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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

MECÁNICA DE SUELOS GRANULOMETRÍA DEL SUELO

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ASTM – D422

GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO • El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de granos presentes en una masa de suelos dada. • Para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de suelo. • Los tamices varían en tamaño desde 3” en la serie mas gruesa hasta el N°200 en la serie correspondiente a suelo fino. • La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva para poder comparar suelos y visualizar más fácilmente la distribución de los tamaños de granos presentes.

TAMAÑO DE PARTÍCULAS

Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en general son llamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño predominante de las partículas, ocasionalmente puede tener materia orgánica.

Las fracciones tendrán denominaciones, según el sistema:

 AASHTO: American Association Of State Highway and Transportation Official.  ASTM: American Society For Testing and Materials.

 SUCS: Unifield Soil Clasification System.

 Granulares: Gravas y Arenas (visible a simple vista). Gravas 63 mm > d > 2 mm Arena 2 mm > d > 0.063 mm  Finos: Limos y Arcillas (no visibles). Limos 0.063 mm > d > 0.002 mm Arcillas < 0.002 mm

 Granulares: (G) Gravas y (S) Arenas  Finos: (M) Limos y (C) Arcillas

GRAVA: Son fragmentos grandes de roca, fácilmente identificables a simple vista.

ARENA: Son aquellos fragmentos los cuales en muchas ocasiones son apreciables sin necesidad de ayuda de equipos adicionales (lupa, microscopio). Están compuestas por partículas de un tamaño considerable, tienen un mayor espacio entre partículas, el agua drena muy rápidamente a través de ella.

LIMO: Compuesto por partículas intermedias entre la arcilla y la arena, en estado húmedo es difícil de trabajar. Los limos son fracciones microscópicas del suelo que constituyen granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas que son fragmentos de minerales.

LIMO

ARCILLA: Son principalmente partículas sub microscópicas en forma de escamas. Es un suelo compuesto por partículas muy pequeñas y con muy poco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidad de retener el agua, pero el aire no puede penetrar en estos espacios, especialmente cuando ellos están saturados con agua. Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño de grano y no contienen necesariamente minerales arcillosos, las arcillas se definen como aquellas partículas que desarrollan propiedades de plasticidad cuando se mezcla con una cantidad limitada de agua.

ARCILLA

RELACIÓN PARTÍCULAS FINAS Y AGREGADOS  Suelos granulares sin finos:

• • • • • • •

Contacto grano a grano. Peso volumétrico variable. Permeable. No susceptible a las heladas. Alta estabilidad en estado confinado. Baja estabilidad en estado no confinado. No afectable por condiciones hidráulicas adversas.

 Suelos granulares con finos suficientes para obtener una alta densidad: • Contacto grano a grano con incremento en la resistencia. • Resistencia a la deformación. • Mayor peso volumétrico. • Permeabilidad mas baja. • Relativa alta estabilidad (confinado o no confinado) • No muy afectable por condiciones hidráulicas adversas.

 Suelos granulares con gran cantidad de finos: • • • • • •

No existe contacto grano a grano. Los granos están dentro de una matriz de finos. Este estado disminuye el peso volumétrico. Baja permeabilidad. Baja estabilidad (confinado o no). Afectable por condiciones hidráulicas adversas.

PRINCIPALES PROPIEDADES DEMANDADAS POR EL INGENIERO  Estabilidad Volumétrica: • Los cambios de humedad son la principal fuente para la inestabilidad, se levantan los pavimentos, se inclina los postes y se rompen tubos y muros.

 Resistencia Mecánica: • La humedad la reduce, la compactación o el secado la levanta.

 Comprensibilidad: • Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provoca desplazamientos.

TAMIZADO

REPRESENTACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA

Siempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica de la distribución granulométrica debe estimarse preferible a la numérica en tablas.

Realizando un gran número de ensayos con arena áspera filtros, Hazen encontró que la permeabilidad de dichas arenas en estado suelto depende de dos cantidades que denominó diámetro efectivo y coeficiente de uniformidad. El diámetro efectivo D10, llamado así por Hazen; es el tamaño tal que igual o mayor que el 10%, en peso, del suelo. El coeficiente de uniformidad U es igual a D60/D10, donde D60 es el tamaño de partícula que corresponde a 60%, en peso, del suelo, sea igual o menor.

En realidad la relación Cu 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 presentan Cu < 2. El coeficiente Cu se define con la siguiente expresión: Cu = D60 / D10

Como dato complementario, 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 anteriores, esta relación tiene un valor entre 1 y 3 en suelos bien graduados, con amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.

METODO DEL TAMIZADO ALCANCE

La norma describe el procedimiento para determinar cuantitativamente la distribución de las partículas de un suelo. ASTM D - 422 MTC E 107

FASES DEL ENSAYO: • • • • • • •

Cuarteo de la muestra. Secado en el horno. Lavado por la malla Nº 200. Secado en el horno de la muestra lavada. Tamizado de la muestra. Pesado del material retenido en cada tamiz. Correcciones y cálculos.

EQUIPO

Balanza: Con sensibilidad de 0.01 g. Tamices:

Horno: capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110±5°C (230±9°F). Tamizadora: Mecánica. Recipientes: Adecuados para el manejo y secado de las muestras.

OBJETIVO La determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de suelo. PROCEDIMIENTO

Reducir la muestra en forma representativa por medio del cuarteo. Se divide en cuatro la muestra y se junta los extremos, uno de los extremos se descarta, y la otra se vuelve a reducir hasta obtener la cantidad de muestra requerida

OBTENER UNA MUESTRA UNIFORME

DIVIDIR LA MUESTRA UNIFORME EN CUATRO PARTES IGUALES

• Tomar dos de las cuatro partes y mezclar. De estar forma reducir la muestra hasta completar el peso requerido.

• Pesar la muestra seleccionada y llevarla al horno por 24 horas.

Una vez seca y fría la muestra en el horno, ésta se debe pesar. Se anota el peso de la muestra secada al horno

• Para el lavado de la muestra se usa el siguiente equipo: la malla Nº 200, pipeta, y vasijas.

Lavado de muestras, la muestra cuarteada se pesa como peso total, se procede a realizar el lavado por la malla numero 200, para determinar el % mas fino que la malla # 200.

• Una vez lavada la muestra por la malla Nº 200, el material retenido debe secarse en el horno por 24 horas. Luego de esa etapa, se enfría la muestra y se pesa. Así se obtiene el peso lavado y secado al horno.

Después que el suelo esta seco se pesa, se hace pasar por una serie organizada de tamices, de orificios 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 perdidas de finos; el ultimo tamiz esta abajo y descansa sobre un recipiente (cazoleta) de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material mas 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.

Cada tamiz esta identificado con un numero, por ejemplo, malla #40, malla #100, malla #200, este numero indica el numero de abertura en una pulgada, sin embargo, debido a que el espesor del alambre de la malla puede variar, se ha optado por dar el tamaño de los orificios en milímetros.

El cribado por malla se usa para obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores del suelo, generalmente se llega hasta el tamaño de 0.074 mm (malla N° 200).

Dentro de este método existen dos procedimientos: el tamizado en seco y el tamizado por lavado. En general solo algunas mallas son suficientes para definir convenientemente una curva granulométrica.

Lavar la muestra a través del tamiz N° 200 y poner a secar en el horno el material retenido. (esto en el caso de análisis con lavado, que se realiza cuando la muestra tiene apreciable cantidad de finos). Obtener el peso de la muestra seca después de lavada. Obtener el peso del material que quedo retenido en cada tamiz.

Se calcula los porcentajes del material retenido en cada malla respecto del peso seco de la muestra original. % Retenido = ((mtotal – mpasa) / mtotal) x 100 % Retenido = (mretenida/mtotal) x100 Calcular el porcentaje que pasa cada tamiz restando de 100% el porcentaje retenido acumulado en dicha malla. % Pasa = 100 - % Retenido Acumulado

%

Retenido acumulado

=%

retenido anterior

+%

retenido

ENSAYO GRANULOMÉTRICO ASTM D – 422 Y MTC E 107

CUARTEO Se reduce la muestra en forma representativa por medio del cuarteo. La muestra cuarteada se pesa como peso total (A) procede a realizar el lavado por la malla numero 200, para determinar el % mas fino que la malla # 200

Se agita circularmente y lateralmente hasta obtener los retenidos y no pase ni una partícula de agregado por lo tamices, se pesan los retenidos ( c ).

CÁLCULOS % Material mas fino que la malla # 200=

(A – B) / A *100 % de retenidos en tamiz = C / A *100 A : Peso total B : Peso después del lavado por la #200 C : Peso retenido en cada tamiz

INFORME El informe deberá incluir lo siguiente: El tamaño máximo de las partículas contenidas en la muestra. Los porcentajes retenidos y los que pasan, para cada uno de los tamices utilizados. Los resultados se presentarán: (1) en forma tabulada, o (2) en forma gráfica, siendo esta última forma la indicada cada vez que el análisis comprenda un ensayo completo de sedimentación.

Las pequeñas diferencias resultantes en el empate de las curvas obtenidas por tamizado y por sedimento, respectivamente, se corregirán en forma gráfica

• • • •

De la curva se obtiene D10 = diámetro efectivo Cu= coeficiente de uniformidad = D60/D10 Cc = coeficiente de curvatura = D302/D10xD60

CURVA MAL GRADUADA (GP)

GRAVA BIEN GRADUADA (GW)

GRAVA ARCILLOSA (GC)

ARENA MAL GRADUADA (SP)

ARENA LIMOSA (SM)

ARENA ARCILLOSA (SC)

LIMO BAJA PLASTICIDAD (ML)

ARCILLA DE BAJA PLASTICIDAD (CL)

ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD (CH)

• • • • •

DX : Diámetro incógnita (10, 30, 60) DS : Diámetro de la malla superior DI : Diámetro de la malla inferior PS : Porcentaje que pasa por la malla superior PI : Porcentaje que pasa por la malla inferior

• D10 = 0.163

• D30 = 0.287

• D60 = 0.395

CONSIDERACIONES