UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRIAS FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE CONSTRUCCIONES CIVILES LABORATORIO DE SUELOS (CIV-22
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LABORATORIO DE SUELOS (CIV-221) GRANULOMETRIA UNIV. RODRIGO ALEJO CONDORI
GRANULOMETRIA
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OBJETIVO DE LA PRACTICA
Generales
El análisis granulométrico es un ensayo para determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada. Específicos
1.Determinar la granulometría del suelo Graficar Obtener porcentaje de material Sacar porcentaje de humedad Clasificar el tipo de suelo Obtener porcentaje de material
2.- FUNDAMENTO TEORICO. Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del mismo en diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracteriza porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente.
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Los suelos gruesos con amplia gama de tamaños (bien graduado) se compactan mejor, para una misma energía de compactación, que los suelos muy uniformes (mal graduado). Estos sin duda son ciertos, pues sobre todo con vibrador, las partículas más chicas pueden acomodarse en los huecos entre las partículas más grandes, adquiriendo el contenido una mayor compacidad.
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En suelos gruesos (gravas, arenas y limos no plásticos), de estructura simple, la característica más importante para definir su resistencia es la compacidad; la angulidad de los granos y la orientación de las partículas juegan también un papel importante, aunque menor.
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Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo, arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como arena según tuviera tal o cual tamaño máximo. La necesidad de un sistema de clasificación de suelos no es discutible, pero el ingeniero ha de buscar uno en que el criterio de clasificación le sea útil. La gráfica de la distribución granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogaritmica resulta preferible a la simple presentación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos. La forma de la curva da idea inmediata de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una línea vertical, una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado) Medición con mallas: este análisis mecánico es el usado principalmente en suelos gruesos y su principio consiste en ordenar en forma descendente una serie de mallas (generalmente entre 7 u 8) este método de medición por mallas es muy utilizado para clasificar suelos gruesos sin embargo puede presentarse problemas para que pasen las partículas por las mallas más finas. Con una medida simple de la uniformidad de un suelo Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad Cu = D60 / d10 En donde D60: tamaño tal, que el 60 % en peso, del suelo, sea igual o menor. D10: llamado por Hazen diámetro efectivo; es el tamaño tal que sea igual o mayor que el 10 % en peso del suelo. En realidad la relación es un coeficiente de no uniformidad, pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con Cu < 3 se consideran muy uniformes; aun las arenas naturales muy uniformes rara vez se presentan Cu > 2. Se define el coeficiente de curvatura del suelo para definir la uniformidad como: Como dato complementario, es necesario para definir la uniformidad, se define el coeficiente de curvatura del suelo con la expresión: Cc = (D30)2 / D60 * D10 D30 se define análogamente que los D10 y D60 anteriormente
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Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño. La distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas. Para partículas menores que 0.075 mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas. Análisis granulométrico por tamices. UNIV: RODRIGO ALEJO CONDORI
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Granulometría de suelos.
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También es llamado análisis mecánico, este método, se usa en el caso de suelos granulares y se puede fácilmente determinar los porcentajes de grava y arena mediante el uso de un juego de tamices. Estos tamices con aberturas calibradas, varían desde 10/16 cm. (4pulg.) a 0.074 mm. (tamiz Nº 200) y pertenecen a la serie de tamices de la U.S. Bureau of Standards. Para el caso en que el suelo contenga material fino como limos arcillas, se debe utilizar el método granulométrico mediante el hidrómetro o realizarle por vía húmeda. Si el suelo tiene material grueso y fino, se usa el método combinado. El análisis granulométrico por tamices consiste en hacer pasar el suelo a través de una serie de tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la parte del suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que pasan por cada tamiz. Una descripción aproximada que nos da una idea del diámetro de las partículas de la parte gruesa como de la parte fina es la siguiente: Piedra bolón Cantos Rodados Grava Arena Limo Arcillas
mayor a 12 pulgadas 6 a 12 pulgadas 2 mm. a 6 pulgadas 0.06 mm a 2 mm. 0.002 mm a 0.06mm. menores a 0.002 mm.
Curva granulométrica de un suelo areno-limoso, representado en un papel "log-normal" UNIV: RODRIGO ALEJO CONDORI
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Curva granulométrica. La mejor manera de representar la graduación de los suelos es haciendo uso de las curvas granulométricas, los diferentes tamaños de los granos se dibujan en milímetros en el eje de las abscisas o escala logarítmica y los porcentajes en peso del material que pesa cada tamiz en las ordenadas a escala natural. Se representa gráficamente en un papel denominado "Log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural, llamado también papel semi-logarítmico. La unión de varios puntos nos da lo que se llama curva granulométrica del suelo estudiado, la forma de la curva empinada indica que se trata de un suelo de grano uniforme, mientras que una curva suave y un tanto extendida nos dice que se trata de un suelo bien graduado que se muestra en nuestro gráfico, a veces se presenta inflexiones en las curvas lo que indica que el material ensayado es de graduación incompleta.
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Para graficar la curva granulométrica, debemos tomar en cuenta que los porcentajes de muestra que pasa cada uno de los tamices, se encuentran en el eje de las ordenadas y a una escala aritmética, en cambio la ordenación de la abertura del tamiz se encuentra en el eje de las abscisas y con una escala logarítmica; esto para facilitar la construcción de la curva granulométrica. La curva granulométrica permite visualizar la tendencia homogénea o heterogénea que tienen los tamaños de grano (diámetros) de las partículas. Desde el punto de vista de la Sedimentología, un material heterogéneo se considera mal escogido o seleccionado, mientras que un material homogéneo se considera bien escogido. Desde el punto de vista de la Mecánica de Suelos, un material heterogéneo se considera bien gradado, y sus propiedades mecánicas ofrecen mayor calidad. Un material homogéneo se considera mal gradado, sus propiedades mecánicas son deficientes. Análisis granulométrico. Proceso para determinar la proporción en que participan los granos del suelo, en función de sus tamaños. Esa Proporción se llama gradación del suelo. La gradación por tamaños es diferente al término geológico en el cual se alude a los procesos de construcción (Agravación) y la destrucción (degradación) del relieve, por fuerzas y procesos tales como tectonismo, Vulcanismo, erosión, sedimentación, etc. Métodos de análisis granulométrico. Comprende dos clases de ensayos: El de tamizado para las partículas grueso – granulares (gravas, arenas) y el De sedimentación para la fracción fina del suelo (limos, arcillas), pues no son discriminadles por tamizado. Método del tamizado. Una vez se pasa el suelo por la estufa y se pulverice, se hace pasar por una serie organizada de tamices, de agujeros con tamaños decrecientes y conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es el de mayor tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el fin de evitar pérdidas de finos; el último tamiz está abajo y descansa sobre un recipiente de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material más fino no retenido por ningún tamiz. Con sacudidas horizontales y golpes verticales, mecánicos o manuales, se hace pasar el suelo por la serie de Tamices, de arriba abajo, para luego pesar por separado el suelo retenido en cada malla. Métodos de sedimentación: Son dos, el método del hidrómetro y el método de la pipeta. Ambos basados en las características de la sedimentación de las partículas del suelo en un medio acuoso. Se aplican, tales métodos, al “suelo fino”, es decir, al que ha quedado en el fondo de los tamices y que se denomina “pasa – 200”, material constituido por limos y Arcillas
3.- MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO
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Tamices. En el análisis granulométrico son utilizados para separar los materiales gruesos de los finos al prepara las muestras para varios ensayos. Los tamices finos son frágiles y no deben de ser maltratados ni sobrecargados. Los tamices finos deben ser siempre protegidos por otros más gruesos. Limpiarlos siempre después de cada ensayo, cepillándose
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Los instrumentos utilizados en el ensayo del Análisis Mecánico o Análisis Granulométrico mediante Tamices fueron los siguientes:
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con una brocha. Repara los tamices agujereados con soldadura. El tamaño normal es de 8”. El juego de tamices incluye una tapa y cazoleta de fondo. Serie gruesa 1 1/2’’, 1’’, 3/4’’, 3/8’’, Nº 4 Serie fina , 1O# 50, # 100, # 200
Tamiz 1½”.
amiz # 40 Tamiz # 100. Tamiz # 200. Vibrador eléctrico para tamizar. Recipiente cilíndrico metálico. Balanza metálica.
La balanza es uno de los instrumentos de medida más utilizados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos. Se recomienda para su uso nivelarla y limpiarla. Para sustancias liquidas y sólidas cuidar que estén en recipientes adecuados y no dejar muestra sobre la balanza. La balanza es muy sensible así es necesario evitar cualquier argumento que la haga vibrar. Después de su uso déjela completamente limpia.
4.- PROCEDIMIENTO
La muestra seleccionada debe ser representativa de toda la masa de suelo a estudiar. Esta fracción debe ser una cantidad tal que satisfaga los diferentes tamaños de granos presentes, entre más cantidad de granos grueso granulares hayan dentro de la muestra, mayor debe ser la cantidad en peso que se debe elegir para la realización del ensayo.
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El primer paso a seguir en este ensayo es el secado al medio ambiente de la muestra elegida, para luego poder separarlo con el tamiz #10 ya que el porcentaje retenido por este tamiz es una muestra seca y el porcentaje que pasa contiene un
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1.-Se hará secar la muestra durante 24 horas (al aire libre o al horno), tenga en cuenta que muestras mayores son más representativas.
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porcentaje de humedad hidroscópica, luego se realiza el cuarteado de la muestra separándolo en porciones iguales de muestra, y como tercer paso es el tamizado en el #10 donde el peso retenido que la muestra seca es tamizada por los tamices de 38.1 mm. hasta el tamiz de 2.00 mm. que es el #10 pesando en cada uno de ellos el peso que retiene; la muestra que pasa por el tamiz #10 se hace una tamizado vía húmeda de la muestra que pasa el tamiz #10, obteniendo los pesos retenidos en los tamices de la serie fina #, #40,#100 y #200 con un tamizado eléctrico por rotación durante 7 minutos. Luego de la obtención de todos los datos requeridos y el llenado de la tabla con los porcentajes retenidos y los porcentajes que pasa por cada tamiz se procede a graficar la curva granulométrica de acuerdo a los datos obtenidos y el calculo de los coeficientes de curvatura y uniformidad que determinaran el grado de graduación. 5.- DATOS Y CALCULOS
Peso tara = 781 g Peso tara + muestra = 17733 g Muestra total = 4456 g
TAMIZ #
WTARA(gr)
W TARA + RET N1
W TARA + RET N2
1 1/2
781
0
0
1
781
0
804
3/4
781
841
886
3/8
781
1078
1112
#4
781
1014
1229
#10
781 781 781 781 781
1294 1290 909 832 808
1453 1475 993 890 825
40 100 200 BASE
La humedad higroscópica se la calcula:
Ww * 100 = [%] Ws
Muestra total seca = Mtotal húmeda – Mque pasa #10 húmedo + Mque pasa #10 seco UNIV: RODRIGO ALEJO CONDORI
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El peso de la muestra total seca será:
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Para el agregado fino se tomara en cuenta que el peso seco de los 200 gr. lavados es el 100%: Wh Ws = +1 Para el agregado grueso se procede de la sgte. manera: El porcentaje retenido en cada tamiz:
Peso retenido acumulado % retenido acumulado = * 100 Peso total seco
El porcentaje que pasa por cada tamiz:
% que pasa = 100% - %retenido
Para el agregado fino se procede de la sgte. manera: El porcentaje retenido en cada tamiz:
Peso retenido acumulado % retenido acumulado = * 100 Peso seco del residuo
El porcentaje que pasa del total:
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100%
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% que pasa parcial % pasa total = * %pasa #10
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Coeficientes: Coeficiente de uniformidad: D60 Cu = D10 Coeficiente de curvatura: (D30)2 Cc = D60 * D10 Coeficiente de distribución: D75 Cd = 1/2 D25
CALCULOS TAMIZ # WTARA(gr)
W TARA + RET
W TARA Wm= + RET Wt+m-Wt
1 1/2
781
0
0
1
781
0
804
23
3/4
781
841
886
165
3/8
781
1078
1112
628
#4
781
1014
1229
681
#10
781
1294
1453
1185
40
781
1290
1475
1203
100
781
909
993
340
200
781
832
890
160
BASE
781
808
825
71 4456
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TOTAL
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Wret=17733-13277=4456
Wret=Wret+tara T–WtaraT
Wret=Wret+tara –Wtara
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Wret=804-781=23 Wret=(841+886)-781=946
Wret totalseco=∑ 𝑊𝑟𝑒𝑡=4456 Wtotal=4456+1774=6230 % ret=(Wret/ Wtotal ) *100
%ret=(23/446)*100=0,516 %ret=(188/4456)*100=4,21
i j
remplasado de datos
n N
% Pasa(i)=100-%ret(j)
% PASA=%pasa(i)-%ret(J)
%Pasa(i)=100-4,21=99,48
%PASA=100-4,21=95.78
%PASA=100-18,31=81,69
y asi sucesivamente se va calculando todos los datos para la tabla2
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Luego de realizar todoslos cálculos mencionados tenemos la tabla que complementa ala tabla 2
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Tamiz
Peso Ret. (gr.)
Ret. Acum. (gr.)
% Retenido
% Pasa
Diámetro (mm)
1 ½´´
0,00
0,00
0,00
100,00
38,10
1´´
23,00
23,00
0,52
99,48
25,40
¾´´
165,00
188,00
4,22
95,78
19,05
⅜’’
628,00
816,00
18,31
81,69
9,53
Nº 4
681,00
1497,00
33,60
66,40
4,75
Nº 10
1185,00
2682,00
60,19
39,81
2,00
40
1203,00
3885,00
87,19
12,81
0,43
100
340,00
4225,00
94,82
5,18
0,15
200
160,00
4385,00
98,41
1,59
0,08
BASE
71,00
4456,00
100,00
0,00
4456,00 Diámetro (mm) 38,10 25,40 19,05 9,53
% Pasa
2,00 0,43 0,15 0,08
39,81 12,81 5,18 1,59
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4,75
100,00 99,48 95,78 81,69 66,40
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7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONE -
Se concluyo con los objetivos deseados de determinar la curva granulométrica y tamizado para la muestra de laboratorio.
-
Al realizar la práctica se debe tomar muy en cuenta que el tamizado debe realizarse también después del molido ya que al moler se deshacen los grumos existentes hasta que ya no pase mas por el tamiz , por lo menos se debe moler 4 o 5 veces.
-
Es puede concluir que el suelo es pobremente graduado.
-
Se recomienda ser lo mas precisos posible en la lectura de datos y cálculos para obtener un valor real.
-
Se recomienda tener mucho cuidado con el material y el equipo con el que se está trabajando por el bien de todos.
8- CUESTIONARIO 1.- Defina humedad hidroscópica y de factores dependan la misma. R. La humedad hidroscopica, es la humedad natural que tiene la muestra y los factores de esta depende del lugar extraído y el tiempo de traslado. 2.- Defina lo se llama diámetro efectivo y por que R. Es el diámetro de las partículas por el cual pasa el 10% de la muestra del suelo y lo Se llama así al diámetro de la partícula correspondiente al 10 % de material más fino en la curva granulométrica. 3.- ¿Qué significa coeficiente de curvatura? R. Es la relación (D30) ^2 / (D10 x D60) donde D10, D30, D60 son los diámetros correspondientes al 10%, 30% y 60% de material más fino, respectivamente tomados de la curva granulométrico. Cuando el suelo está bien graduado, el “Cc “estará comprendido entre 1 – 3. 4.- ¿Qué significa coeficiente de uniformidad? R. Es la relación D60/D10 o sea la relación entre el diámetro correspondiente al 60% y 10% más fino respectivamente, tomados de la curva granulométrica. Si Cu >4 en las gravas y mezclas de gravo arenosas. Si Cu > 6 los suelos son arenosas y mezclas arena gravosas.
7.- Que parámetros se toma en la selección de la muestra. R. Se toma como parámetro la humedad existente en toda muestra a ser ensayada. UNIV: RODRIGO ALEJO CONDORI
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6.- ¿Cuando el coeficiente de uniformidad da 0 y 1 que características tendría este suelo. R. Cuando el coeficiente de uniformidad da 0 o 1 se dice que son suelos muy uniformes.
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5.- ¿Cuando el coeficiente de curvatura da 0 y 1 y que características tendría el suelo. R. Si el suelo da 0 entonces tiene una mala graduación, en cambio si el suelo da 1 el suelo estará bien graduado.
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BIBLIOGRAFIA.
Mecánica de suelos…………………………………..Juárez Badillo. Guía de laboratorio de suelos…………………Ing. Sergio Barrientos. Mecánica de suelos…………………………………..Serie Shaunn. INTERNET……………………………………………………...ADSL GOOGLE Mecánica de Suelos ……………………………….…Ing. Germán Lizarazu Conocimientos generales del estudiante acerca de suelos.
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ANEXOS
UNIV: RODRIGO ALEJO CONDORI
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