Practica n#2 Laboratorio de Suelos

Laboratorio de Mecánica de Suelos Carrera de Ingeniería Civil

ENSAYO # 3

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (ASTM D 422 – AASHTO T 88)

INTRODUCCIÓN

En la Tierra la variedad en el tamaño de las partículas de suelo, es prácticamente ilimitada; por lógica los granos mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los finos son tan pequeños que no se pueden apreciar con un microscopio corriente. En obra ser requiere por el análisis del C.C.D.E.T.O. conocer

Condición de humedad CColor CDureza DEstructura ETextura TOrigen O

La textura de un suelo se describe en base al tamaño de las partículas. La base textural son: Gravas, Arcillas, Limos, y Arenas; pero generalmente están combinadas, ejemplo: Arcilla limosa, es una arcilla con algo de limo. Debe considerarse:

Para obtener parcialmente la tabla A se realiza el Análisis Granulométrico que es:

“Es la determinación del rango del tamaño de partículas en suelo expresado en porcentaje de peso (o masa)”, se lo representa mediante un gráfico que relaciona el porcentaje que pasa cada tamiz con el diámetro respectivo en milímetros, este grafico se lo denomina “curva granulométrica”.

Una parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, aeropistas, presas, diques y otros tipos de terraplenes es el

(A)

(B)


análisis granulométrico. La información obtenida del análisis granulométrico puede utilizarse para predecir el movimiento de aguas a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más frecuentemente.

• K = coeficiente de permeabilidad

• Ck = coeficiente variable entre 0.01 y 0.015

La susceptibilidad de sufrir acción de las heladas en el suelo, una consideración de gran importancia en climas fríos puede predecirse a través del análisis granulométrico de suelos. Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por el agua que circula a través del suelo y los sistemas de subdrenaje usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular debidamente gradado. La gradación adecuada de estos materiales, denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis granulométrico.

Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada partícula independiente de suelo el análisis granulométrico solamente agrupa los materiales por rangos de tamaño para que de esa manera se obtenga la cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla dada, el proceso de tamizado no provee información sobre la forma de los granos de suelo es decir si son angulares o redondeados, solamente da información de los granos que pueden pasar a través de una malla de abertura rectangular de un cierto tamaño.


Según la ASTM todos los suelos se pueden agrupar en 5 tipos básicos:

GRAVA (76.2 a 4.76mm)ARENA (4.76 a 0.074mm)LIMO (0.074 a 0.002mm)ARCILLA (<0.002mm)

MATERIA ORGÁNICAUna curva granulométrica solo puede aproximar la situación real, esto se debe a varias razones consideradas, incluyendo las limitaciones físicas de obtener muestras estadísticamente representativas, la presencia de grumos en el suelo, la limitación práctica impuesta por la utilización de mallas rectangulares. La exactitud del análisis se hace aún más cuestionable para suelos de grano fino (algunos autores indican que el tamiz que divide a suelos finos y gruesos es el #4, otros el #10, nosotros adoptaremos el #10). Es por eso que se ofrece el método del lavado para la realización de esta práctica. Otro factor que afecta a la exactitud es la humedad, algunos autores afirman que el secado al horno afecta a la distribución granulométrica, pero se encontró que haciendo ensayos en el laboratorio de mecánica de suelos, esto no afecta en gran magnitud.

Existen tres tipos generales de curvas granulometrías, graduación discontinua, buena graduación, graduación uniforme.


Existen parámetros de la distribución granulométrica que son muy útiles al diseñar de drenajes, y al clasificar el suelo.

Dn = Diámetro correspondiente al n%

Cu=D60

D10

Coeficiente de Uniformidad

C c=D30

2

D10∗D60

Coeficiente de Concavidad

Para suelos de un solo tamaño Cu y Cc son unitarios.

Para una graduación uniforme Cu < 4

Para una muy buena graduación Cu > 6

Para una buena graduación 0.2< Cc <0.5

OBJETIVO GENERAL

“Determinar en laboratorio la distribución granulométrica de una muestra de suelo de la localidad de Cala Cala (Potosi-Bolivia)”

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Graficar la curva granulométrica, determinar el diámetro efectivo, el coeficiente de uniformidad, el coeficiente de curvatura.

- Analizar su graduación en base a los coeficientes de uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).

- Entender y destacar las aplicaciones de los datos obtenidos en el ensayo en su aplicación práctica dentro del ramo de la ingeniería.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

I. Juego de TamicesSe define tamiz como un instrumento de laboratorio cuyo objetivo es el de separar muestras de suelo en dos distintos tamaños, por analogía un juego de tamices nos separa la muestra en varios tamaños es de forma cilíndrica y cuenta con aberturas cuadradas.El juego de tamices que se uso fue la Serie de tamices de malla cuadrada (AASHTHO ESTANDAR) de: 1”, ½”, ¾”, 3/8”, #4, #10, #40, #100 y #200:


II. CuarteadorEs un instrumento que divide la muestra de suelo en 4 partes casi iguales sin cambiar las propiedades del mismo para de esa manera elegir el más conveniente para el ensayo

III. Balanza.La balanza es un instrumento de medida más utilizado en laboratorio de suelos y de este depende la mayoría de los resultados analíticos de las practicas realizadas.Las balanzas usadas fueron la digital (que no se necesita calibrarla) y la mecánica(para su uso debemos nivelarla, limpiarla, cualquier materia medida en este instrumento debe estar en un respectivo recipiente y por ultimo evitar cualquier tipo de vibración en el ambiente al momento de medir puesto que este instrumento es sumamente sensible).


IV. Mazo de goma y pala de aceroEl mazo de goma es un instrumento sirve para golpear la muestra y de esa manera deglutinarla.La pala de acero sirve para levantar y colocar la muestra dentro el cuarteador

V. Cepillo metálicoInstrumento que sirve para quitar los agregados finos que se impregnan en los agregados gruesos, tiene pequeños pelos punzantes y finos de fierro que raspan y limpian el agregado.


VI. Horno a una temperatura de 105 º C (± 5 º C)Este instrumento sirve para realizar el secado a cualquier muestra saturada o húmeda (en el caso de la práctica se introduce la muestra en este instrumento para obtener el dato de peso seco). Al igual que la hornilla eléctrica este funciona con intercambio de energía eléctrica a calorífica.

VII. Recipientes, Taras, guantes y desarmador:Los guantes nos sirven para la seguridad en laboratorio (evitar ser mojado, perder muestra, etc.), el desarmador nos sirve para separar el juego de tamices y empujar los granos que se quedan pegados al tamiz, los recipientes nos sirven para el almacenamiento del agua o también muestra y las taras nos sirven para almacenar la muestra de suelo a la hora de pesarla, saturarla y secarla.


VIII. Tamizador mecánicoInstrumento que sirve para tamizar los suelos, su uso es simple se trata de dar revoluciones una palanca y de esa manera el instrumento empieza a vibrar tamizando la muestra.

PROCEDIMIENTO

Se secó la muestra (de la localidad de Cala Cala) durante 24 horas al aire libre.


Se cuarteo la muestra con el cuarteador mecánico, dividiendo la muestra en 4 partes iguales, tomando la muestra más representativa al ensayo. (Se quitó los granos más gruesos ya que por observación visual estos eran demasiado grandes para pasar la tara 1 ½ ``).

Se pulverizo la muestra (deglutinandola) con el mazo de goma y luego con un cepillo metálico, se limpió las gravas grandes de los granos finos.

Se pesó la muestra 7kgf y se armó el juego de tamices (1 ½, 1, ¾, 3/8, #4, #10) y se empezó a tamizar con ayuda del tamizador mecánico por 10 minutos, se tiene que:


Serie Gruesa.- Mayores al tamiz #10

Serie Fina.- Menores al tamiz #10

Los granos que quedaban encerrados entre un orificio del tamiz con ayuda del desarmador se los quito y se procedió a pesar la cantidad de muestra retenida en cada uno de los tamices (hubo un problema con la primera balanza por mala calibración así que se usó la balanza digital).

Se tomó 200 gramos de la muestra que paso el tamiz #10 se procedió a realizar el lavado hasta que el agua que cayó del tamiz era completamente cristalina.


Con la misma ayuda del agua se procedió a vaciar esta muestra en una tara para su secado en el horno de 105 º C (± 5 º C) durante 24 horas

Se procedió a armar el juego del tamices (#20, #40, #60, #100, #200) Se colocó su tapa y base para someterlo al tamizador mecánico por 10 minutos.

Finalmente se sacó los tamices y se pesó la cantidad de muestra retenida en cada uno de los tamices.


TABULACIÓN DE DATOS

Para el material grueso:

Muestra=7kg

PesoTara=185.2 g

Tamiz Peso Retenido + Peso Tara [g]

PESO RETENIDO [g]

1 ½ ´´ 0 01´´ 697 511,8¾´´ 928 742,838´´ 1946 1760,8

#4 904 718,8#10 1258 1072,8

TOTAL 5733 4807Para el material fino:

PesoTara=132.9 g

PesoTotal humedoque pasa eltamiz ¿10=2193g

Muestra=188,6 g

TamizPeso Retenido + Peso

Tara [g]

#20 200#40 190.02#100 185.6#200 141.4

Para Humedad Higroscópica y peso seco:

PesoTara=159.1 g

Muestrahumeda=200g

Muestra seca=198,3g

PesoTotal humedoque pasa eltamiz ¿10=2193g

CÁLCULO

Humedad Higroscópica y Peso seco que pasa tamiz #10

%W=W h−W S

W S

∗100


%W=200−198,3198,3

∗100=0,857286939

Peso secoque pasael tam iz ¿10=W h

%W100

+1

Peso secoque pasael tamiz ¿10= 21930,857286939

100+1g=2174,3595 g

Para el material grueso

Cálculo de pesos retenidos parciales en cada tamiz:

OPERACIONESPESO

RETENIDO [g]Tamiz 3/2 =185,2-185,2=0 0Tamiz 1=697-185,2=511,8 511,8Tamiz3/4 =928-185,2=742,8 742,8Tamiz 3/8 =1946-185,2=1760 1760,8Tamiz ¿4=904−185,2=718,8g 718,8

Tamiz ¿10=1258−185,28=1072,8 g 1072,8

Cálculo de pesos retenidos acumulados en cada tamiz:

OPERACIONESPESO RETENIDO ACUMULADO [g]

Tamiz 3/2 =0 0Tamiz 1=511,8+0=511,8 511,8

Tamiz 3/4 =511,8+742,8=1254,6 1254,6Tamiz 3/8 =1254,6+1760,8=3015,4 3015,4Tamiz ¿4=3015,4+718,8=3734,2 g 3734,2Tamiz ¿10=3734,2+1072,8=4807 g 4807

Cálculo de porcentaje retenido acumulado sobre cada tamiz, mediante la expresión:

%Retenidoacumulado= Pesoretenido acumuladoencada tamizPeso total

∗100

OPERACIONES%RETENIDO ACUMULADO

Tamiz3/2 =0 0Tamiz 1= {511,8} over {7000} *100%= 7,311428571 7,311428571Tamiz 3/4 = {1254,6} over {7000} *100% = 17,92285714 17,92285714


Tamiz 3/8 = {3015,4} over {7000} *100%= 43,07714286 43,07714286

Tamiz ¿4=3734,27000

∗100 %=53,34571429 % 53,34571429

Tamiz ¿10=48077000

∗100 %=68,67142857 % 68,67142857

Cálculo de porcentaje que pasa, mediante la expresión:

%que pasa=100−%Retenidoacumulado

OPERACIONES %QUE PASA

Tamiz 3/2 =0 0Tamiz 1= 100%- 7,311428571% = 92,68857143 92,688571

43Tamiz 3/4 = 100% - 17,92285714% = 82,07714286 82,077142

86Tamiz 3/8 = 100%- 43,07714286% = 56,92285714 56,922857

14Tamiz ¿4=100%−53,34571429 %=46,65428571 % 46,654285

71Tamiz ¿10=100 %−68,67142857 %=31,32857143 % 31,328571

43Para el material fino:

Cálculo de pesos retenidos parciales en cada tamiz:

OPERACIONES PESO RETENIDO [g]Tamiz ¿20=200−132,9=67,1g 67,1

Tamiz ¿40=190,02−132,9=57,12g 57,12Tamiz ¿100=185,6−132,9=52,7g 52,7Tamiz ¿200=141,4−132,9=8,5 g 8,5

Cálculo de pesos retenidos acumulados en cada tamiz:

OPERACIONESPESO RETENIDO ACUMULADO [g]

Tamiz ¿20=67,1g 67,1Tamiz ¿40=67,1+57,12=124,22 g 124,22Tamiz ¿100=124,22+52,7=176,92g 176,92Tamiz ¿200=176,92+8,5=185,42 g 185,42

Cálculo de porcentaje retenido acumulado sobre cada tamiz, mediante la expresión:

%Retenidoacumulado= Pesoretenido acumuladoencada tamizPeso total

∗100


OPERACIONES%RETENIDO ACUMULADO

Tamiz ¿20= 67,1188,6

∗100 %=35,5779427 35,5779427

Tamiz ¿40=124,22188,6

∗100 %=65,864263 % 65,864263

Tamiz ¿100=176,92188,6

∗100 %=93,8069989 % 93,8069989

Tamiz ¿200=185,42188,6

∗100 %=98,3138918 % 98,3138918

Cálculo de porcentaje que pasa parcial, mediante la expresión:

%que pasa=100−%Retenidoacumulado

OPERACIONES%PASA

PARCIALTamiz ¿20=100 %−35,5779427 %=64,4220573 % 64,4220573Tamiz ¿40=100 %−65,864263 %=34,135737 % 34,135737Tamiz ¿100=100 %−93,8069989 %=6,19300106 6,19300106Tamiz ¿200=100 %−98,3138918 %=1,68610817 1,68610817

Cálculo de porcentaje que pasa total:

OPERACIONES %PASA TOTAL

Tamiz ¿20=64,4220573100

∗31,32857143 %=20,1825102 % 20,1825102

Tamiz ¿40=34,135737100

∗31,32857143 %=10,6942388 % 10,6942388

Tamiz ¿100=6,19300106100

∗31,32857143 %=1,94017876 % 1,94017876

Tamiz ¿200=1,68610817100

∗31,32857143 %=0,5282336 % 0,5282336

RESULTADOS

Para el material grueso:

TAMIZ

PESO RET+PESO TARA [g]

PESO RET [g]

PESO RET

ACUM [g]

%RETACUM

%QUE PASA

D(mm)

3/2" 185,2 0 0 0 0 38,1

1" 697 511,8 511,87,3114285

7192,688571

4325,4


3/4" 928 742,8 1254,617,922857

1482,077142

8619,05

3/8" 1946 1760,8 3015,443,077142

8656,922857

149,53

#4 904 718,8 3734,253,345714

2946,654285

714,75

#10 1258 1072,8 480768,671428

5731,328571

432

Para el material fino:

TAMIZ

P RET+

P TARA [g]

P RET [g]

P RET ACUM

[g]

%RET ACUM

%PASA PARCIAL

%PASA TOTAL

D(mm)

#20 200 67,1 67,135,57794

2764,42205

7320,18251

020,85

#40190,0

257,1

2124,22

65,864263

34,135737

10,6942388

0,43

#100 185,6 52,7 176,9293,80699

896,193001

061,940178

760,15

#200 141,4 8,5 185,4298,31389

181,686108

170,528233

60,075

La tabla que se observa a continuación nos los resultados obtenidos de la prueba de laboratorio, cuyos resultados nos serán de utilidad para realizar la curva granulométrica.

Diámetro del tamiz Porcentaje

que pasa

(%)Tami

z#

Diámetro

(mm.)3/2" 38,1 1001" 25,4 92,68857143

3/4" 19,05 82,077142863/8" 9,53 56,92285714#4 4,75 46,65428571

#10 2 31,32857143#20 0,85 20,1825102#40 0,43 10,6942388#100 0,15 1,94017876


#200 0,075 0,5282336

Laboratorio de Mecánica de SuelosCarrera de Ingeniería Civil

GRÁFICOS

0.010.11101000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Diámetro(mm)

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

=10,5mm D30=2mm D10=0,38mm


(Los datos son adquiridos de la gráfica)Cálculo de Coeficiente de uniformidad:

Cu = D60

D10 =

10,50.38

Cu = 27,63157895Lo que nos indica es que la curva difiere en gran manera de tamaño de partículas es decir el suelo bien graduadoCálculo del coeficiente de curvatura:

Cc = D30

2

D10∗D60

=22

0.38∗10,5

Cc =1,002506266Este parámetro nos indica la variación de las partículas del suelo y por estar en un parámetro entre 1-3 es un suelo bien graduado.

CONCLUSIONES

Se determinó en laboratorio la distribución granulométrica de la muestra de 7kg de suelo de la localidad de Cala Cala (Potosí-Bolivia) obteniendo como resultado de que es un suelo “bien graduado”.

La grafica o curva granulométrica nos indicó que el coeficiente de curvatura y de uniformidad está dado para un suelo bien graduado

Se puede clasificar los suelos de acuerdo a su graduación, como suelo uniforme y suelo bien graduado.

Observando la curva granulométrica podemos analizar el material más factible para la construcción de pavimentos.

Con los datos de la curva granulométrica podemos calcular el coeficiente de permeabilidad en una forma aproximada.

Los suelos gruesos con amplia gama de tamaños (bien graduado) se compactan mejor, para una misma energía de compactación, que los suelos muy uniformes (mal graduado).

CUESTIONARIO

1. ¿Es necesario dividir la muestra a tamizar en serie gruesa y fina? ¿por qué?

Es necesario ya que las partículas que pasen el tamiz # 10 son partículas que tienen un cierto grado de humedad, es por ello que por formula con datos del laboratorio obtenemos la humedad higroscópica de esta muestra


y el peso seco de la misma. En cambio las que no pasan el tamiz #10 son partículas que no tienen humedad, es por eso que se divide una serie de otra.

2. ¿Qué datos se obtienen de la curva granulométrica? Justifique el uso de los coeficientes de uniformidad y curvatura

La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada, las partículas mayores de separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas, y luego se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural.

Curva granulométrica de un suelo areno-limoso, representado en un papel "log-normal".

Coeficiente de curvatura

Se define el coeficiente de curvatura como:


C c=D30

2

D10∗D60

Coeficiente de Concavidad

Siendo Dx la abertura del tamiz por el que pasa el x% de la muestra.

Este coeficiente refleja la curvatura de la curva granulométrica. Los suelos bien graduados tienen valores de este coeficiente comprendidos entre 1 y 3.

Coeficiente de uniformidad

El coeficiente de uniformidad, definido originalmente por Terzaghi y Peck, se utiliza para evaluar la uniformidad del tamaño de las partículas de un suelo. Se expresa como la relación entre D60 y D10, siendo:

D60 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 60% del suelo, en peso; y,

D10 = el diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 10% del suelo, en peso.

En el gráfico del ejemplo se tiene:

D60 = 0.42

D10 = 0.04

Cu=D60

D10

Coeficiente de Uniformidad

Un suelo con un Coeficiente de uniformidad menor de 3, se considera muy uniforme. En el límite, si un terreno estuviera formado por esferas perfectamente iguales, su coeficiente de uniformidad sería 1. El suelo cuya curva granulométrica se presenta en el gráfico, con Cu = 10, podría ser llamado de "arena limosa bien graduada".


Ejemplo de curva granulométrica y coeficiente de uniformidad Cu = 10

3. ¿Qué es un cuarteo y cuál es su utilidad?

El cuarteo como su nombre quiere decir dividir en cuatro, es decir es la acción de dividir la muestra en 4 partes casi similares para luego escoger una de las cuatro y usarla en el ensayo.

Su utilidad es la de que cuando se divida la muestra principal en 4 se tiene la posibilidad de elegir la que tenga menos granos gruesos puesto que se trabajara desde el tamiz 3/2``.

4. ¿Qué suelo es más conveniente para una fundación uno uniforme o uno bien graduado? ¿Por qué?

Los suelos gruesos con amplia gama de tamaños (bien graduado) se compactan mejor, para una misma energía de compactación, que los suelos muy uniformes (mal graduado). Estos sin duda es cierto, pues sobre todo con vibrador, las partículas más chicas pueden acomodarse en los huecos entre las partículas más grandes, adquiriendo el contenido una mayor compacidad.

D60 = 0.42 D10 = 0.04

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