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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DPTO. DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA “GRANULOMETRIAA.S.T.M. D – 422-90 MECANICA DE SUELOS DOCENTE: __________________________________________________ INSTRUCTOR: ________________________________________________ ALUMNO: ___________________________________________________ CIUDAD UNIVERSITARIA, 2008

Granulometria Astm d 422-90

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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

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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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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:________________________________________________________________

_______________________________________________________________________