Ensayo de Granulometria

GEOTECNIA I

INFORME DE LABORATORIO

PRACTICA N°1: DETERMINACION DEL ANALISIS GRANULOMETRICO DE LOS SUELOS METODO MECANICO ASTM D422- 63

GRUPO N°2

INGENIERIA CIVIL V SEMESTRE

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL SINCELEJO, SUCRE 2013

INTRODUCCIÓN

En el campo se pueden encontrar una gran variedad de suelos que dependiendo tanto del lugar como de la profundidad en la que este se encuentre, variaran sus características. Debido a esto es importante determinar el tipo de suelo para conocer sus propiedades y el comportamiento influenciado por el tamaño y forma de las partículas predominantes. Por tal razón se debe hacer un estudio de suelo para determinar la distribución y el tamaño de las partículas que hacen parte de él. El método mecánico por tamizado se utiliza para hacer un análisis granulométrico de las partículas presentes en el suelo, el cual consiste en hacer ensayos de suelo por medio de un juego de tamices ordenados de mayor a menor abertura, acompañados de su respectiva enumeración, la masa de suelo retenida en cada tamiz proporcionará información sobre el tamaño de cada grano, clasificándolo como grueso o fino. La norma ASTM D422 – 63, que regula e indica el procedimiento para determinar cuantitativamente la distribución de las partículas de un suelo.

GENERALIDADES

La variación en el tamaño de Las partículas de suelos, casi es limitada; por definición, los granos mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los más finos son tan pequeños que no se pueden apreciar con un microscopio corriente. Debido a ello es que se realiza el análisis granulométrico que tiene por objeto determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo a fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distinto tamaño que el mismo contiene. La manera de hacer esta determinación es por medio de abertura cuadrada. El procedimiento de ejecución del ensayo es simple y consiste en tomar una muestra de suelo de peso conocido, colocarlo en el juego de tamices ordenado de mayor abertura, pesando los retenidos parciales de suelo en cada tamiz. Esta separación física de la muestra en dos o más fracciones que contiene cada una de las partículas de un solo tamaño, es lo que se conoce como “FRACCIONAMIENTO”. La determinación del peso de cada fracción que contiene partículas de un solo tamaño es llamado “ANALISIS MECANICO”. Este es uno de los análisis de suelo más antiguo y común, brindando la información básica para revelar la uniformidad o graduación de un material dentro de rangos establecidos, y para la clasificación por textura de un suelo. Sin embargo, debido a que el menor tamaño de tamiz que se utiliza corrientemente es el 0.074 mm (malla No 200), el análisis mecánico está restringido a partículas mayores que ese tamaño que corresponde a arenas limpias finas, en este caso se opta por el análisis por Hidrómetro.

Con los resultados de este ensayo se busca La gráfica de la distribución granulométrica, y esta 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 semilogarítmica 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. Un análisis cuantitativo del gráfico granulométrico semi- logarítmico acumulativo exige el uso de parámetros, tales como: •

D10: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 10% más fina

del suelo. Recibe el nombre particular de diámetro efectivo. •

D30: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 30% más fina

del suelo.

•

D60: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 60% más fina

del suelo.

Estos dos últimos parámetros no tienen nombres literales y el de diámetro efectivo fue ideado por Allen Hazen. Su obtención es muy sencilla: consiste en trazar abscisas por los porcentajes 10,30 y 60 de material pasante hasta intersecar la curva granulométrica semilogarítmica acumulativa. Los diámetros correspondientes a los puntos de intersección serán, respectivamente, D10, D30 y D60. Estos parámetros servirán para la obtención de los coeficientes de uniformidad y curvatura que definen cuantitativamente la graduación de los materiales granulares.

El coeficiente de uniformidad (Cu) es la razón por cociente entre D60 y D10. No tiene valores límites.

𝑫𝟔𝟎 𝑪𝒖 = 𝑫𝟏𝟎 Esta idea fue producto de Allen Hazen para clasificar arenas de filtro rápido de acueductos. A medida que D60 se aleja más de D10, aumenta el coeficiente de uniformidad, lo que significa que mejora la graduación del material. Si, por el contrario, son muy parecidas, tenemos un material mal graduado cuya gráfica tiende a una línea vertical. De modo que Cu mide la mejor representación de tamaños. En arenas graduadas: Cu >6, mientras que las gravas bien graduadas son aquellas en las que Cu > 4. Podría ser que entre los puntos D60 y D10 el gráfico tuviera algunas sinuosidades, por lo que conviene tener una medida intermedia que es lo que persigue el coeficiente de curvatura (Cc), denominado así porque se está controlando la curvatura o rectitud del gráfico en ese intervalo.

𝑫𝟑𝟎𝟐 𝑪𝒄 = 𝑫𝟔𝟎 ∗ 𝑫𝟏𝟎 La experiencia indica que materiales bien graduados poseen un coeficiente de curvatura fluctuante entre 1 y 3.

OBJETIVO GENERAL

Determinar la granulometría de una muestra de suelo mediante el método mecánico por tamizado, para posteriormente analizar sus propiedades y clasificación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS •

Determinar la distribución cuantitativa de tamaños de partículas mediante el método mecánico por tamizado.

•

Definir la proporción en que se encuentran los tamaños de granos dentro de una masa de suelo.

•

Conocer la gradación de la muestra de suelo, mediante la obtención de la curva de distribución granulométrica.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

•

Toma de muestras: o Pala

•

Practica de Laboratorio: •

Juego de tamices.

•

Balanza 0.1 gr de sensibilidad

-

Palustre

DESCRIPCION DE LA MUESTRA Tipo de muestra: La muestra de suelo es de tipo granular grueso, que posee en su mayoría arena y gravas producto del arrastre de una corriente fluvial. Es un tipo muestra alterada puesto que no conserva las mismas propiedades mecánicas que tenía en el terreno de donde procede. Este tipo de muestras solo sirve para ensayos de clasificación, como la estudiada en la presente.

Procedencia: Esta muestra de suelo se tomó del arroyo ubicado en la parte posterior de la Universidad de Sucre, sede Puerta Roja.

PROCEDIMIENTO

1. Toma de muestra de suelo

2. Lavado de muestra de suelo, para quitar material no deseado.

3. Secado de la muestra de suelo.

4. Cuarteo de la muestra de suelo.

5. Toma de 500gr de la muestra de suelo

6. Se pesan cada uno de los tamices dados.

7. Organizado de tamices de la siguiente manera: 4, 10, 40, 50, 80, 100, 200 y fondo.

8. Se hace pasar la muestra de 500gr por el juego de tamices.

9. Se agita manualmente el juego de tamices por 10 minutos.

10. Se pesa cada tamiz con su fraccion retenida y se anota el registro correspondiente.

RESULTADOS Y ANALISIS

Después de haber realizado los respectivos ensayos de granulometría con la muestra de suelo, se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla. 1 Resultado de Ensayos N° Tamiz

Abertura(mm)

Peso Tamiz(Kg)

4 10 40 50 80 100 200 Fondo

4,750 2,000 0,425 0,300 0,180 0,150 0,075 ------

0,668 0,434 0,352 0,370 0,324 0,480 0,466 0,396

Peso Tamiz + Material de suelo(Kg) 0,8883 0,5743 0,4363 0,3983 0,3443 0,4823 0,4682 0,3980 Total

Peso Retenido(gr) 220,3 140,3 84,3 28,3 20,3 2,3 2,2 2 500

La respectiva clasificación de la muestra de suelo mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) es la siguiente:

Tabla 2. Clasificación de Suelos Mediante SUCS N° Tamiz

Abertura

Masa Retenida

Masa Retenida

(mm)

(gr)

Acumulada

% Acumulado

% Pasa

Retenido

(gr)

4

4,750

220,3

220,3

44,06

55,94

10

2,000

140,3

360,6

72,12

27,88

40

0,425

84,3

444,9

88,98

11,02

50

0,300

28,3

473,2

94,64

5,36

80

0,180

20,3

493,5

98,7

1,3

100

0,150

2,3

495,8

99,16

0,84

200

0,075

2,2

498

99,6

0,4

Fondo

------

2

500

100

0

Total

500

Pasa por el tamiz N° 200 un 0,4%, por lo que Fracción Fina= 0,4% Fracción Gruesa = 100% (Muestra) – Fracción Fina Fracción Gruesa = 100 % - 0,4% = 99,6%

Pasa por el tamiz N° 4 un 55,94% Fracción Grava = 100% (Muestra) - % Pasa Tamiz N° 4 = (% Retenido en el Tamiz N°4) Fracción Grava = 100 % - 55,94% = 44,06% Fracción Arena = Fracción Gruesa – Fracción Grava Fracción Arena = 99,6 % - 44,06% =55,54%

Como la Fracción Gruesa supera el 50% del total de la muestra entonces el suelo puede ser Grava, Arena o una combinación de estas. En este caso la Fracción Arena supera el 50% de la Fracción Gruesa, entonces el suelo es considerado como una Arena. Ahora el porcentaje de Finos es Menor al 5% Por lo que puede ser un SW o SP. Para saber en qué grupo se encuentra debemos hallar el Coeficiente de Curvatura (Cc) y el Coeficiente de Uniformidad (Cu) mediante la Curva Granulométrica.

Curva Granulometrica 100.00 90.00 80.00

% que pasa

70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0.01

0.1

Con las siguientes formulas:

𝑪𝒖 =

𝑫𝟔𝟎 𝑫𝟏𝟎

y 𝑪𝒄 =

𝑫𝟑𝟎𝟐 𝑫𝟔𝟎∗𝑫𝟏𝟎

1 Abertura tamiz(mm)

10

100

Para hallar el D60 se hizo una aproximación de la curva granulométrica, ya que en nuestro caso la curva no alcanzo a llegar a 60%. Después de haber hallado D10, D30 y D60 en la gráfica de la Curva Granulométrica procedemos a reemplazar los valores obtenidos en las formulas correspondientes.

𝑪𝒖 =

𝟓,𝟒 𝟎,𝟒𝟎

= 13,5

, 𝑪𝒄 =

(𝟐,𝟑)𝟐 𝟓,𝟒∗𝟎,𝟒𝟎

= 2,45

Como 𝑪𝒖 > 6 y 𝑪𝒄 está entre 1 y 3; entonces el material estudiado es un SW (arena bien graduada). Tomando en cuenta el porcentaje de grava el cual es 44,6% siendo mayor que el 15%, entonces se denomina que es una Arena bien graduada con grava. Después de realizar los análisis adecuados para la clasificación de la muestra de suelo estudiada se puede decir que se alcanzaron los objetivos propuestos, y es de consideración tomar en cuenta las siguientes recomendaciones para optimizar el

desarrollo y resultados de la prueba; como la posibilidad de encontrar materia orgánica en la muestra lo que influiría en los resultados, por lo que se debe realizar una limpieza (lavado) o la repetición del ensayo de granulometría; los porcentajes de retenido y acumulado no deben ser mayores a un 100 % debido a que esto nos arrojaría que hubo una adicción de muestra y se tendría que repetir el ensayo; si el porcentaje de retenido y acumulado es igual al 100 % o nos resulta un error menor del 2 % indica que el ensayo estuvo bien realizado, de lo contrario existiría un desperdicio del material o quedo retenido en los elementos utilizados además ordenar los tamices de mayor a menor abertura y revisar antes de utilizarlos que se encuentren limpios y libres de material retenido de un antiguo tamizado. El ensayo trata del estudio de una muestra de suelo seleccionada donde el objetivo es clasificarlo para conocer sus propiedades y características y así determinar su uso en el campo de la ingeniería civil. Este inicia con el tamizado de la muestra siguiendo los requerimientos y normas necesarias para luego realizar los cálculos con los resultados obtenidos, lo que permitirá ingresar al sistema de clasificación. Es necesario realizar el ensayo de granulometría de un suelo debido a la diversidad de partículas de los suelos porque no es posible determinar sin implementos adecuados el tamaño, la clase y la cantidad de cada tipo de partícula. Los resultados que nos podría arrojar van desde cuales son los más aptos para ser utilizados hasta si es necesario realizar modificaciones en el terreno con el fin de que las obras civiles realizadas se den de la mejor forma posible. En cuanto a los equipos seleccionados estos son los más aptos para realizar dicho ensayo y están estipulados dentro de unas normas técnicas colombianas. Es preferible realizar el secado al horno, pero por cuestiones de tiempo y disponibilidad de los laboratorios se realizó manualmente a la intemperie. Este equipo es convencional puesto que está estipulado en la normalización, y está limitado cuando el tamaño de los granos es menor a 0,075 mm (fracción fina), por lo que se recurre para poder clasificar los suelos a otro tipo de pruebas.

RECOMENDACIONES ✓ Algunos agregados pueden contener la presencia de materia orgánica por lo que influiría en los resultados, se debería realizar una limpieza del agregado o realizar nuevamente el ensayo de granulometría.

✓ Los porcentajes de retenido y acumulado no deben ser mayores a un 100 % debido a que esto nos arrojaría a que hubo una adicción de muestra y se tendría que repetir el ensayo.

✓ Si el porcentaje de retenido y acumulado es igual al 100 % o nos resulta un error menor del 2 % es porque el ensayo estuvo bien realizado, de lo contrario entraríamos en que hubo un desperdicio del material o simplemente quedo retenido en los elementos utilizados.

✓ Ordenar los tamices de mayor a menos abertura y revisar que estos elementos se encuentren en un estado de limpieza y libre de material retenido. ✓ La Balanza de Sensibilidad debe estar en ceros. ✓ Tener Cuidado con los tejidos o telas metálicas de los tamices.

INQUIETUDES

1. ¿Sobre qué trata el ensayo? Rta//: El Ensayo trata sobre hacer pasar una muestra seleccionada sobre una serie de tamices y mediante cálculos realizados en oficina, determinar la distribución de partículas presentes en una muestra de suelo. Todo esto con la ayuda de sistemas de clasificación como la AASHTO o USCS. 2. ¿Porque es necesario realizar el ensayo? Rta//: Es Necesario realizar el ensayo de granulometría de un suelo debido que las partículas que lo conforman son de tamaño variado, los resultados que nos podría arrojar van desde cuales son los más aptos para ser utilizados hasta si es necesario realizar modificaciones en el terreno con el fin de que las obras civiles realizadas se den de la mejor forma posible. 3. ¿Por qué se seleccionan dichos equipos? Rta//: Se seleccionan dichos equipos debido a que son los más aptos para realizar dicho ensayo y que están estipulados dentro de la norma ASTM D422- 63 4. ¿Qué condiciones impone el ensayo? Rta//: Para realizar el Ensayo de una manera Satisfactoria se necesita de un muestra limpia, bien lavada y secada, unos elementos o materiales limpios, libres de impurezas que perjudiquen el buen desarrollo del mismo y Tener una Guía y/o cierto Conocimiento sobre lo que se va a realizar en el Laboratorio. 5. ¿El equipo es convencional, modificado o especialmente diseñado para este ensayo? Rta//: El Equipo es Convencional debido a que el proceso que es efectuado en el laboratorio, es el mismo efectuado en cualquier otra nación, estado o territorio donde se realicen estudios Geotécnicos y es exigido por la norma ASTM D422- 63 6. ¿Cómo funciona? Rta//: Los Tamices tienen unas características determinadas, una respectiva enumeración y una abertura, después de haber sido organizados de mayor a menor abertura se les hace pasar una muestra seleccionada, aplicamos una fuerza moderada

de tal manera que el juego de tamices estén sometidos a movimientos horizontales dándonos cuenta que por cada tamiz queda retenida una fracción de la muestra, debido a que las mallas que poseen estos tamices actúan como especie de filtro, separando por tamaños los distintos suelos que posee la muestra analizada. 7. ¿Qué limitaciones tiene este equipo? Rta//: Las Limitaciones que podría tener este equipo en cuanto a un Análisis granulométrico está en que el método de tamices es excelente para los granos gruesos ya que los tamices que queden retenidos con las fracciones Gruesas vienen con sus características determinadas, pero cuando se trata de granos finos este método no es muy preciso debido a que es más difícil para la muestra pasar por una malla tan fina; por lo que sería recomendable realizar el análisis Granulométrico de Granos finos por otro método. 8. ¿Que debe ser capaz de hacer el estudiante al término de esta práctica? Rta//: Al término de esta práctica el estudiante debe saber realizar la distribución granulométrica de un suelo por el método de tamizado, debe ser capaz de determinar el material presente y los tipos de suelo que conforman una muestra analizada.

GUÍA SUGERIDA

1. ¿Es siempre posible determinar el Cu y Cc para todos los tipos de suelo? Explique Rta//: No es posible, puesto que el Cu y el Cc se determina mediante el análisis gráfico de la curva granulométrica que se obtiene de los resultados de un análisis mecánica de suelos por tamizado, dicho ensayo es utilizado solo para suelos gruesos. Para el análisis de distribución granulométrica de suelos finos, limos y arcillas, se utiliza generalmente el método de Hidrómetro, el cual arroja datos diferentes a los de un ensayo por tamizado. 2. ¿Bajo qué condiciones se podría usar el tamizado húmedo en vez del tamizado seco? Rta//: Las condiciones para utilizar el método de hidrometría (tamizado húmedo) es que las partículas sean finas, con adicción de agua el material que este en tratamiento sea arrastrado a través del tamiz y que es correspondiente a una fracción arcillosa. 3. ¿Cómo puedes rápidamente verificar el resultado del tamizado seco? Rta//: Se puede verificar rápidamente tomando cada dato de peso retenido en cada tamiz, sumarlos, y dicha sumatoria tiene que dar exactamente igual a los de la muestra inicial, o sino, que se presente mínimos errores de diferencias de pesos. Además, que los datos obtenidos de la distribución acumulativa, porcentajes retenidos, porcentaje que pasa, sean datos lógicos y coherentes. 4. Una masa de cenizas volcánicas con granos altamente quebradizos es llevada al laboratorio. ¿Qué precauciones tomaría para determinar su distribución de tamaño de granos? Rta//: 5. Es posible llevar a cabo un análisis por tamizado de una muestra de arcilla? Explique Rta//: No es posible, puesto que las partículas de arcillas poseen diámetros inferiores a 0,002 mm, lo que hace inútiles el uso de tamices, ya que no darán conclusiones suficientes sobre su granulometría. El tamizado es recomendado para suelos gruesos, no finos.

CONCLUSIONES A partir de la finalización del ensayo del análisis granulométrico por el método de tamizado Se puede concluir lo siguiente:

•

El método de tamizado es un método físico utilizado para separar los distintos suelos existentes en una muestra y que está dado por la información que brindan las partículas retenidas y las partículas que pueden pasar a través de una serie de mallas o de tamices ordenadas de mayor a menor tamaño en su abertura, arrojándonos de una manera más segura la distribución granulométrica que puede poseer una muestra de suelo grueso. En nuestro caso obtuvimos una Arena bien graduada con grava (SW).

•

A partir del grafico de la curva de distribución granulométrica y del método de tamizado, se puede analizar qué tipo de gradación se puede encontrar en una muestra de Suelo, por lo que es considerada una buena granulometría aquella muestra que pueda poseer tamaños variados en las partículas que la componen.

•

Cabe destacar que la curva de distribución granulométrica nos arroja resultados cercanos a la realidad, con esto se quiere decir que si los ensayos se realizan de una manera correcta tendremos un empeño satisfactorio para nuestra práctica, arrojándonos resultados reales.

ANEXOS 1. Toma de Muestras del Arroyo

2. Lavado de la muestra tomada

3. Material Seco después de haber estado expuesto a Temperatura ambiente después del Lavado.

4. Tamices Pesados y Ordenados Según su Enumeración y Abertura.

5. Tamicez con fraccion de la muestra Retenida

6. Tamicez Pesados con La muestra Retenida.