Ensayo 3 Granulometria

Ensayo N° 3 Análisis granulométrico

CONCEPTO.- Granulometría es la determinación de los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla que se encuentra en cierta masa de suelo. El método mecánico se usa en caso de que los suelos sean granulares lo que permite 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. que equivale a 4’ hasta 0.074 mm. que equivale al tamiz No 200 que significa que una pulgada esta dividida en 200 partes iguales, los cuales pertenecen a la serie de tamices de U.S. Bureau of Standard. El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por 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.

OBJETIVO GENERAL.- El objetivo general de esta práctica es el de clasificar un determinado suelo respecto al tamaño de las partículas de cual la componen. Ordenando desde el tamaño mas grande al mas pequeño mediante una curva.

FUNDAMENTO TEÓRICO.- Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo, ofrecen un criterio obvio para una clasificación descriptiva del mismo. Tal criterio fue usado en Mecánica de Suelos desde un principio e incluso ante de la etapa moderna de esta ciencia. Originalmente, el suelo se dividía en tres o cuatro fracciones debido a lo engorroso de los procedimientos disponibles de separación por tamaños. Posteriormente, con el advenimiento de la técnica del cribado, fue posible efectuar el trazo de curvas granulométricas, contando con agrupaciones de las partículas del suelo en mayor número de tamaños diferentes. Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los tamaños finos, gracias a la aplicación de técnicas de análisis de suspensiones.

Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel | Universidad Autónoma Tomás Frías

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Algunas clasificaciones granulométricas de los suelos según su tamaño, son las siguientes:

A continuación exponemos una descripción aproximada que nos da el diámetro de las partículas desde los más gruesos hasta los más finos:


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Debido a la gran variedad de tamaños de granos se ha tratado de dividir en secciones toda la escala de tamaños existiendo para esto varios tipos de proporciones y el más aceptable es la adoptada por A.S.T.M. (American Societi for Testing and Materials) en esta escala las gravas corresponden a las partículas más gruesas que incluyen a los granos mayores al tamiz No 4 (4.76 mm), la arena esta comprendida entre el tamiz No 200 (0.074mm). Los granos finos menores que el tamiz No 200 se subdividen en limos que son mayores a 0.002 mm. y menores a 0.002 mm. se encuentran las denominadas arcillas. Puede notarse que las clasificaciones anteriores y otras existentes se contradicen en ocasiones, y a un intervalo que se nombra de una manera en una clasificación, le corresponde otra palabra en otro sistema. Pero sin duda, la objeción más importante que puede hacerse a estos sistemas es el uso que hacen de las palabras limo y arcilla para designar fracciones de suelo definidas exclusivamente por tamaños. Estos términos se han usado en ingeniería como nombres para designar tipos de suelo con propiedades físicas definidas; la razón por la que estos nombres se introdujeron para ciertas fracciones de tamaños fue la idea errónea de que tales tamaños eran las causas de aquellas características típicas. Sin embargo, hoy se sabe que las características de una arcilla típica se deben en forma muy preponderante a las propiedades de su fracción más fina.

Tamaño patrón de tamices Todos los tamices de tipo U.S pueden conseguirse en un diámetro de 20 cm. la mayoría en 30.5 cm. Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas

rectangulares que varían en tamaños desde 101.6 mm. (4”) en la serie más gruesa hasta el No 400 (0.038 mm.) en la serie correspondiente al suelo fino.


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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. La gráfica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenas se refieren a porcentaje, en peso, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un módulo práctico de escala. La forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño, estará representado por una línea vertical (pues el 100% de sus partículas, en peso, es de menor tamaño que cualquier mayor que el que el suelo posea); una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado). Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad.


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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 queel 10%, en peso, del suelo. En realidad es un coeficiente de no uniformidad, pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con

< 3 se

naturales muy uniformes rara vez presentan

considera muy uniforme; aun las arenas <2.

Como dato complementario, necesario para

definir la uniformidad, se define el coeficiente de curvatura del suelo con la expresión.

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.


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MATERIAL Y EQUIPO.-

balanza con una sensibilidad de 0,1 gr

serie de tamices de malla cuadrada (AASHTO STANDARD)

cuarteador

Horno con una temperatura de 105 + - 5 °C

Vibrador mecánico

Depósitos y taras


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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.-



Antes que nada se debe hacer secar la muestra obtenida al menos durante 24 hrs. A temperatura ambiente.



Posteriormente se lo lleva a un recipiente para empezar a dar golpes sucesivos con un mazo hecho de goma y mango de madera para poder destrozar algunos restos de suelos aglutinados.



Luego se procede a cuartear la muestra y ayudándose con un cepillo se limpia las rocas que pudieran tener restos de muestras finas.



Una vez seleccionada toda la muestra se lo lleva a pesar en una tara el cual será el peso inicial.



Se toma el tamiz #10 y se comienza con el tamizado, el material que es retenido se lo considera como muestra gruesa y lo que pasa como muestra fina.



De la muestra fina se toma 200 gr para su posterior análisis de serie fina.



Se toman diferentes taras y se los pesa para luego se puedan determinar los pesos retenidos en cada tamiz.



Se procede a determinar el peso retenido de muestra gruesa en los siguientes tamices: (1 ½”,1”,3/4”,3/8”,#4 y #10) donde dichos pesos se los anota en la planilla correspondiente.



Luego se toma 200 gr de la cantidad de muestra de suelo que pasa por el tamiz #10 para que se lo considere como material fino y se procede al lavado en el tamiz # 200 asi pues se lo tomará en cuenta el material retenido en este tamiz,

“para que sea un buen trabajo de lavado el agua que pase el tamiz 200 deberá estar cristalina” y luego puesto en el horno y esperar a que seque durante 24 hrs. A una temperatura de 105 + - 5 °C. 

Una vez secado y sacado del horno se procede a tamizar esa cantidad de suelo en los siguientes tamices: #40,#100 y #200 durante aproximadamente 10 min. De igual manera los pesos retenidos en cada tamiz es pesado y anotado en la planilla correspondiente.


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CALCULOS.DATOS PARA LA HUMEDAD HIGROSCOPICA Muestra humeda + cápsula

320,5 gr

Muestra seca + cápsula

318,0 gr

Peso de la cápsula

120,5 gr

Peso de la muestra húmeda

200 gr

Peso de la muestra seca

197,5 gr

Peso del agua

2,5 gr

Humedad higroscópica

1,27 %

Fórmula a utilizar: 

W%=



 

humedad higroscópica

DATOS PARA LA MUESTRA TOTAL SECA Muestra total húmeda

6000 gr

Peso retenido en #10

3529 gr

Peso pasa #10 húmedo

2690 gr

Peso pasa #10 seco

2656,26 gr

Muestra total seca

6185,26 gr

Fórmula a utilizar: Wpasa#10(seco)=

  



Wtotal (seco) = Wret#10 + Wpasa#10(seco) NOTA: existe un error en la medición por la descalibracion de la balanza ya que no se pesó exactamente 6000 gr como muestra húmeda, sino 6185,26 gr, existe un sobre peso de lo estimado de 185,26 gr por lo tanto se trabajará con los 6185,26 gr para evitar errores. Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel | Universidad Autónoma Tomás Frías

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DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMICES DE LA SERIE GRUESA Nº DE TAMIZ

PESO TARA

PESO RETENIDO MAS TARA

PESO RETENIDO

PESO RETENIDO ACUMULADO

TAMIZ

% QUE PASA

gr

gr

gr

gr

%

mm.

%

1 plg

190

274,5

84,5

84,5

1,36

25,4

98,64

3/4 plg

190

450

260

344,5

5,54

19,1

94,46

3/8 plg

190

1215

1025

1369,5

22,02

9,52

77,98

#4

190

1269

1079

2448,5

39,37

4,76

60,63

# 10

190

1270,5

1080,5

3529

56,75

2

43,25

NOTA: En laboratorio se consideró 6 kg para poder realizar el ensayo pero por motivos de fallas en la precisión de la balanza y al tener un cierto grado de des calibración pues la medida de peso no fue exactamente 6 kg sino 6,219 kg como se indica en la tabla mostrada, por tanto se realizó todo el proceso de cálculo con este último dato que se confirmó calculando el peso retenido en cada tamiz más lo que pasa.

DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMICES DE LA SERIE FINA Nº DE TAMIZ

PESO TARA

PESO RETENIDO MAS TARA

PESO RETENIDO

PESO RETENIDO ACUMULADO

gr

gr

gr

gr

%

mm.

% PARCIAL

% TOTAL

#40

170

240

70

70

35,44

0,420

64,56

28,13

# 100

170

197

27

97

49,11

0,149

50,89

22,17

# 200

170

179,5

9,5

106,5

53,92

0,074

46,08

20,08

TAMIZ

% QUE PASA

Para calcular el % total se hizo la siguiente regla de 3: 43,25 ------ 100% x

------- y

y de esta manera se hizo para los demás % en la serie fina manteniendo 43,25 como cte. Y haciendo variar y respecto al % parcial Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel | Universidad Autónoma Tomás Frías

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diametro (mm)

% que pasa

25,4

98,641

19,1

94,461

9,52

77,979

4,76

60,629

2

43,255

0,420

28,127

0,149

22,171

0,074

20,075

CURVA GRANULOMETRICA

100 90 80 70 a s a p e u q %

60 50 40 30 20 10 0 100

10

1

0.1

0.01

diametro (mm)


10



Cálculo para el valor del diámetro efectivo Fórmula:

D10 Este diámetro no es posible calcular ya que no se encuentra dentro de la curva granulométrica, la razón por la cual no se encuentra es que al momento del lavado de la serie fina, hubo partículas diminutas el cual pasó el tamiz #200 y se los desecho en donde se podría considerar que D10 tiene granos mas fino que

0,1

mm por tanto D10 < 0,1 mm 

Determinación de los valores: D30, D60 y D75 D30= 0,6 mm D60= 5 mm D75= 8,8 mm



Cálculo del coeficiente de uniformidad

 

 

Como ya se explicó anteriormente el D10 se considerará < 0,1 mm CU > 6 Por tanto se considera un suelo bien graduado 

Calculo del coeficiente de curvatura

 

()   

Cc=1,44

“SUELO BIEN GRADUADO”


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

Clasificacion del suelo mediante la curva granulométrica y los coeficientes mencionados. Según el ensayo realizado, la muestra tiene la siguiente clasificación : GRAVA-ARENOSA (bien graduada) Y obervando la curva granulométrica se tiene aproximadamente: 20,1 % de arena 79,9 % entre gravilla y grava



Curvas de fuller El trabajo titulado “Las leyes del proporcionamiento del concreto” presentado en 1907 por Fuller y Thompson se considera como el punto de partida para todos los desarrollos posteriores sobre curvas granulométricas, Fuller y Thompson concluyen que toda curva de gradación ideal presenta un comportamiento elíptico en su fracción fina, la cual incluye al cemento, esta curva converge con una línea recta tangente a la elipse en las siguientes fracciones. La ecuación general para la parte elíptica de esta curva, esta dada por:

donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x. A y b son constantes que representan los ejes de la elipse del tamaño máximo (D)

y su valor depende

del agregado y de la forma de las partículas; estos valores se

muestran en la tabla 3.6. Estas constantes fueron dadas de tal manera que a mas angulosas son las partículas de agregado es más amplio el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En esta curva ideal, Fuller y Thompson encontraron que para un valor de y igual al 7% el valor de x era de 0.074 mm, es decir, que el 7% de la masa está constituido por partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o sea la fracción que pasa el tamiz Nº 200, mas el cemento. Posteriormente, la curva continua con su forma elíptica, hasta un valor de


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x aproximadamente igual al 10% del tamaño máximo, y a partir de este punto sigue como una línea recta.

CURVAS DE FULLER


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CUESTIONARIO ¿Cuál es el significado de D75 y cual es su función? D75 se refiere al 75 % de los tamaños de granos definidos en la curva granulométrica y su función es el de mostrar que el 75 % de la muestra de ensayo tiene un determinado tamaño respecto a los granos que la componen.

¿Por qué se realiza el estudio del material fino con 200 gr? Porque el material fino tiene una uniformidad en los tamaños de sus granos por el cual por norma solo se consideran 200 gr en otros casos se toman 500 gr dependiendo del tipo de suelo que se tiene mientras más fino es la muestra obtenida in situ.

¿qué aplicabilidad desde el punto de vista práctico tiene el análisis granulométrico? Se aplica más que todo a graduar de buena manera la muestra que se obtuvo respecto al tamaño de los granos el cual la componen dicha muestra.

CONCLUSIONES: En conclusión se debe mencionar que hubo errores al medir los diferentes pesos en la balanza ya que esta se encuentra descalabrada y con bastante uso lo cual genera diferentes errores en su medición, por otro lado la curva granulométrica pudo haberse extendido mucho más si se hubiera hecho otro análisis más minucioso a la cantidad de suelo que paso el tamiz #200 al momento del lavado ya que son granos más finos que el tamiz mencionado y lo cual dificultó determinar el diámetro efectivo, sino se hubiera hecho el lavado y en su lugar usado tamices más finos de seguro que el ensayo de granulometría seria más completo y exacto, con mayor precisión a la hora de clasificar el tipo de suelo que se tiene


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Ensayo 3 Granulometria

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