ASTM D7928-17: análisis granulométrico por sedimentación en la práctica

Cuando un suelo tiene más del 12% de finos que pasan por el tamiz de 75 µm (malla N.º 200), la granulometría por tamizado sola no basta. La norma ASTM D7928-17 (en su versión en inglés, la referencia suele aparecer como astm d7928-17.en - es) establece el procedimiento para medir la distribución de tamaños de partículas menores a 75 µm mediante sedimentación en agua. Es el método que usan la mayoría de los laboratorios de mecánica de suelos en España, México, Argentina y Colombia, tanto en estudios geotécnicos como en control de calidad de materiales.

En este artículo te explico lo que necesitas saber para aplicar la norma en tu laboratorio: requisitos del ensayo, aparatos, pasos críticos y los fallos que veo con más frecuencia en la práctica.

Alcance y cuándo aplicarla

La ASTM D7928-17 reemplaza a la antigua D422 y se aplica a suelos que contienen partículas finas (limos y arcillas). En concreto, el ensayo está pensado para materiales donde al menos el 12% pasa por el tamiz de 75 µm (malla N.º 200). Si tu muestra tiene menos finos, la granulometría por tamizado es suficiente y no necesitas este método.

La norma define el tamaño de partícula como el diámetro equivalente de una esfera que sedimenta a la misma velocidad que la partícula real. Es un diámetro hidráulico, no una medida física directa. Esto es clave para interpretar resultados: no esperes que coincida exactamente con lo que ves bajo el microscopio.

Aparatos y materiales que exige la norma

La norma especifica los aparatos en las secciones 6 a 8. Los elementos críticos son:

• Hidrómetro ASTM 152H con escala en g/L (gramos de suelo en suspensión por litro). Debe tener una exactitud de ±0,5 g/L y estar calibrado a 20 °C.
• Probeta de sedimentación de 1000 mL, con graduación a 20 °C.
• Termómetro con precisión de ±0,5 °C para controlar la temperatura del baño.
• Dispersante: hexametafosfato de sodio (Calgón) al 4% en agua, según la sección 9.1.1.
• Agitador mecánico de alta velocidad (10.000 rpm) o una batidora de tipo doméstico que cumpla la especificación de la sección 8.2.
• Tamiz de 75 µm (malla N.º 200) para separar la fracción gruesa antes de la sedimentación.

El hidrómetro debe estar calibrado según el procedimiento del anexo A1 de la propia norma. La calibración incluye la determinación de la lectura de cero en agua destilada y la corrección por menisco. Si usas un hidrómetro no calibrado, los errores en la curva granulométrica pueden ser del 5% o más en el porcentaje de arcilla.

Preparación de la muestra y dispersión

La sección 10 de la ASTM D7928-17 detalla la preparación. El punto crítico es la dispersión completa de las partículas. Si no se dispersa bien, las arcillas quedan floculadas y sedimentan como si fueran partículas más grandes.

El procedimiento que sigo en el laboratorio es:

1. Toma una porción representativa de suelo que pase por el tamiz de 2 mm (malla N.º 10). La cantidad depende del contenido de finos: si hay menos del 25% de material menor a 75 µm, usa 50 g; si hay más, usa 25 g (sección 10.1).
2. Coloca la muestra en un vaso de precipitados y añade 125 mL de solución dispersante al 4%.
3. Deja reposar al menos 16 horas (remojo en frío) o 4 horas si usas remojo en caliente, según la sección 10.3.
4. Agita mecánicamente durante 1 minuto a alta velocidad (sección 10.4).
5. Vierte la suspensión sobre el tamiz de 75 µm y lava con agua destilada hasta que el agua salga clara. La fracción retenida se seca y se tamiza por vía seca.
6. La fracción que pasa al tamiz se transfiere cuantitativamente a la probeta de 1000 mL y se enrasa con agua destilada.

Este paso de lavado es donde más errores veo: si no se transfiere toda la suspensión, pierdes finos y los resultados salen desplazados hacia el lado grueso.

Toma de lecturas del hidrómetro y correcciones

La sección 11 de la norma establece la frecuencia de lecturas. Después de agitar la suspensión en la probeta (con un agitador manual o una varilla perforada), se introduce el hidrómetro y se toman lecturas a los siguientes tiempos:

• 30 segundos
• 1 minuto
• 2, 4, 8, 15 y 30 minutos
• 1, 2, 4, 8 y 24 horas

En cada lectura debes registrar también la temperatura de la suspensión. La norma exige que la temperatura se mantenga constante dentro de ±0,5 °C durante todo el ensayo (sección 11.2). Si no tienes un baño termostático, usa una habitación con temperatura controlada; en climas tropicales de México o Colombia esto es imprescindible.

Las lecturas del hidrómetro se corrigen por tres factores:

• Corrección por menisco (sección 11.1): se suma un valor constante a la lectura, típicamente +1 g/L, pero depende de tu hidrómetro.
• Corrección por temperatura: se aplica una tabla que da el factor de corrección para cada grado de desviación respecto a 20 °C. Por ejemplo, a 25 °C la corrección es de + CIERTO valor (tabla X1.1).
• Corrección por agente dispersante: se resta la lectura del hidrómetro en una probeta con agua destilada y dispersante, sin suelo (sección 12.2).

El diámetro de partícula se calcula con la ley de Stokes (sección 12.3):

D = K * sqrt(L / t)

Donde K es una constante que depende de la temperatura y de la gravedad específica de los sólidos, L es la profundidad efectiva de la lectura del hidrómetro (en cm) y t es el tiempo de sedimentación en minutos. La norma incluye tablas para K en función de la temperatura y la gravedad específica.

Cálculo de porcentajes y curva granulométrica

El porcentaje de partículas más finas que un diámetro dado se calcula con la fórmula de la sección 12.1:

P = (R_c * a) / W * 100

Donde R_c es la lectura corregida, a es la masa de sólidos por unidad de lectura del hidrómetro y W es la masa seca de la muestra total. La norma incluye el factor de corrección por la gravedad específica del suelo (sección 12.4); si no lo aplicas, el error puede ser del 2-3% en el porcentaje de arcilla.

Una vez calculados los diámetros y porcentajes, se dibuja la curva granulométrica completa combinando la fracción gruesa (tamizado) y la fina (sedimentación). La norma indica que la curva debe ser suave y continua; si ves una discontinuidad en el punto de 75 µm, probablemente hubo pérdida de material durante el lavado.

Errores comunes y recomendaciones prácticas

En mi experiencia con laboratorios de España y Latinoamérica, los errores más frecuentes son:

• No calibrar el hidrómetro antes de cada serie de ensayos. La calibración debe hacerse al menos cada 6 meses o cuando cambie el lote de dispersante.
• Usar agua no destilada para la suspensión. El agua del grifo contiene iones que floculan las arcillas; esto invalida el ensayo.
• No controlar la temperatura. En climas cálidos, la suspensión se calienta durante el día y la lectura del hidrómetro cambia; la norma exige ±0,5 °C.
• Tomar lecturas a tiempos incorrectos. Si la lectura de 30 segundos se retrasa, el diámetro calculado sale menor y el porcentaje de finos mayor de lo real.
• No corregir por la gravedad específica. Si el suelo tiene una Gs de 2,7 en lugar de 2,65, el factor de corrección es relevante.

Para evitar estos problemas, te recomiendo:

• Prepara una lista de verificación basada en la sección 10 a 12 de la norma y úsala en cada ensayo.
• Mantén un registro de la calibración del hidrómetro con fecha y resultados.
• Usa un baño termostático si tu volumen de ensayos lo justifica; la inversión se recupera en repetibilidad.

Conclusión

La ASTM D7928-17 es una herramienta imprescindible para caracterizar suelos finos, pero su éxito depende de un control riguroso del procedimiento. La dispersión, la temperatura y las correcciones del hidrómetro son los puntos donde se concentran los errores.

Si aplicas la norma al pie de la letra y registras todas las variables, obtendrás curvas granulométricas fiables que sirvan para clasificar suelos según el Sistema Unificado (SUCS) y para diseñar filtros o barreras de baja permeabilidad. No subestimes la importancia de la calibración; en ensayos de control de calidad, un error sistemático puede llevar a rechazar un material apto o aceptar uno que no lo es.

Si tienes dudas sobre la aplicación en tu país, consulta los organismos locales de normalización (AENOR en España, IMNC en México, IRAM en Argentina, ICONTEC en Colombia) para ver si adoptan la ASTM o tienen una equivalente nacional.