Norma INV E-122-07 - Laboratorio de suelos

DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA
(HUMEDAD) DEL SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO -AGREGADO
I.N.V. E – 122 – 07
1.
OBJETO
1.1
Este método cubre la determinación de laboratorio del contenido de agua
(humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-a gregado por peso. Por
simplicidad, de aquí en adelante, la palabra "material" se refiere a suelo, roca
o mezclas de suelo -agregado, la que sea aplicable.
1.2
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.
1.3
El término “material sólido” como es empleado en ingeniería geotécnica, típicamente se
asume que significa partículas minerales que se forman naturalmente y que no se
disuelven fácilmente en agua. Por lo tanto, el contenido de agua en materiales que
contengan materias extrañas (tales como cemento, o algo semejante) pueden requerir un
tratamiento especial o una definición calificada del contenido de agua. Además,
algunos materiales orgánicos pueden descomponerse al secarse en el horno a la
temperatura normal usada para este método (110º C). Materiales que contengan yeso
(sulfato de calcio deshidratado u otros compuestos con cantidades sign ificativas de
agua hidratada) pueden presentar problemas especiales puesto que este material se
deshidrata lentamente a la temperatura normalmente usada para este secamiento (110º
C) y a muy bajas humedades relativas forman un compuesto (sulfato de calcio
hemihidrato) el cual no está normalmente presente en materiales naturales, excepto en
algunos suelos desérticos. Para poder reducir el grado de deshidratación del yeso en los
materiales que lo contengan o poder reducir la descomposición en materiales con alto
contenido orgánico puede ser aconseja ble secar estos materiales a 60º C o en una
desecadora a temperatura ambiental. De esta manera , cuando se use una temperatura de
secado diferente a la normal, tal como se define en este método de prueba, el contenido
de agua resultante puede ser diferente al normalmente determinado según las
temperaturas normales de secamiento.
N o t a 1.– Los métodos de prueba ASTM D2974 proveen un procedimiento alternativo para
determinar el contenido de agua en materiales altament e orgánicos (turba).
1.4
Materiales que contengan agua con cantidades considerables de sólidos
solubles (tales como sal en sedimentos marinos) al ser probados con este
método darán una masa de sólidos la cual incluye los sólidos previamente
solubles. Estos materiales requieren un tratamiento especial para retirar o
cuantificar la presencia de sólidos precipitados en la masa seca de la muestra
o debe usarse una definición calificada del contenido de agua.
1.5
Esta norma de ensayo requiere varias horas para un correcto seca do del
contenido de agua de la muestra. La norma INV E – 135 explica el secado de
la muestra en un horno microondas, que es un proceso más corto.
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1.6
Esta norma exige el secamiento del material en un horno a altas temperaturas.
Si el material que está siendo secado se encuentra contaminado con ciertos
químicos, puede haber peligros de salud y seguridad. Por lo tanto, esta norma
no debe usarse para determinar el contenido de agua en suelos contaminados, a
no ser que se hayan tomado medidas adecua das de precaución sobre salubridad
y seguridad.
1.7
Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si es que alguno
existe, asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplea, el establecimiento
de prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y la determinación de la aplicabilidad
de limitaciones regulatorias, antes de su uso.
2.
RESUMEN DEL MÉTODO
La aplicación práctica de la determinación del contenido de agua en un
material, es conocer la masa del agua removida al secar dicho material cuando
está húmedo (espécimen de prueba) hasta peso constante, en un horno
controlado a 110° ± 5° C (230° ±9° F); y usar este valor como la masa del agua
en el espécimen de prueba. La masa del material remanente después de secado
en el horno, corresponde a la masa de las partículas sólidas. El contenido de
agua se calcula relacionando la masa de agua en la muestra húmeda con la
masa de la muestra seca.
3.
USO Y SIGNIFICADO
3.1
Para muchos materiales, el contenido de agua es una de las propiedades
índices más significativas que se emplea para establecer una correlación entre
el comportamiento de l suelo y otras propiedades índices.
3.2
El contenido de agua de un material se usa en casi todas las ecuaciones que
expresan las relaciones de fase s entre aire, a gua y sólidos, en un volumen dado
de material.
3.3
En suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia depende de su contenido
de agua. El contenido de agua de un suelo, junto con su límite líquido (norma
INV E – 125) y su límite plástico (norma INV E – 126), se usan para expresar
su consistencia relativa, o índice de liquidez.
4.
EQUIPO
4.1
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.
4.2
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.
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4.3
Recipientes – Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la
corrosión y a cambios en s u 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 (Nota 2). Se necesita un recipiente para cada
determinación del contenido de agua.
Nota 2 .- El propósito de las tapas de cierre hermético es doble: prevenir las pérdidas de
humedad de las muestras antes del pesaje inicial y para ev itar la absorción de humedad
proveniente de la atmósfera después del secado y antes del pesaje final.
5.
MUESTRAS
5.1
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.
5.2
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,
la tas de pintura, etc) o bolsas plásticas.
6.
ESPÉCIMEN DE ENSAYO
6.1
Para las determinaciones de los contenidos del agua que se realicen en
conjunto con otro método de ensayo , se deberá usar la masa de la muestra
requerida en este último, si es mayor a la establecida por la presente norma. Si
no se ha especificado un mínimo de masa de muestra en ese método, se
deberán aplicar los valores que se mencionan más adelante.
6.2
La masa mínima de material húmedo seleccionada para ser representativa del
total de la muestra debe rá estar de acuerdo con lo siguiente:
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Masa mínima de
Masa mínima de
Tamaño máximo
espécimen húmedo espécimen húmedo
Tamaño de tamiz
de partícula
para prueba de
para prueba de
estándar
(pasando 100%
contenido de agua, contenido de agua,
reportado a ± 0.1% reportado a ± 1%
A
2 mm o menos
No. 10
20 g
20g
A
4.75 mm
No. 4
100 g
20g
A
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
Para ser representativo, no se debe n usar menos de 20g
La cantida d mínima de masa usada puede necesitar ser incrementada para
poder obtener los dígitos mínimos necesarios para la masa de agua cuando se
reporten contenidos de agua al más cercano 0.1% o como se indica e n la
Sección 10.
6.3
El uso de un espécimen para prueba más pequeño que el mínimo indicado en
6.2, requiere especial cuidado, a pesar de poder ser el adecuado para el
propósito de la prueba. Cualquier espécimen usado, que no satisfaga estos
requisitos, deberá anotarse en la hoja de datos de la prueba o en sus formatos.
6.4
Al trabajar con un espécimen pequeño (menos de 200g) que contenga una
partícula de grava relativamente grande, resulta apropiado no incluir esta
partícula en el espécimen de prueba. Sin embargo, cualquier material
descartado debe describirse y anotarse en los formatos para datos u hojas de
datos.
6.5
Para aquellas muestras que consisten en su totalidad de roca intacta , la masa
mínima del espécimen debe ser de 500g. Porciones representativas de la
muestra pueden partirse en partículas más pequeñas , dependiendo del tamaño
de la muestra, del recipiente y de la balanza que se va a usar . Para facilitar el
secado, véase la Sección 8.4. Especimenes de tamaños tan pequeños como 200
g pueden ser probados , si resultan aceptables contenidos de agua de sólo dos
dígitos significativos.
7.
SELECCIÓN DE ESPECÍMENES PARA PRUEBA
7.1
Cuando el espécimen para la prueba es una porción de una cantidad mayor de
material, debe rá ser seleccionado para ser representativo de la condición del
agua de la totalidad del material. La manera en que se seleccione el espécimen
depende del propósito y de la aplicación de la prueba, del tipo de material a
probar, de las condiciones de agua y del tipo de muestra. (De otra prueba,
bolsa, bloque o semejantes)
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7.2
Para muestras alteradas, tales como muestras desbastadas , muestras de bolsa,
etc. , el espécimen de muestra se debe obtener por medio de uno de los
siguientes métodos (listados en orden de preferencia):
7.2.1
Si el material es tal que pueda ser manipulado y manejado sin pérdida
significativa de su humedad y segregación, debe ser mezclado completamente ,
seleccionando luego una porción representativa con una pala de tamaño tal que
no se requieran más que unas pocas paladas para obtener el tamaño apropiado
del espécimen como se define en la Sección 6.2.
7.2.2
Si el material es tal que no pueda ser mezclado totalmente, o mezclado y
muestreado con una pala, se forma una pila con el material, mezclándolo tanto
como sea posible. Se recogen, por lo menos, cinco porciones del material de
lugares escogidos al azar usando para esto un tubo de ensayo, pala, cuchara o
palustre o cualquier artefacto similar apropiado para recoger las partículas más
grandes que se encuentren en el material. Se combinan todas las porciones
para obtener un espécimen para la prueba.
7.2.3
Si el material o las condiciones son tales que no permiten la formación de una
pila, se deben recoger tantas porciones como sea pr áctico, usando lugares
escogidos al azar que mejor representen la condición de humedad. Todas las
porciones se deben combinar para obtener el espécimen de prueba.
7.3
Para muestras intactas tales como de bloque, cilíndricas, de tubo partido y
otra s similares, el espécimen para la prueba se debe obtener usando uno de los
métodos siguientes , dependiendo del propósito y uso potencial de la muestra:
7.3.1
Empleando un cuchillo, segueta, o cualquier aparato cortante, se desbasta el
exterior de la muestra a la suficiente distancia para comprobar si el material
está estratificado y para retirar el material que parezca má s seco o más mojado
que la porción principal de la muestra. Si la existencia de estratos es
cuestionable, la muestra se debe cortar por la mitad. Si el material resulta
estratificado, véase la Sección 7.3.3.
7.3.2
Si el material no está estratificado, el espécimen se debe obtener cumpliendo los
requisitos de masa que se encuentran en la Sección 6.2, de la siguiente manera: (1)
tomando todo o la mitad de la porción que está siendo probada; (2) cortando una tajada
representativa de la porción que está siendo probada; o (3) desbastando la superficie
expuesta de la mitad o de la porción que esta siendo probada.
Nota 3.– La migración de humedad en algunos suelos sin cohesión puede requerir la prueba de
toda la sección de la muestra.
7.3.3
Si el material es estratificado (o se encuentra más de un tipo de material) , se selecciona
un espécimen promedio o un espécimen individual o ambos. Los especimenes deben
ser identificados apropiadamente en cuanto a su ubicación o lo que ellos representan y
deben incluirse comentarios apropiados en los formatos de prueba o las hojas de datos
de pruebas.
Nota 4 .– Para prevenir la mezcla de los especímenes y obtener resultados incorrectos, todos
los recipientes y tapas, si se usan, deben ser numerados y esta numeración debe registrarse en
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las hojas de datos del laboratorio. Los números en las tapas deberán coincidir con los de sus
recipientes para evitar confusiones.
8.
PROCEDIMIENTO
8.1
Se determina y registra la masa de un recipiente limpio y seco (y su tapa, si
ella se usa).
8.2
Se escoge una muestra de ensayo representativa, de acuerdo con la Sección 6.
8.3
Se coloca la muestra húmeda en e l 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 (ver Sección 4.2). Se anota este valor.
8.4
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° ± 5º C, a no ser que se especifique otra cosa (ver
Sección 1.3). El tiempo requerido para obtener una masa constante puede variar
dependiendo del tipo de material, tamaño del espécimen, tipo de horno y su capacidad,
y otros factores. La influencia de estos factores puede establecerse generalmente
usando buen juicio y con la experiencia adquirida con los materiales que están siendo
probados y el equipo que se use.
Nota 5 .- 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.
Nota 6 .- 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,
cuando se usa un horno de tiro forzado.
Nota 7.- 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.
8.5
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, o hasta que el recipiente pueda
ser manejado fácilmente con ambas manos y la operación de pesaje no esté
afectada por corrientes convectivas. Se determina la masa del recipiente y de
la muestra secada en el horno usando la misma balanza que usó en las
operaciones descritas en las Secciones 8.1 y 8.3. Se registra este valor.
Si el recipiente no tiene tapa, el material se pesa inmediatamente para que la
temperatura del recipiente sea tal que la operación del pesaje no sea afectada
por corrientes convectivas o después de enfriarlo en un secador.
Nota 8 .- Es recomendable el enfriamiento en un desecador, ya que s e previene absorción de
humedad proveniente de la atmósfera durante dicho proceso.
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9.
CÁLCULOS
Se calcula el contenido de agua del material así:
w=
W1 − W2
Ww
× 100 =
× 100
W2 − Wc
Ws
donde:
w
= c ontenido de agua % ,
W1
= masa del recip iente y del espécimen húmedo, g,
W2
= masa del recipiente y del espécimen seco, g,
Wc = masa del recipiente, g,
Ww = masa del agua, g, y
Ws = masa de las partículas sólidas, g.
10.
INFORME
El informe (hoja de datos) debe incluir lo siguiente:
10.1
Identificación de la muestra (material), por número de perforación, número de muestra,
número de ensayo, etc.
10.2
El contenido de agua del espécimen, aproximado al 0.1% ó 1% dependiendo del
propósito del ensayo , según se requiera basándose en la cantidad mínima de la muestra.
Si este método es empleado junto con otro método, el contenido de l agua del espécimen
debe reportarse de acuerdo con el valor requerido por el método de prueba por el cual el
contenido del agua está siendo determinado. Refiérase a la “Guía ASTM D 6020” para
una explicación concerniente a dígitos significativos, especialmente si el valor obtenido
por medio de este método de prueba va a ser usado para calcular otras relaciones, tales
como el peso unitario o la densidad. Por ejemplo, si se desea expresar el peso unitario
seco redondeado a 0.1 lbf/pie3 (0.02 kN/m3 ), podrá ser necesario el empleo de una
balanza de mayor exactitud o un espécimen con mayor masa, con el fin de obtener los
dígitos significativos de la masa de agua para determinar el contenido del agua lo mas
cercano a los dígitos significativos requeridos. Además, los dígitos significativos
expuestos en la “Guía ASTM D 6020” pueden necesitar ser incrementados al calcular
las relaciones de fase, las cuales, a su vez ,pueden requerir 4 dígitos significativos
10.3
Se debe dejar una anotación, siempre que el espécimen de muestra tenga un peso menor
al mínimo indicado en la Sección 6.
10.4
Se debe indicar si el espécimen de muestra contuvo más de un tipo de suelo (por capas,
etc).
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11.
10.5
Se indica el método de secado, si fue diferente al de horno a 110° ± 5° C (230 ± 9° F).
10.6
Se indic a si algún material (tamaño y cantidad) fue excluido del espécimen de prueba.
10.7
Al reportar el contenido del agua en tablas, figuras, etc., cualesquiera datos
que no estén de acuerdo con los requisitos de este método de prueba deberán
anotarse, tales como no satisfacer los requisitos de masa, balanza o
temperatura, o si alguna porción del espécimen de prueba fue excluida .
PRECISIÓN Y TOLERANCIAS
11.1
Tolerancias – No hay ningún valor aceptado como referencia para este método
de prueba; por lo tanto, la tolerancia no puede ser determinada .
11.2
Precisión:
11.2.1 Precisión de un solo operador (Repetibilidad ) – El coeficiente de variación de
un solo operador ha sido establecido en 2.7%. Por lo tanto los resultados de
dos pruebas conducidas apropiadamente por el mismo operador, con el mismo
equipo, no deben considerarse sospechosos a menos que se diferencien en má s
del 7.8% de su valor medio.
11.2.2 Precisión entre varios Laboratorios (Reproducibilidad) – El coeficiente de
variación entre varios laboratorios se ha establecido en el 5.0%. Por lo tanto,
los resultados de dos pruebas conducid as apropiadamente por diferentes
operadores, usando equipos diferentes no deberían considerarse sospechosos , a
menos que se diferencie n en más del 14.0% de su valor medio.
12.
NORMAS DE REFERENCIA
ASTM
D 2216-98
E 122 - 8