Practica de Granulometria

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

FLNV- MVAG-07/08

MANUAL VISUALIZADO VERSION 2

COMPOSICIÓN GRANULOMETRICA DE LOS AGREGADOS FINOS, GRUESOS Y MUESTRAS

DE SUELOS

NOVIEMBRE 2003

FLNV-MVAG-07/08

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL Fecha: 28/11/2003

VERSION 2 MANUAL VISUALIZADO Pág. 1 de 16

METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA COMPOSICIÓN GRANULOMETRICA DE LOS AGREGADOS FINOS, GRUESOS Y MUESTRAS DE SU ELOS

NORMA A.S.T.M. C 136- / A.A.S.H.T.O. T-27 /MVAG-07/08

1 OBJETO El objeto de este ensayo es conocer la gradación del agregado.

2 DURACIÓN Con práctica se puede hacer el ensayo en el Laboratorio en 60 minutos después de tener el material secado a peso constante.

3 EQUIPOS Y MATERIALES REQUERIDOS

Figura 1 Equipo Requerido para agregado fino Figura 2 Equipos para agregado grueso

? Balanza, capacidad 2 Kg. min. con sensibilidad de 0,1gr. o 0,1% del suelo ensayado (para agregados finos).

? Balanza, capacidad 20 Kg. con

sensibilidad de 0,5 gr. o 0,1% del suelo ensayado (para agregados gruesos).

? Horno con control para mantener

temperaturas uniformes hasta 110 ºC + 5 ºC. (230 ºF + 9 ºF).

? Tamices: Nº 200, Nº 100, Nº 50, Nº 30,

Nº 16, Nº 8, Nº 4, tapa y fondo, 1 ½” (37,5 mm.), 1” (25,4 mm.), ¾” (19 mm.), ½” (12,5 mm.), 3/8” (9,5 mm.).

? Tamiz, Nº 4 de de 45 cm de diámetro

con marco de madera.

? Bandejas 60 cm. x 60 cm. x 5 cm.

? Bandeja, 20 cm. x 12 cm. x 7 cm. para secar muestras.

? Brocha , cepillo metálico fino. ? Brocha , pelo fino. ? Par de guantes, de asbesto. ? Rociador de agua. ? Cuchara de albañil. ? Lona, ó bandeja, ó superficie plana y

limpia para cuartear ó mezclar material. ? Reloj, contador de minutos con alarma.

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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA COMPOSICIÓN GRANULOMETRICA DE LOS AGREGADOS FINOS, GRUESOS Y MUESTRAS DE SUELOS

? Cuarteadores: uno para finos y otro

para gruesos. ? Tamizador mecánico para tamices de

20 cm de diámetro.

(véase figura 1 y 2)

4 INTRODUCCION

El Principio básico del análisis

granulométrico por el método del tamizado

es un proceso mecánico mediante el cual se

separan las partículas de un suelo en sus

diferentes tamaños, denominando, a la

porción menor de 0.074 mm (tamiz N°200)

como limo, arcilla, y coloide.

Este procedimiento determina el tamaño de

las partículas utilizando para tal fin tamices

de abertura especificada.

5 TERMINOLOGIA En el análisis granulométrico los suelos o

agregados se clasifican según el tamaño de

sus partículas en:

Rocas: Todas las partículas mayores a

3 pulgadas.

Gravas: Partículas menores de 3

pulgadas (Pasa 3”) y mayores de 4,75

mm (Retenido en el tamiz # 4).

Estas a su vez se clasifican en: Grava

gruesa (Pasa 3” y retenido en ¾”) y

grava fina (Pasa ¾” y retenido en #4).

NOTA 1 Las partículas menores de 0.074 mm se

conocen como partículas de grano fino

Arenas: Partículas menores de 4,75 mm

(Pasa # 4) y mayores de 0.074 mm (Retenido

en el tamiz # 200). Estas a su vez se clasifican

en: Arena gruesa (Pasa # 4 y retenido en #

10), arena media (Pasa # 10 y retenido en #

40) y arena fina (pasa # 40 y retenido en #

200).

Limos: Partículas menores de 0.074 mm

(Pasa # 200) y mayores de 0.005 mm.

Arcillas: Partículas menores de 0.005 mm y

mayores de 0.002 mm.

Coloides: Partículas menores de 0.002 mm.

6 SIGNIFICADO Y USO

Una muestra de agregado seco de peso

conocido se pasa a través de una serie de

tamices de aberturas progresivamente más

pequeñas para determinar la distribución de

tamaño de partículas.

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La gradación de un suelo indica las

proporciones en peso para cada tamaño de

grano dentro de un conjunto dado de

partículas.

El análisis granulométrico tiene, por lo tanto,

por objeto determinar el tamaño de los granos

que componen el suelo y la proporción de una

determinada fracción de granos como

porcentaje de la masa tot al de la muestra.

El conocimiento de la gradación es importante

para juzgar en general y para clasificar el

suelo, aunque a veces se encuentran usos

directos y prácticos de los resultados

experimentales (para juzgar la

compactibilidad, la trabazón, la permeabilidad

y las posibilidades de estabilización de los

suelos).

7 PREPARACION DE LA MUESTRA

Las muestras deben ser preparadas por

muestreo de pilas, bines o de un bache seco,

(véase Manual FLNV -MVAG 33 Muestreo de

agregados), en el caso de agregados o de una

calicata véase esquema figura 3; y por

monolito o perforación en el caso de muestras

de suelos.

Se tendrá uno de estos tres tipos de material:

A. Mezcla de finos y gruesos B. Finos (menor del tamiz Nº 4 ) C. Gruesos (mayor del tamiz Nº 4)

FIGURA 3 Recolección de muestra

La granulometría debe hacerse siempre por

lavado (lavar por el tamiz # 200) para separar

las partículas finas adheridas a la muestra.

NOTA 2 Las partículas menores a 0.074 mm (#

200) se determinan por Hidrometría (véase Manual

visualizado de Hidrometría FLNV-MVAG-09).

7.1 Mezcla de finos o gruesos

Se debe traer al laboratorio suficiente material,

para la realización del ensayo, debiendo

guiarse por el máximo material a ensayar. En

la tabla 1 se da las cantidades mínimas

requeridas por ensayo.

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Tabla 1 Peso de muestra requerida por ensayo

Tamaño Máximo Peso mínimo de la Muestra

3/8” (9,5 mm.) 6 Kg. ½” (2,5 mm.) 13 Kg. ¾” (19 mm.) 26 Kg.

1” (25,4 mm.) 52 Kg. 1 ½” (37,5 mm.) 78 Kg.

2” (50,8 mm.) 104 Kg.

8 PROCEDIMIENTO

La muestra es obtenida por medio del método del

cuarteo (véase Manual FLNV-MVAG-032

“Método de cuarteo de muestras”).

NOTA 3 Si el caso lo amerita, la muestra puede

lavarse húmeda, tomando una muestra

representativa de la misma para el ensayo de

humedad y restándole la humedad usando la

siguiente formula:

Ws = Wh (1)

(1 + (%W/100)

8.1 Finos o Gruesos

8.1.1 La muestra de finos o gruesos, obtenida

por cuarteo, se debe secar en el horno a una

temperatura de 105°C ± 5°C. (véase figura 4)

hasta un peso constante.

8.1.2 Después que la muestra esta seca a

peso constante, se retira del horno y se pesa.

Figura 4 Muestra ex traída del horno

8.1.3 Una vez estabilizado el peso se debe

anotar este valor como peso total de la

muestra (P.T.M.)

8.1.4 Si se pesa la muestra seca directamente

en la balanza se anota este peso en la planilla

de ensayo, ejemplo:

Peso muestra seca = 3.117,0 g

Si se pesa la muestra en un envase encima de

la balanza, Se debe pesar previamente el

envase a utilizar, y anotar ambos pesos en la

planilla de ensayo, por ejemplo:

Peso muestra seca mas recipiente = 3.567,0 g

Peso del envase 450,0 g

Por diferencia Peso muestra seca = 3.117,0 g

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8.2 Agregado que lavado en el tamiz # 200

8.2.1 Se debe vaciar la muestra en un envase

lo suficientemente grande y agregar agua

hasta cubrir la muestra, para que las partículas

finas queden suspendidas en el agua (véase

figura 5).

Figura 5 Inmersión de la muestra 8.2.2. Luego agitarla manualmente con mucho

cuidado, evitando ocasionar perdidas del

material (véase figura 6).

Figura 6 Lavado de muestra

8.2.3 Se coloca un tamiz # 4 (4.75 mm)

sobre un tamiz # 200 (0.074 mm) para

separar los agregados gruesos y así

proteger la fina malla del tamiz # 200

(0.074 mm). (véase figura 7).

Figura 7 Tamiz # 4 sobre tamiz # 200

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8.2.4 Se debe agitar la muestra y remo verla

para que los finos queden en suspensión en el

agua y luego verterla sobre los tamices.

Evitando en lo posible la pérdida de material.

(véase figura 8)

Figura 8 Vertiendo el agua sobre los tamices

8.2.5 Se añade agua limpia al envase que

contiene la muestra, se agita nuevamente la

muestra y se repite el vaciado del agua sobre

los tamices.

8.2.6 Se repite este proceso añadiendo agua

limpia al envase con la muestra, hasta que el

agua salga limpia y clara al agitarla.

NOTA 3 El material pasa #4 puede lavarse

directamente en el tamiz #200 utilizando el flujo de

agua proveniente del grifo del lavado o utilizando el

frasco lavador. Como puede obs ervarse en la

figura 9.

Figura 9 Lavado de material en el tamiz #200

8.2.7 El material retenido sobre los tamices

será colocado en un recipiente adecuado,

junto con la muestra lavada utilizando para

esto un frasco lavador, teniendo la precaución

de no dejar material adherido en el tamiz.

Por ultimo, se decanta el agua del recipiente

(véase figura 10).

Figura 10 Decantado del agua de la muestra

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8.2.8 Se seca la muestra en el horno a una

temperatura de 105 ºC ± 5 º C, por un tiempo

mínimo de 18 horas (dependiendo del tipo de

agregado) y hasta peso constante, (véase

figura 11).

Figura 11 Colocación de muestra en horno

8.2.9 Una vez sec a la muestra se deja

enfriar, y se procede a pesarlo para obtener

el peso total de la muestra.

8.2.10 Luego se vierte en el juego de

tamices y se separa en una serie de

fracciones en diferentes tamices (1 ½” (37,5

mm.), 1” (25,4 mm.), ¾” (19 mm.), ½” (12,5

mm.), 3/8” (9,5 mm.), Nº 4, Nº 8, Nº 16, Nº

30, Nº 50, Nº 100, Nº 200. (véase figura

12), el % retenido se puede calcular con la

ecuación 1 indica en los cálculos .

Figura 12 Muestra con tamices de diferentes

diámetros 8.3 Tamizado de agregado grueso

8.3.1 Al usar un tamizador mecánico, se debe

combinar el juego de tamices requeridos por

las especificaciones. El tamiz con aberturas

mayores, es montado en el nivel superior, y en

orden progresivo se termina con el fondo

ensamblado en el nivel inferior.

8.3.2 Se coloca la muestra en el tamiz superior

y se cubre con la tapa.

Si la muestra pesa más de 5 Kg., se

recomienda tamizar la muestra por porciones,

es decir una a la vez, ó conseguir y utilizar

tamices de mayor tamaño.

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Las muestras de agregado grueso para

análisis de cedazos deberán tener después

de secadas, los pesos mínimos siguientes:

Artículo I. TAMA

ÑO MAXIMO NOMINAL DE LA PARTICULA

*Pulg.

PESO MINIMO DE LA MUESTRA

*Kg .

3/8” 1 . ½” 2 ¾” 5 1” 10

1 ½” 15 2” 20

2 ½” 35 3” 60

3 ½” 100 4” 150

4 ½” 200 5” 300 6” 500

8.3 Tamizado de agregado fino

Para los finos se debe utilizar el juego de

tamices requerido por las espec ificaciones. Se

debe distribuir la muestra uniformemente en el

tamiz superior.

La duración para tamizar la muestra será

aquel tiempo en que no más del 1% del

residuo de un tamiz pase por su malla en un

minuto.

Es preciso hacer periódicamente, a mano, el

cernido de los finos y gruesos con un chequeo

de los resultados del cernido mecánico.

8.4 Realización de la granulometría

8.4.1 Con el tamiz de mayor abertura colocado

entre la tapa y el fondo, se inclina un poco

este conjunto y se sube y golpea contra la otra

mano que se mantendrá siempre en una

misma posición (véase figura 13).

Figura 13 Movimiento estándar de tamizado

8.4.2 Se golpea así con un ritmo de aprox. 150

golpes por minuto (véase figura 14) después

de cada 25 golpes se gira este conjunto 1/6

parte de una revolución.

A continuación se presenta de manera

esquemática las posiciones y giros del tamiz.

1º 25 golpes 2º 25 golpes 3º 25 golpes

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Figura 14 Cernido del material 8.4.3 Se pesa el retenido en el tamiz, y se

coloca la muestra que está en el fondo en el

tamiz subsiguiente con otro fondo (véase

figura 15 y 16).

Se repiten los golpes y pasos para todo el

juego de tamices.

Figura 15 Pesado del material retenido

8.4.4 Se debe separar el retenido en el tamiz

para pesarlo.

Figura 16 Vaciado de la muestra

NOTA 4 No se debe usar los dedos para pasar

agregados que pueden ser admitidos por las

aberturas del tamiz. Se deben dejar en el tamiz

Figura 17 No se debe hacer esto

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Es natural que existan partículas, en ciertos

agregados, con algún lado menor que la

abertura del tamaño donde se han retenido.

El método estándar indica que se debe agitar

un tamiz con la muestra hasta llegar a menos

del 1% del residuo que pasa el tamiz en un

minuto.

Se debe hacer pruebas con el material y los

tamices para determinar este tiempo.

Cuando se usa el tamizador mecánico, se fija

el tiempo en el reloj, con alarma, que

corresponda a aquel tamiz que necesite mas

tiempo para cernir el material.

8.4.4 Las fracciones retenidas en cada tamiz,

se pesan en la balanza de 0.01gr de

sensibilidad y se anotan en la planilla de

ensayo (véase figura 13).

Figura 13 Pesada y anotación de lectura

Ejemplo 1:

Peso muestra en el tamiz ¾” = 1.222,0 g.

Peso muestra en el tamiz ½” = 1.078. 0 g

Si se pesa el material con un envase, se debe

pesar y anotar el peso del envase también.

Cuando las especificaciones lo indiquen, las

fracciones de la muestra retenidas en cada

tamiz deberán ser lavados según el ensayo

A.S.T.M. C 117 para poder determinar la

cantidad total de finos menor al Nº 200.

Así se puede determinar el factor corrección

que debe ser aplicado a la granulometría

realizada en seco.

8.4.5 Se debe calcular el “% que pasa” de

cada tamiz por el procedimiento indicado en

su formulario, y anotar el “%” en números

redondos.

Ejemplo 2:

% que pasa ½” 26,0 %

Se anota el “%” de cada tamiz en números

redondos menos el % del Nº 200, el cual se

indica próximo a 0,1 %

Ejemplo 3:

% que pasa Nº 200 7,3%

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Figura 14 Tamizado mecánico de material 9 CRITERIOS DE PRECISIÓN Las estimaciones de precisión para este

método de ensayo están en la tabla 1 (véase

ANEXO A). Las estimaciones están basadas

en los resultados del “programa de muestreo

de eficiencia de laboratorios de materiales, de

referencia de la A.A.S.H.T.O” con ensayos

realizados por el método de ensayo A.S.T.M.

C136 y A.A.S.H.T.O. T 27.

Las estimaciones de precisión están basadas

en el análisis de los resultados de 65 a 233

ensayos de laboratorio realizados a 18 pares

de muestras de agregados gruesos y

resultados de ensayos de 74 a 222

laboratorios que ensayaron 17 pares de

muestras de agregados finos, realizados para

determinar eficiencia en los ensayos. (las

muestras Nº 21 a 90).

Los valores de la tabla están dados para

diferentes rangos de porcentaje total de

agregado que pasa cada tamiz.

Los valores de precisión para agregados finos

de la tabla 1 (véase ANEXO A) están basados

en muestras de peso nominal de 500 g. La

revisión de este método en 1994 permite que

el tamaño de la muestra de agregado fino

sea de 300 g mínimo.

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Los análisis de resultados de ensayos de

muestras de 300 g y 500 g para medir

eficiencia de ensayos, se realizaron en las

muestras 99 y 100 (las muestras 99 y 100

fueron esencialmente idénticas) y produjeron

los valores de precisión de la tabla 2 (véase

ANEXO A), en la que indica solamente

diferencias menores derivadas del tamaño de

las muestras.

NOTA 5 Los valores de agregados finos serán

revisados para reflejar el tamaño de la muestra de

300 g cuando se hayan realizado un número

suficiente de ensayos de eficiencia usando el

tamaño de las muestras que proporciona datos

confiables.

10 CALCULOS

El % de retenido parcial, se calcula en función

al peso total de la muestra (T).

% Ret = Peso Ret x 100 (1) T

Ejemplo 1: % Retenido Parcial: % Ret. en el tamiz 3” = 157.5 x 100 = 2.5 6300 % Ret . en el tamiz 2” = 252 x 100 = 4.0 6300 El % de retenido acumulado se obtiene

sumando en forma acumulada los % de

retenidos parciales.

Ejemplo 2: % Retenido Acumulado: En el tamiz de 3” = 2.5 En el tamiz de 2” = 2.5 + 4.0 = 6.5 En el tamiz de 1 ½” = 2.5 + 4.0 + 4.0 = 10.5 También puede ser: En el tamiz de 1 ½” = 6.5+ 4 = 10.5 El % que pasa cada tamiz, se obtiene

restando de 100 (% ) cada % retenido

acumulado en cada tamiz, o también

mediante la resta sucesiva de 100 menos

cada % retenido parcial.

Ejemplo 3: % que pasa cada tamiz Pasa 3” = 100 – 2.5 = 97.5 Pasa 2” = 100 - 6.5 = 93.5

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11 CURVA GRANULOMETRICA

La curva granulométrica es útil para el cálculo

del coeficiente de uniformidad (Cu) y el de

curvatura. El coeficiente de uniformidad se

calcula por medio de la siguiente formula:

Cu = D60 (3)

D10

D60 = Es el diámetro correspondiente al 60% pasante, obtenido de la curva granulométrica.

D10 = Es diámetro correspondiente al 10 %

pasante, obtenido de la curva granulométrica y es denominado también tamaño efectivo.

Ejemplo 4: De la Curva Granulométrica se

obtiene:

Cu = 6 = 54.5 0.11

El coeficiente de curvatura (Cc) puede ser

calculado mediante la siguiente expresión:

Cc = (D 30)2

(3) D60 x D10

Cc = (0.73)2 = 0.81 6 x 0.11

Donde: D30 = Es el diámetro correspondiente al 30%

pasante, obtenido de la curva granulométrica.

10.1 Preparación de la curva granulométrica En un papel semi logarítmico colocar en el eje

de las abscisas (Y) los porcentajes pasantes y

el eje de las ordenadas (X) los diámetros

respectivos, tal como se ilustra en la grafica N°

1.

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ANEXO A

Tabla 1 Precisión

Total porcentaje de Material pasante

Desviación estándar (1s), %A

Rango de aceptabilidad de dos resultados

(d2s), %A Agregado GruesoB:

Precisión para un solo laboratorista

<100 <95 <85 <80 <60 <20 <15 <10 <5 <2

?95 ?85 ?80 ?60 ?20 ?15 ?10 ?5 ?2 >0

0.32 0.81 1.34 2.25 1.32 0.96 1.00 0.75 0.53 0.27

0.9 2.3 3.8 6.4 3.7 2.7 2.8 2.1 1.5 0.8

Agregado GruesoB:

Precisión para dos o más

laboratoristas

<100 <95 <85 <80 <60 <20 <15 <10 <5 <2

?95 ?85 ?80 ?60 ?20 ?15 ?10 ?5 ?2 >0

0.35 1.37 1.92 2.82 1.97 1.60 1.48 1.22 1.04 0.45

1.0 3.9 5.4 8.0 5.6 4.5 4.2 3.4 3.0 1.3

Agregado Fino: Precisión para un solo laboratorista

<100 <95 <60 <20 <15 <10 <2

?95 ?60 ?20 ?15 ?10 ?2 >0

0.26 0.55 0.83 0.54 0.36 0.37 0.14

0.7 1.6 2.4 1.5 1.0 1.1 0.4

Precisión para dos o más

laboratoristas

<100 <95 <60 <20 <15 <10 <2

?95 ?60 ?20 ?15 ?10 ?2 >0

0.23 0.77 1.41 1.10 0.73 0.65 0.31

0.6 2.2 4.0 3.1 2.1 1.8 0.9

A Estos Números representan, los limites (1s) y (d2s) respectivamente descritos en la practica C670 B Las precisiones estimadas están basadas en tamaño máximo nominal de 19.0mm (3/4”).

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Tabla 2 Datos de precisión de ensayos para 300 g y 500 g

Ensayo de eficiencia del agregado fino

En el laboratorio

Entre laboratorios

Resultado de ensayo

Tamaño de

muestra

Número de laboratorio

s

Promedio 1s d2s 1s d2s

Total de material pasante

Nº4(%)

500g 300g

285 276

99.992 99.990

0.027 0.021

0.066 0.060

0.037 0.042

0.104 0.117

Total de material pasante Nº8(%)

500g 300g

281 274

84.10 84.32

0.43 0.39

1.21 1.09

0.63 0.69

1.76 1.92


Nº16(%)

500g 300g

286 272

70.11 70.00

0.53 0.62

1.49 1.74

0.75 0.76

2.10 2.12


Nº30(%)

500g 300g

287 276

48.54 48.44

0.75 0.87

2.10 2.44

1.33 1.36

3.73 3.79


Nº50(%)

500g 300g

286 275

13.52 13.51

0.42 0.45

1.17 1.25

0.98 0.99

2.73 2.76


Nº100(%)

500g 300g

287 270

2.55 2.52

0.15 0.18

0.42 0.52

0.37 0.32

1.03 0.89


Nº200(%)

500g 300g

278 266

1.32 1.30

0.11 0.14

0.32 0.39

0.31 0.31

0.85 0.85

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ANEXO 2

Grafica N° 1 Curva granulométrica .

Curva granulometrica

0102030405060708090

100

0,000,010,101,0010,00100,00

ABERTURA EN (mm)

% P

AS

AN

TE

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Practica de Granulometria

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