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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL
DPTO. DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
“GRANULOMETRIA”
A.S.T.M. D – 422-90
MECANICA DE SUELOS DOCENTE: __________________________________________________ INSTRUCTOR: ________________________________________________ ALUMNO: ___________________________________________________
CIUDAD UNIVERSITARIA, 2008
Laboratorio de Mecánica de Suelos UES-FMO
2
ANÁLISIS GRANULOMETRICO (A.S.T.M. D422-90)
La prueba de análisis granulométrico persigue determinar la clasificación de un
suelo por el tamaño de partículas individuales; valiéndose de la curva
granulométrica y de los valores de los coeficientes de uniformidad y curvatura.
La prueba se realiza por medio del Análisis Granulométrico, el cuál se usa para
obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores de suelo;
generalmente se llega así hasta los tamaños mayores correspondientes a la malla
No. 200. La muestra de suelo se hace pasar sucesivamente a través de un juego
de tamices de aberturas descendentes, hasta la malla No. 200, pero cuando el
material que compone la muestra es demasiado fino, se hace necesario recurrirá
métodos de sedimentación lo cual constituye el llamado: Análisis Granulométrico
en Húmedo, entre este se puede mencionar el método del Hidrómetro
(Densímetro), el método se basa en el hecho de que la velocidad de sedimentación
de las partículas en un líquido es función de su tamaño.
La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro es
debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de
las partículas de suelo en un fluido y el tamaño de esa partícula. Aplicando esta ley
se obtiene el diámetro equivalente de las partículas.
Para el análisis granulométrico mecánico o por tamizado puede utilizarse el
siguiente grupo de mallas:
3", 1 ½ ,3/4”, 3/8", No. 4 , No. 8, No. 16, No. 30 , No.50 , No. 100 y No. 200
OBJETIVOS:
Conocer el procedimiento que se utiliza para realizar la prueba de
granulometría por medio del método mecánico.
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Conocer el equipo que se utiliza en la prueba.
Elaborar la gráfica de granulometría y calcular los coeficientes de
uniformidad y curvatura.
Que el estudiante conozca las mallas que proporcionan las separaciones
básicas entre las partículas (Gravas, Arenas y Finos.)
MATERIAL Y EQUIPO:
Juego de Tamices:
3", 1 ½”, 3/4", 3/8", No. 4, No. 8, No. 16, No. 30 , No.50 , No. 100 y No.
200, con tapa y fondo.
Vibrador Eléctrico 8 Rop -Tap
Balanza de 0.1 gr. de precisión.
Brocha pequeña
Recipientes para pesar muestras.
Cuarteadora de suelo.
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El material necesario para realizarla prueba se calcula según la siguiente tabla:
GRAVAS
TAMAÑO MÁXIMO DE PARTÍCULAS PESO SECO MÍNIMO A ENSAYAR
(PULGADAS) (GRAMOS)
3 ½ 35,000
3 30,000
2 ½ 25,000
2 20,000
1 ½ 15,000
1 10,000
¾ 5,000
y2 2,500
3/8 1,000
TABLA 1
ARENAS Y SUELOS FINOS
SUELOS ARCILLOSOS Y LIMOSOS 500 GR
Para suelos arenosos 1,000 gr
PROCEDIMIENTO:
a) Preparación de la muestra
1. Se coloca la muestra de suelo en una lona y se extiende el material sobre la
misma exponiéndola a los rayos del sol directamente o a una corriente de
aire, para acelerar el proceso de secado se mueve la muestras con
frecuencia.
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2. Cuando el suelo este seco se toma una muestra representativa por medio
del cuarteo manual o mecánico, hasta lograr una cantidad adecuada, según
la tabla 1. Se realiza el cuarteo, primero sobre la lona (si es grande la
muestra) y luego sobre una bandeja metálica. El cuarteo manual consiste
en mezclar la muestra con la cuchara y formar un montículo cónico, como
se muestra en la figura 1a. Luego con la cuchara se aplasta el montículo de
suelo hasta que la superficie quede pareja, tal como se muestra en figura
1b. Finalmente se divide la muestra en cuartos y se descartan las cuartas
partes opuestas diagonalmente, ver figura 1c.
3. Se pesa una porción del suelo cuarteado, generalmente de 1500 grs. y se
anota dicho valor como WGI.
4. Se pasa la muestra por la malla N° 4 (4.76mm) y se determina el porcentaje
de gravas y arenas. A partir de estos valores se decide analizar la muestra
por gravas, por análisis granulométrico combinado.
b) Análisis Granulométrico de Gravas.
Si el material que pasa la malla N" 4 es menor al 5% se puede realizar el
ensayo solamente para gravas de la siguiente manera:
1. Si la muestra contiene piedras gruesa, se deben separar a mano antes de
realizar el tamizado, y se colocan en uno de los recipientes.
2. Se coloca el juego de tamices para gravas en orden descendente, o sea que
en la parte superior quede la malla con agujeros grandes y abajo la malla
más fina. El número y tamaño de tamices (cribas) que se deben usar
depende del suelo que se está ensayando y del propósito del ensayo. Es a
veces permisible omitir algunos de los tamaños intermedios.
3. Se coloca el fondo de las mallas y se deposita la muestra en la parte
superior del juego de mallas armado, se tapa y coloca en el agitador
eléctrico.
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4. Se agita el juego de tamices con la muestra por espacio de 15 minutos. Si
no se cuenta con un agitador de este tipo se puede agitar a mano el
conjunto vigorosamente con movimiento rotatorio horizontal. Las mallas
pueden agitarse sobre un rimero de periódico Pero nunca directamente
sobre la mesa de trabajo, pues las mallas se pueden dañar. Ver Fig.2a y 2b.
5. Se pasa el material del mayor tamiz al plato de la balanza de 0.1 gr. de
precisión y se pesa; luego se coloca el material en un recipiente separado y
se conserva hasta terminar el ensayo.
6. Se repite el procedimiento con los sucesivos tamices más pequeños. Las
partículas sueltas que se retengan en los alambres de las cribas, no deben
forzarse a pasar a través de ellas, se deben quitar con un cepillo. Los
tamices más finos que la malla N° 40 deben invertirse sobre un recipiente y
limpiarlos con una brocha. Ver fig. 3a y 3b.
7. Sumar los pesos retenidos (WGR) y comparar el total con WGI, esta
operación permite detectar cualquier pérdida de suelo durante el proceso de
tamizado. Si se tiene una pérdida de mas de 0.5% con respecto al peso
original, se considera que el experimento no es satisfactorio y por
consiguiente debe repetirse el ensayo.
Perdida de material = %.*W
WW
GI
GFGI 50100
8. Calcular el porcentaje en cada tamiz dividiendo el peso retenido en cada uno de
ellos por el peso de la muestra original. Si cumple la ecuación 1. Se suma la
diferencia (WGI - WGF) al peso de la fracción mayor.
9. Se completa la tabla de trabajo.
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1
10. Trazar la curva granulométrica y calcular el Cu y el Ce según ecuaciones 1. y
21.
c) prueba por análisis granulométrico combinado
1. Efectuar el tamizado del material retenido en la malla No. 4, usando las
mallas: 3", 2", 11/2 ", 1", 3/4", No. 4.
2. Determinar el peso del material retenido en c/u de las mallas y anotar estos
valores.
3. Continuar con el análisis granulométrico de la fracción que pasa la malla No.
4; obteniendo previamente el contenido de humedad (w %) del suelo a
ensayar, (para evitar este paso se recomienda que la muestra con que se
trabajara sea secado al horno).calculando el peso seco de la muestra así:
4. Cuartear la fracción que pasa la malla No. 4 reduciéndola hasta obtener la
cantidad de suelo necesaria a analizar (500 ó 1000 gr.)
5. Tomar la muestra ya cuarteada y pesarla, este será el peso de la muestra
húmeda.
6. Lavar el suelo en la malla No. 200, dejando perder el material que pasa.
7. El suelo retenido se coloca en una cápsula previamente pesada colocándose
posteriormente al horno por un periodo de 24 horas, pasados estos se
sacará el material y se pesará se anotará este peso como peso retenido
parcialmente seco.
1 1. Se recomienda utilizar una muestra que contenga menos del 12% de Tinos. para poder calcular el
Ce y el Cu
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8. Calcular el peso del material perdido en el lavado así:
Material que pasa la malla No. 200 = peso total seco - Peso retenido parcial seco.
9. Tamizar el material retenido parcial seco por las siguientes mallas: No. 8,
No. 16, No. 30, No. 50, No. 100 y No. 200, las mallas se ensamblan en
orden descendente es decir desde la mayor abertura hasta la de menor
tamaño; recordando colocar el fondo, para que el material que pasa la
última malla se retenga en esta.
10. Se colocará el material en las mallas, se les colocará la tapa y luego se
ensamblarán en el Rop- tap. El proceso del tamizado durará 15 minutos.
Pasados estos se apagará el Rop -tap y se dejará reposar la muestra por un
tiempo (para que se asiente el polvo).
11. .Pesar el material retenido en cada malla.
12. Se sumará la cantidad de material retenido encada malla, lo que nos
permitirá detectar cualquier pérdida durante el proceso del tamizado, si se
tiene una pérdida de menor o igual que 0.5% con respecto al peso retenido
parcial seco se considera que el ensayo no es satisfactorio, si es menor se
considerará válido y se procederá a compensar sumando o restando la
diferencia entre el peso total de la muestra antes del tamizado y el peso
total de la muestra antes del tamizado, al mayor peso retenido, con el fin de
obtener el peso final de la muestra.
13. Calcular los porcentajes de materiales retenido en cada tamiz dividiendo al
peso retenido en cada uno de ellos por el peso total seco.
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14. Con los porcentajes retenidos parciales calcular los porcentajes retenidos
acumulados, y los porcentajes que pasan la malla.
15. Trazarla curva granulométrica del material en una gráfica que tiene por
abscisa en escala logarítmica la abertura de las malla y por ordenada los
porcentajes de material que pasa por dichas mallas, a escala natural (se
hará corrida tanto de arenas como de gravas).
16. Obtener de ellas los diámetros característicos, para calcular el coeficiente de
uniformidad y el coeficiente de curvatura del suelo analizado.
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD:
Indica la variación o rango del tamaño de los granos presentes, en realidad es un
coeficiente de no uniformidad ya que su valor numérico decrece cuando la
uniformidad aumenta.
Un valor grande de Cu indica que los diámetros D10 y D60 difieren en tamaño
apreciable.
Cu = 10
60
D
D
COEFICIENTE DE CURVATURA:
Es una medida de la forma de la curva entre el D10 y D60, si el Cc es muy distinto
de 1, indica que faltan una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes
al D10 y D60.
Cc = 6010
30 2
XDD
)D(
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Figura 1: Método de Cuarteo.
Figura 2: Agitado de mallas por medio Mecánico y Manual.
Figura 3: Peso del Material retenido.
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TEORIA
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.
MÉTODO MECÁNICO. 1.1 NORMA:
ASTM D 421-85. "Practice and Dry Preparation of Soil Sample for Particle-Size Analysis and
Determination of Soil Constants."
ASTM D 422-90. "Method for Particle-Size Analysis of Soils."
1.2 OBJETIVOS.
Obtener por medio de un método sencillo, una muestra
representativa de suelo.
Introducir al estudiante al método para realizar el análisis
granulométrico mecánico, de un suelo y a la forma de presentar e interpretar los resultados obtenidos del ensayo.
Determinar las propiedades físicas de un suelo grueso, por medio
de un análisis granulométrico y clasificarlo según el sistema
unificado de clasificación de suelos (S.U.C.S.) según el Dr. A.
Casagránde.
2.3 DISCUSIÓN TEÓRICA.
En la clasificación de los suelos, para usos de ingeniería, se
acostumbra utilizar algún método de análisis granulométrico para
separar las partículas de suelo de diferentes tamaños. Con el
análisis granulométrico se pretende determinar las proporciones
relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa
de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo,
la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de
suelo; por lo que se lleva a cabo el CUARTEO DE MUESTRAS. El proceso de reducir una muestra representativa a un tamaño
conveniente o de dividirla en dos o más partes con el fin de
efectuar ensayos con ella, recibe el nombre de cuarteo. La determinación de la distribución de las partículas de un suelo,
en cuanto a su tamaño, se llama ANÁLISIS GRANULOMETRICO, el cual
puede ser hecho por un proceso de tamizado (análisis con tamices),
en suelos de grano grueso, y por un proceso de sedimentación en
una suspensión de agua con defloculante* (análisis granulométrico
por vía húmeda), en suelos de grano fino. Cuando se usan ambos
procesos, el ensayo se llama ANÁLISIS GRANULOMETRICO COMBINADO.
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El proceso por tamizado no provee información sobre la forma de
los granos, por ejemplo, si son angulares o redondeados. Solamente
presenta información sobre los granos que pueden pasar a través de
una malla de abertura rectangular de determinado tamaño.
Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo,
ofrecen un criterio obvio para una clasificación descriptiva del
mismo. Con la llegada de la técnica del cribado o tamizado fue
posible efectuar el trazo de curvas, contando con agrupaciones de
las partículas del suelo en mayor número de tamaños diferentes.
Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los
tamaños más finos, debido a las técnicas de análisis en
suspensión.
La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en
forma de curva; la gráfica granulométrica suele dibujarse con
porcentajes como ordenadas y tamaño de las partículas como
abscisas, ver hoja de trabajo 2-2. Las ordenadas indican
porcentajes en peso, esto es, de las partículas menores que el
tamaño correspondiente. La representación en escala -
semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica), es
preferible a la representación natural, ya que en la primera se
dispone de una mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos,
que en la escala natural resultarían muy comprimidos.
La forma de la curva da la idea de la distribución granulométrica
del suelo; un suelo que contenga partículas de un sólo tamaño será
representado por una línea vertical (pues el 100X de sus
partículas, en peso, es de menor tamaño que cualquiera mayor),
pero si el suelo posee una curva "muy tendida indica gran variedad
de tamaños (suelos bien graduados).
A partir de la curva de distribución granulométrica, se pueden
obtener diámetros característicos, tales como D10, D30, D60, etc., el
D se refiere al tamaño del grano (diámetro aparente de la
partícula de suelo), y el subíndice (10, 30, 60), denota el
porcentaje de material más fino. Por ejemplo si D10 = 0.15 mm,
significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en
diámetro que 0.15mm, el diámetro D10 es llamado también TAMAÑO
EFECTIVO DE UN SUELO.
Una indicación de la variación (o rango) del tamaño de los granos
presentes en la muestra, se obtiene mediante el COEFICIENTE DE
UNIFORMIDAD
(Cu), definido como:
Cu = 10
60
D
D Ecuación 2
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En realidad la ecuación (2-1) es un coeficiente de no uniformidad,
ya que su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta.
Los suelos con Cu < 3, se consideran muy uniformes; aún las arenas
naturales muy uniformes, rara vez presentan Cu < 2. Un valor
grande en el parámetro Cu, indica que los diámetros D60 y D10
difieren en tamaño apreciable; sin embargo, no asegura que no
exista un vacio de gradación, como el que presenta cuando faltan
por completo o solamente existe una muy pequeña cantidad de
diámetros de un determinado tamaño.
El COEFICIENTE DE CONCAVIDAD (Cc), es una medida de la forma de la
curva entre el D60 y el D10, y se define de la siguiente forma:
Cc = 6010
30
xDD
D Ecuación 2-2
Valores de Ce muy diferentes de 1.0, indican que falta una serie
de diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y al D6a.
El análisis por tamizado dependerá de la cantidad de finos que
tenga la muestra, ya que se puede hacer con la muestra entera o.
comparte de ella, esto es; cuando se han separado los finos por
lavado (si contiene muchos finos). Si la necesidad del lavado no
se puede determinar por examen visual, se procede a secar una
pequeña porción húmeda de la muestra en la estufa y luego se
prueba su resistencia en seco, rompiéndola con los dedos. Si se
rompe fácilmente y el material fino se pulveriza, entonces el
análisis con tamices puede efectuarse sin previo lavado.
Para un análisis granulométrico se requiere de una cantidad de
muestra que dependerá del tipo de suelo que se va a cribar, en la
tabla 2-1 se especifica las cantidades de suelo que se pueden usar
para cada caso.
TIPO DE SUELO CANTIDAD DE MUESTRA
Grano Fino
Arenoso
Gravoso
100 - 200 g
200 - 500 g
1 - 3 kg
Tabla 2-1: Tamaños de muestras para el análisis granulométrico.
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Con el objeto de aplicar los resultados del análisis
granulométrico en la clasificación del suelo, se presenta la tabla
2-2, basada en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos por
el Dr. A. Casagrande.
GRUESO Material MAS DEL 50% SE RETIENE EN LA MALLA 200 (0.075 MM)
GR Guijarros
Material mayor de 3”(7.6 cm) Mas del 50 % mayor de 3 “
G
Grava De 3 “ a malla N° 4, mas del 50 % para la malla de 3” y se retiene en la malla N°4 (4.76 mm) -----------------------------
GW Cu >4 1<Cc < 3
GW:
Grava con pocos (menos del 5%) o sin finos, bien graduada
GP:
Grava con pocos (menos del 5%) o sin finos, mal graduada
Gruesa 3”a 3/4”
Fina ¾” a N°4
GM:
Grava con poco finos o nada plásticos
Grava Limosa
Grava Cementada
GC: Grava con finos plásticos
Grava Arcillosa
S
ARENA De malla N° 4 a malla N° 20, mas del 50% pasa la malla N°4 y se retiene en la malla N°200
SW: Cu > 6 1< Cc < 3
SW:
Arena con pocos (menos del 5%) o sin finos, bien graduada
SP:
Arena con poco (menos del 5%) o sin dinos mal graduada
Gruesa N°4 a N° 10
Media N°10 a N° 40
Fina N°40 a N°200
SM: Arena con finos poco o nada plásticos Arena Limosa
Arena Cementada
SC:
Arena con finos plásticos Arena Arcillosa
Tabla 2-2 Clasificación de Suelos Gruesos
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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA LABORATORIO DE SUELOS Y MATERIALES
ENSAYO DE GRANULOMETRIA
(ASTM D 422-90)
Proyecto::___________________________________________________________ Ubicación___________________________________________________________ Peso Bruto______________grs.
Fecha:___________________
MALLA ABERTURA MM
PESO RETENIDO PARCIAL (%)
% RETENIDO PARCIAL
% RETENIDO ACUMULADO
% QUE PASA LA MALLA
MALLA ABERTURA
MM PESO RETENIDO
PARCIAL (%) % RETENIDO
PARCIAL % RETENIDO ACUMULADO
% QUE PASA LA MALLA
% TOTAL QUE PASA
Observaciones:________________________________________________________________
_______________________________________________________________________