LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS04 de abril de 2014

ANALISIS GRANULOMETRICO(ASTM D 422-AASHTO T 88)

INTRODUCCION:Granulometra es la determinacin del rango del tamao de partculas en suelo expresado en porcentaje de peso (o masa), se lo representa mediante un grfico que relaciona el porcentaje que pasa cada tamiz con el dimetro respectivo en milmetros, este grafico se lo denomina curva granulomtrica.La variedad en el tamao de las partculas de suelos, casi es ilimitada; por definicin, los granos mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los ms finos son tan pequeos que no se pueden apreciar con un microscopio corriente. Debido a ello es que se realiza el Anlisis Granulomtrico que tiene por objeto determinar el tamao de las partculas o granos que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distinto tamao que el mismo contiene.Para esto existen tres mtodos para poder determinar la distribucin granulomtrica de los suelos, los mismos que dependen del tamao de las partculas, estos mtodos son: Anlisis granulomtrico mediante tamices. Anlisis granulomtrico mediante el hidrmetro. Anlisis granulomtrico combinado.ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMICES El propsito del anlisis granulomtrico por tamices, llamado tambin Anlisis Mecnico, es determinar el tamao de las partculas que constituyen un suelo y fijar el porcentaje con respecto al peso total la cantidad de granos de distintos tamaos que existen en ese suelo. El anlisis granulomtrico consiste en hacer pasar el suelo a travs 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 relacin al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que pasan por cada tamiz. En la siguiente tabla, presentamos los distintos tamaos de las aberturas de los tamices que actualmente se utilizan en el anlisis mecnico de los suelos. El nmero de malla significa el nmero de aberturas por pulgada lineal de tamiz. Esta especificacin fue realizada por Tyler y es la forma de reconocer un tamiz de nmero dado.TablaNo. 1US BUREAU OF STANDARDTYLER STANDARD

TAMAO DE LAS ABERTURAS DE LOS TAMICES NORMALIZADOS.TablaNo. 2

El mtodo mecnico o Granulometra por tamizado, se realiza hasta las partculas de suelo retenidas en el tamiz N200 (0.074mm.), y consiste en hacer pasar el suelo a travs de un juego de tamices de aberturas conocidas, y fijar en porcentaje con respecto al peso total la cantidad de granos de distintos tamaos que existen en un suelo.En la tabla mostrada a continuacin, se presenta una descripcin ms o menos arbitraria, pero nos da una idea del dimetro de las partculas desde los ms gruesos hasta los ms finos.

ESCALA DE TAMAOSDebido a la gran variedad de tamaos de los granos de suelo, se ha tratado de dividir en secciones toda la escala de tamaos. Existiendo varias proporciones y la ms aceptada es la escala adoptada por la ASTM (American Society for testing and Materials). En esta escala, las gravas corresponden a las partculas ms gruesas e incluye los granos mayores al tamiz N 4 (4.76 mm), la aren est comprendida entre el tamiz N 4 y el N 200 (0.074 mm). Los granos finos menores que el tamiz N 200 se subdividen en limos, correspondientes entre el N 200 y mayores a 0.002 mm y las arcillas son ms finas que 0.002 mm.CURVA GRANULOMETRICAEs la representacin grfica de la granulometra y permite dar una visin objetiva de la distribucin de tamaos de los granos del rido. Sirve tambin para comparar visualmente diferentes materiales entre s, y para comparar u material con los lmites recomendados por la norma o especificacin. La mejor manera de representar la graduacin de los suelos es haciendo uso de las curvas granulomtricas. Los diferentes tamaos de los granos se dibujan en mm, en el eje de las abscisas en escala logartmica y los porcentajes en peso del material que pesa cada tamiz en las ordenadas a escala natural a escala natural. Por ejemplo un punto A, nos indica que el 83% en peso del suelo total es ms fino que 0.2 mm.La unin de varios puntos, como el A, no da lo que se llama Curva Granulomtrica 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. A veces se presenta inflexiones en las curvas, lo que indica que el material ensayado es de graduacin incompleta.Todos los resultados son registrados ordenadamente en una Tabla. Con los valores del tamao de las aberturas del tamiz en milmetros ubicados en orden inverso en el eje de las abscisas en escala logartmica y el porcentaje de la masa de suelo que pasa ubicada en el eje de las ordenadas, se traza la curva de distribucin del tamao de partculas como se muestra en la Figura.

Parmetros de la Curva de distribucin del tamao de partculas.A partir de la curva de distribucin del tamao de partculas, se puede obtener cantidades en porcentaje de un tamao de partculas especial que contenga el suelo. El dimetro de la partcula (Di) se refiere al tamao del grano o dimetro aparente de una partcula de suelo y el subndice que lo acompaa indica la cantidad de partculas en porcentaje ms pequeas que esta. Por ejemplo: D10= 2 mm, significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en dimetro que 2 mm. El dimetro D10 es llamado dimetro o tamao efectivo del suelo, este al igual que el: D60, D30, D25 y D75, son tamaos especiales de las partculas que contiene el suelo para evaluar la distribucin del tamao de partculas del suelo.

Curvas de distribucin del tamao de partculas de cinco suelos (Coduto, 1999). (a) Suelo de grano grueso (grava y arena). (b) Suelo bien gradado con una amplia variedad de tamaos de partcula. (c) Suelo de grano grueso con una reducida variedad de tamaos de partcula. (d) Suelo con gradacin hueca, no contiene un cierto rango de tamaos de partcula. (e) Suelo compuesto de partculas finas (limo y arcilla).a) Coeficiente de uniformidad (Cu).Coeficiente de uniformidad de un suelo se puede definir de la siguiente manera, es la relacin del tamao correspondiente al 60% de la curva granulomtrica con respecto al 10 %.Este parmetro evala el grado de similitud en tamao de las partculas del suelo, que ser: Dimetro equivalente, es el dimetro por el cual pasa el 10% de la muestra. Dimetro por el cual pasa el 60% de la muestra.Los suelos que tienen un Cu menor a 4, se dice que son uniformes; los suelos que tengan un Cu mayor a 6, estn bien graduados.b) Coeficiente de curvatura (Cc).Este coeficiente refleja la curvatura de la curva granulomtrica y est dado por la siguiente relacin: Donde D10, D30 y D60 son correspondientes al 10%, 30% y 60% de la curva granulomtrica. Cuando el suelo est Bien Graduado, el coeficiente de curvatura Cc estar entre 1 y 3.APLICACIN DEL ENSAYOAl realizar un anlisis granulomtrico se tiene las siguientes aplicaciones: Poder clasificar los suelos de acuerdo a su graduacin. Analizar el material ms factible para la construccin de pavimentos. Calcular el coeficiente de permeabilidad en una forma aproximada.OBJETIVO GENERAL:El objetivo principal que persigue este ensayo de laboratorio, es el de poder clasificar el suelo, segn el tamao de sus partculas por medio de la granulometra. Establecer los requisitos de gradacin y calidad para los agregados (finos y gruesos) para uso en concreto.OBJETIVOS ESPECIFICOS: Determinar la cantidad en % de diversos tamaos que constituyen el suelo, en cuanto al total de la muestra utilizada. Verificar si el suelo puede ser utilizado para la construccin de proyectos. Conocer la utilizacin de los instrumentos del laboratorio. Conocer y definir ciertas caractersticas importantes del suelo como son: La Permeabilidad, Cohesin, altura de ascenso capilar, y facilidad de drenaje. Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaos del agregado (fino y grueso) y con estos datos construir su curva granulomtrica. Calcular si los agregados (fino, grueso) se encuentran dentro de los lmites para hacer un buen diseo de mezcla. Determinar mediante el anlisis de tamizado la gradacin que existe en una muestra de agregados (fino, grueso). Conocer el procedimiento para la escogencia de un agregado grueso y fino en el diseo de mezcla, para elaborar un concreto de buena calidad. Determinar el coeficiente de uniformidad (Cu), (Uso de la curva granulomtrica). Determinar el coeficiente de curvatura (Cc), (Uso de la curva granulomtrica). Determinar los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla en la curva granulomtrica. Concluir si el suelo ensayado es uniforme o bien graduado (Cu).DESCRIPCION DEL EQUIPO: Juego de tamices: Serie Grueso (2, 1 , 1, 3/4, 3/8, #4, #10). Serie Fina (#20, #40, #100, #200):El tamiz o criba que se muestra en la Figura, consiste de un plato de acero inoxidable con una malla metlica adherida en la parte inferior con aberturas de tamao uniforme. Existen dos tamaos estndar de tamices los de 8 y 12, mostrados en la Figura, respectivamente.

Tamices para el anlisis mecnico del suelo de grano grueso. (a) Tamiz. (b) Tamiz de 8. (c) Tamiz de 12.

Cuarteador, vibrador mecnico:

Es un equipo de laboratorio donde se instalan las diferentes medidas de tamices, este agita todo el conjunto de tal manera que el suelo puede descender por todos los tamices que clasifican el tamao de las partculas. Se instalan los tamices en forma descendente, el de mayor abertura en la parte superior y el de menor abertura en la parte inferior, el suelo es colocado en el tamiz superior y tambin se coloca un plato en la parte inferior del ltimo tamiz para recibir la fraccin ms fina de suelo. Deben seleccionarse con cuidado los tamices que se van a instalar, el tamizador permite regular la intensidad y el tiempo del tamizado. Balanza con una sensibilidad de 0.1gr:Son instrumentos diseados para la determinacin de masas de diversas sustancias. La masa se define como la cantidad de materia, mientras que, peso es la fuerza gravitacional de atraccin que la Tierra ejerce sobre los cuerpos. La densidad es la masa del cuerpo por unidad de su volumen.Se disponen de diversos tipos o modelos de balanzas. El tipo ms empleado en el laboratorio es la balanza analtica, la que cuantifica la cantidad de masa de las sustancias de trabajo, con una sensibilidad de 0,1 gr. Generalmente la `carga mxima de este instrumento vara entre 100 y 200 gr. En la actualidad existen balanzas analticas de mayor sensibilidad.Las balanzas de precisin se colocan dentro de cajas de cristal para protegerlas del polvo y evitar pesadas incorrectas por corrientes de aire. Es posible apreciar hasta 10-6 g.Actualmente son muy utilizadas las balanzas electrnicas.

Horno Elctrico:Funcionan a electricidad, se utilizan para las operaciones donde se demandan temperaturas de fundicin, o de fusin i de alguna sustancia o compuesto, o realizar conocimiento de algn producto acabado o en el secado o cochura de los objetos cermicos.

Taras:Las taras son instrumentos de laboratorio, diseados como recipientes, los mismos son resistibles al calor adems de ser resistibles a la fractura. Sirve para depositar mezclas contenidos en ellas, para ser pesados. Mazo de goma:Es un instrumento en laboratorio, es prcticamente un mazo con un extremo hecho de goma, es de mucha utilidad cuando se trata de triturar algunas muestras conglomeradas.Sirve para separar mecnicamente a golpes las partculas adheridas del suelo.

Cepillo metlico:Es un cepillo como indica su nombre, este instrumento es metlico, muy til para hacer la limpieza de algunos instrumentos, adems de servir tambin para separar los materias finas de las gruesas (piedras), mediante el cepillado.

PROCEDIMIENTO:Material Grueso: Secar la muestra a medio ambiente por el lapso de 24 horas. Vaciar la muestra en un recipiente y golpearla con el mazo de goma para deglutinarla. Cuartear el material y quitar los finos al material ms grueso con ayuda del cepillo. Pesar toda la muestra y hacerla pasar por el tamiz #10, la cantidad retenida es considerada como material grueso y la que pasa como material fino. Del material que pasa el tamiz #10, tomar 200gr. Para la determinacin de la humedad higroscpica. Armar la serie de tamices para el material grueso (2, 1 , 1, 3/4, 3/8, #4, #10) y tamizarlo con la ayuda del vibrador mecnico. Colocar lo retenido por cada tamiz en una tara y determinar su peso.Material fino: Tomar 200gr del material que pasa por el tamiz #10, vaciarlo en el tamiz #200, y lavarlo hasta que el agua que caiga este cristalina. Una vez que la muestra este limpia con ayuda del chorro de agua vaciamos la misma en una tara, para posteriormente llevarla al horno durante 24 horas. Armar la serie de tamices para el material fino (#20, #40, #100, #200) y tamizar la muestra que fue llevada al horno con ayuda del vibrador mecnico,(durante 10 minutos aproximadamente). Colocar lo retenido por cada tamiz en una tara y determinar su peso.TABULACION DE DATOS: PROCEDENCIA DE LA MUESTRA DE SUELO La muestra es proveniente de la localidad de Cala Cala (Betanzos) PARA DETERMINAR LA HUMEDAD HIGROSCOPICA (%w).

TABLA PARA EL MATERIAL GRUESO.

TABLA PARA EL MATERIAL FINO.

CALCULOS:Calculo Humedad Higroscpica (). Datos (Laboratorio):

Como: Con las expresiones determinadas: y , Tenemos que: (Sol.) Determinacin del peso real (Seco) de la muestra ensayada.Peso retenido (#10) = 4664,8gr (Suelo seco)Peso que pasa (#10) = 7000gr - 4664,8gr = 2335,2gr (Suelo hmedo) Peso que pasa (#10) = 2335,2gr (Suelo hmedo) (Sol.) Peso seco de la muestra para la serie fina (200gr).200gr para determinar la Humedad Higroscpica (%w).200gr (hmedos) para lavado y tamizado en la serie fina.

(Sol.) Peso Retenido (gr)

Peso Retenido Acumulado (gr)

Po Porcentaje Retenido Acumulado (%).

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Porcentaje que pasa (%)Serie Gruesa

Calculo del Coeficiente de Uniformidad (Cu) Datos (De la curva granulomtrica graficada):

Como : ;Entonces:

(Sol.) Calculo del Coeficiente de Curvatura (Cc)Datos (De la curva granulomtrica graficada):

Como: ; Entonces:

(Sol.)RESULTADOS:De todo el proceso analtico se tiene los siguientes resultados: Coeficiente de Uniformidad (Cu): Coeficiente de Curvatura (Cc) : Tambin con la tabulacin de datos procesados la tabla queda de la siguiente manera:

Entonces los valores y parmetros a usarse para la grfica respectiva queda se la siguiente forma:

GRAFICAS:

Coeficiente de Uniformidad (Cu): Suelo no uniforme; Coeficiente de Curvatura (Cc): Suelo bien graduado ; (1-3)CONCLUSIONES: Se considera que una buena granulometra es aquella que est constituida por partculas de todos los tamaos, de tal manera que los vacos dejados por las de mayor tamao sean ocupados por otras de menor tamao y as sucesivamente. Se observ que en el tamiz de 3/8" se retuvo el mayor peso para el agregado grueso y en el agregado fino se retuvo el mayor peso para el tamiz # 20. En el Agregado Fino se observ que hay gran variedad de tamaos; ya que si tenemos arenas muy finas se obtienen mezclas segregadas y costosas mientras que con arenas gruesas mezclas speras; por esto se debe evitar la utilizacin de cualquiera de los dos extremos. Las curvas granulomtricas dadas en nuestro laboratorio tienden a semejarse a las curvas granulomtricas recomendadas por la Norma, la cual establece unos lmites para los agregados tanto fino como grueso. Las granulometras ideales solo existen a nivel terico y difcilmente se pueden reproducir en la prctica, en nuestro laboratorio hay lmites que se encuentran fuera del intervalo de recomendado por la NTC #174. pero esto no quiere decir que nuestro agregado utilizado no de las resistencias esperadas en el diseo de mezclas. Se pudo determinar y observar que mediante nuestro anlisis granulomtrico y determinacin de la curva granulomtrica existe grava en mayor porcentaje. Se determina el nombre del suelo ensayado, en funcin del porcentaje de partculas; Suelo Grava-Arenoso-Limoso. Se estima que los datos y valores calculados analticamente son coherentes, ya que con los mismos se obtuvo la curva granulomtrica, el cual tambin se es aceptable de acuerdo a la morfologa de grficas para granulometras (Norma). Los coeficientes calculados nos determinan que la muestra del suelo ensayado es un Suelo no Uniforme y Suelo bien Graduado. Se logr llegar a cumplir con todos los objetivos trazados anteriormente. El ensayo y proceso del mismo resulto ser satisfactoria.

CUESTIONARIO:1. Es necesario dividir la muestra a tamizar en serie gruesa y fina? Por qu? En laboratorio para hacer un ensayo de anlisis granulomtrico es muy importante realizar la divisin de la muestra en cuestin, una en serie gruesa y otra en seria fina, esto para lograr una ptima conclusin en cuanto a su anlisis. Se le separa los agregados gruesos y finos para ser analizados por separado ya que para la serie fina se le debe hacer un anlisis mucho ms especfico en cuanto a comportamiento.2. Qu datos se obtienen de la curva granulomtrica? Justifique el uso de los coeficientes de uniformidad y curvatura.De la curva granulomtrica se obtienen los coeficientes de uniformidad y curvatura, adems tambin los coeficientes de distribucin como tambin el dimetro efectivo,Tambin de la curva se determinan los porcentajes de cada tamao de grano como ser grava, arena, limo y arcilla.3. Qu es un cuarteo y cual su utilidad?Un cuarteo es un mecanismo de vibracin en los tamices armados para ser tamizados, un cuarteo tiene la particularidad de sacudir mecnicamente a los tamices para cumplir con la separacin de tamao de granos de una muestra de suelo. Su utilidad radica en el tamizado un en ensayo.4. Qu suelo es ms conveniente para una fundacin uno uniforme o uno bien graduado? Por qu?Para una fundacin es conveniente tomar un suelo bien graduado , porque este tipo de suelos son conglomerados que contienen granos de todos tamaos el cual le hace ms resistible, ya que un conglomerado de suelo es una muestra consolidada ya que sus vacos estn ocupados por materia fina tambin.

UNIV.: EVER GUZMAN BALCAS CIV-221 A PAGINA