del bao la probeta que contiene la dispersin, se tapa el extremo abierto y se agita vigorosamente, invir-tindola y volvindola a su posicin inicial, de manera que en 1 min se ejecuten unos 60 movimientos completos.

Se sita de nuevo la probeta en el bao y se inicia la cuenta del tiempo. Se introduce el densmetro en la suspensiny se comprueba que flota libremente.

Se anotan las lecturas de las densidades, ledas en el vstago del densmetro, R'h, tomadas en la parte superior delmenisco formado en dicho vstago, para los tiempos de 0,5, 1 y 2 min.

Se saca lentamente el densmetro de la suspensin y se introduce en la otra probeta, colocada junto a la anterior,con agua destilada y la misma cantidad de dispersante.

Se introduce el densmetro en la suspensin cada vez que se desee hacer una nueva lectura, de forma suave y unos20 s antes de realizar sta.

De la secuencia de lecturas siguientes: 0,5, 1, 2, 5, 15, 30, 60, 120, 240 y 1 440 min1), se deben realizar por lomenos siete. Un perodo de 24 h (1 440 min), suele ser suficiente en la mayora de los suelos.2)

Se debe comprobar que el valor de la temperatura de la solucin no vara de los lmites indicados en el captulo 3,dispositivo para control de la temperatura. Es conveniente realizar una medida de esta durante los primeros 15 miny posteriormente, despus de cada lectura.

7 OBTENCIN Y EXPRESIN DE LOS RESULTADOS

7.1 Obtencin de los resultados

Se calcula la lectura verdadera, R, por medio de la expresin:

R = Rh + Cm + CT - Cd donde

Rh es el valor obtenido en el apartado 4.1;

Cm es la correccin por menisco;

CT es la correccin por temperatura;

Cd es la correccin por dispersante.

La profundidad efectiva Hr que corresponde a cada Rh, se obtiene a partir del calibrado correspondiente.

1) No es necesario seguir estrictamente una determinada secuencia, siempre que se anote el tiempo correspondiente.

2) En la realidad el ensayo se debe prolongar hasta que se pueda determinar el porcentaje de suelo inferior a 2 m.

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Se calcula el dimetro equivalente D de las partculas, en mm, por medio de la expresin:

donde

h es la viscosidad del agua en mPa s, a la temperatura del ensayo (vase tabla 2);

Hr es la profundidad efectiva en la que se ha medido la densidad, correspondiente a cada Rh, de acuerdo con losvalores de las calibraciones realizadas;

rs es la densidad relativa de las partculas del suelo1);

t es el tiempo transcurrido desde el inicio del ensayo hasta finalizar ste, expresado en minutos.

Se calcula el porcentaje en masa K, de partculas ms pequeas que el correspondiente dimetro equivalente (D),por medio de la expresin:

7.2 Expresin de los resultados

Se representan, en el impreso del anexo B, los resultados obtenidos en el apartado 7.1. Se traza la curva que mejorse ajuste a los puntos as representados.

8 BIBLIOGRAFA

ASTM D-422-63(1972) Particle-size analysis of soils.

BS 1377-90 Methods of test for soils for civil engineering purposes.

1) Este dato se calcula segn el procedimiento operatorio descrito en la Norma UNE 103 302. En el caso en que no se disponga de ste, se pue-de tomar en su lugar 2,60.

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Tabla 1

CORRECCIN POR TEMPERATURA

T(C) CT T(C) CT

7 -0,0013 20 +0,0000

8 -0,0013 21 +0,0002

9 -0,0013 22 +0,0004

10 -0,0013 23 +0,0006

11 -0,0012 24 +0,0008

12 -0,0012 25 +0,0010

13 -0,0011 26 +0,0013

14 -0,0009 27 +0,0015

15 -0,0008 28 +0,0018

16 -0,0006 29 +0,0020

17 -0,0005 30 +0,0023

18 -0,0003 31 +0,0026

19 -0,0002 32 +0,0030

Tabla 2

VISCOSIDAD DEL AGUA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA

TemperaturaC

ViscosidadmPa s

10 1,304

15 1,137

20 1,002

25 0,891

30 0,798

Los valores intermedios se pueden obtener mediante interpolacin

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Medidas en milmetros

Fig. 1 Prototipo de densmetro

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Medidas en milmetros

Fig. 2 Paleta y vaso agitador

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DATOS DE CALIBRACIN

Densmetro n: d1 (mm) = d2 (mm) = d3 (mm) =Volumen bulbo, V (ml): d4 (mm) = d5 (mm) = d6 (mm) =Distancia entre divisiones d7 (mm) =probeta, L (mm) N (mm) = H1 = N + d1, (mm) =Correccin por menisco, Cm: H2 = N + d2, (mm) = H3 = N + d3, (mm) =Correccin por temperatura, Ct: H4 = N + d4, (mm) = H5 = N + d5, (mm) =Correccin por dispersante, Cd: H6 = N + d6, (mm) = H7 = N + d7, (mm) =Viscosidad del agua, h H (mm) =a C (mPa s):Hri = Hi + 0,5 (H-V/A), (mm) Hr1 = Hr2 = Hr3 = Hr4 = para 1 i 7 Hr5 = Hr6 = Hr7 =

Representar Hri en ordenadas en funcin de Rh en abscisas, ambas en escala decimal o expresar dicha relacin enforma analtica.

Medidas en milmetros

Fig. 3 Medidas para realizar el calibrado del densmetro

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ANEXO A (Informativo)

HOJA DE CLCULO

DATOS DE LA MUESTRA MUESTRA CON TRATAMIENTOS PREVIOS

Masa suelo hmedo, ma (g) =Humedad higroscpica, w (%) =Masa de suelo seco md (g) =Densidad relativa de las partculas, rs =

Tratada con:Masa suelo hmedo, ma (g) =Humedad higroscpica, w (%) =Masa despus tratamiento, md (g) =Prdida por tratamiento, (g) =

DATOS DEL ENSAYO

Fecha HoraTiempotranscu-

rrido

t (min)

Tempera-tura

T ()

Lecturasuspensinsuelo en la

partesuperior del

meniscoR'h

Lectura corregidasuspensin de suelo

Rh=(R'h-1). 1 000

Profun-didad

efectiva

Hr (mm)

Lectura verdaderasuspensin suelo

R=Rh+Cm+ Ct-Cd

Dime-tro

equiva-lente

D (mm)

Porcentajede masa departculasmenoresque D

K (%)

0

0,5

1

2

5

15

30

60

120

240

1 440

OBSERVACIONES

- 15 - UNE 103 102:1995

ANEXO B (Normativo)

ANLISIS GRANULOMTRICO

Direccin Fernndez de la Hoz, 5228010 Madrid-Espaa

Telfono (91) 432 60 00 Telefax (91) 310 36 95 Telegrama AENOR

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