Calculadora de gravedad específica del suelo (ASTM D854)

Escribe las masas de un ensayo con picnómetro: el suelo seco, el picnómetro lleno de agua y el picnómetro con el suelo y el agua. La calculadora da la gravedad específica de los sólidos del suelo, $G_s$, a la temperatura del ensayo y corregida a 20 °C. Sigue la ASTM D854, es gratis y no pide cuenta.

Cómo calcula

La masa del suelo seco es el recipiente con el suelo seco menos el recipiente vacío, $M_s = M_{cs} - M_c$. Dentro del picnómetro, el suelo desplaza un volumen de agua igual al suyo. Por eso el picnómetro con suelo y agua, $M_{BWS}$, pesa lo mismo que el picnómetro con agua, $M_{BW}$, más el suelo y menos el agua que el suelo sacó, y esa agua desplazada tiene el mismo volumen que los granos:

Las dos pesadas del picnómetro se hacen a la temperatura del ensayo, $T$, llenándolo hasta la misma marca. La ASTM D854 corrige el resultado a 20 °C con el cociente de las densidades del agua:

La densidad del agua sale de una tabla de 15 a 25 °C, interpolada entre grados enteros. La calculadora también muestra el volumen del picnómetro, $(M_{BW} - M_B)/\rho_w$, y el de los granos, $(M_{BW} + M_s - M_{BWS})/\rho_w$. Avisa si el volumen de los granos sale cero o negativo, si $G_{s,20}$ cae fuera de 2,5 a 2,8, el rango habitual de los suelos minerales, y si la temperatura está fuera de la tabla.

El procedimiento completo, el equipo y el informe del ensayo están en la lección de la Academia: Gravedad específica del suelo.

Cómo usarla

1. En Suelo seco, escribe la masa del recipiente vacío y la del recipiente con el suelo secado en horno.
2. En Picnómetro, escribe su masa vacío, lleno de agua y con el suelo y el agua hasta la misma marca.
3. Escribe la temperatura del ensayo o elige su fila en la tabla Densidad del agua por temperatura, y la densidad del agua llega con ella. La norma pide 20 ± 5 °C.
4. Lee el $G_s$ a 20 °C, con el $G_s$ a la temperatura del ensayo y los dos volúmenes en la tabla.

Restablecer el ejemplo trae de vuelta el ejemplo resuelto. Las calculadoras de relaciones de fase, de granulometría por sedimentación y del ensayo Proctor usan el $G_s$ como dato.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la gravedad específica del suelo?

Es la relación entre la densidad de los granos sólidos del suelo y la del agua a 20 °C: $G_s = \rho_s/\rho_w$. No tiene unidades. Sirve para pasar de masas a volúmenes, y por eso entra en la relación de vacíos, el grado de saturación, el ensayo del hidrómetro y la línea de saturación del Proctor.

¿Cómo se calcula la gravedad específica?

Con un picnómetro: $G_s = M_s/(M_{BW} + M_s - M_{BWS})$, la masa del suelo seco entre la masa de agua que desplaza. Después, la ASTM D854 la corrige a 20 °C con $K = \rho_w(T)/\rho_w(20\,^\circ\mathrm{C})$.

¿Qué valores de gravedad específica son normales?

Los suelos minerales casi siempre quedan entre 2,5 y 2,8, y las arenas de cuarzo andan cerca de 2,65. La materia orgánica la baja, y los minerales pesados, como los óxidos de hierro, pueden subirla por encima de 3.

¿Es lo mismo gravedad específica que peso específico?

No. La gravedad específica es una relación sin unidades. El peso específico, o peso unitario, es un peso por unidad de volumen, en kN/m³; el de los sólidos es $\gamma_s = G_s\,\gamma_w$, con $\gamma_w$ cerca de 9,81 kN/m³.

¿Por qué hay que sacar el aire del suelo?

Las burbujas atrapadas ocupan un lugar que debería llenar el agua, así que el picnómetro guarda menos agua y los granos parecen más grandes de lo que son. Eso da un $G_s$ demasiado bajo, y por eso la ASTM D854 desairea la mezcla con vacío, calor o los dos antes de pesar.