laboratorio2 09-2

Laboratorio Nº 2 UNI

INDICE

Pág.

INTRODUCCION 1

ENSAYOS:

1. ANALISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO (ASTM D422) 2

Procedimiento 3

Cálculos y resultados 6

2. ANALISIS GRANULOMETRICO POR SEDIMENTACION (ASTM D422) 10

Procedimiento 12

Cálculos y resultados 14

CONCLUSIONES 19

BIBLIOGRAFIA 20

0 Departamento de mecanica de suelos FIC


INTRODUCCION

Los granos que conforman el suelo, tienen diferente tamaño, van desde los grandes que

son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los

que no se pueden ver con un microscopio. El análisis granulométrico al cuál se somete

un suelo es de mucha importancia para la construcción de proyectos, y comprobar la

cohesión del suelo. También el suelo analizado puede ser usado en mezclas de asfalto o

concreto.

El siguiente informe mostrado va analizar y dar resultados sobre dos ensayos hechos en

laboratorio, estos son:

Análisis mecánico por tamizado

Análisis granulométrico por sedimentación(hidrómetro)

El primero es un ensayo de identificación necesario para clasificar geotécnicamente los

materiales siendo una primera evaluación de la calidad,se realizaran en el laboratorio

mediante ensayos con tamices de diferente enumeración, dependiendo de la separación

de los cuadros de la maya. Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus

características ya determinadas. Para el ensayo o el análisis de granos gruesos será muy

recomendado el método del Tamiz

Pero cuando se trata de granos finos este no preciso, porque se le es más difícil a la

muestra pasar por una maya tan fina; Debido a esto el Análisis granulométrico de

Granos finos será bueno utilizar otro método. El análisis de granulometría por

sedimentación.

Este ensayo fue del hidrómetro donde se trata de analizar las partículas más pequeñas

de una muestra menor a la malla 200 es decir la cantidad de limos y arcilla mediante

cimentación de sus partículas.



Análisis granulométrico por tamizado (ASTM D422)

Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño.

Las distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.

Para partículas menores que 0.075 mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas.

En este primer ensayo vamos a determinar en forma cuantitativa l distribución de las

partícula de un determinado material (suelo) de acuerdo al tamaño de sus partículas.

Granulometría por tamizado

Es un proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus

diferentes tamaños, denominado a la fracción menor (Tamiz No 200) como limo,

Arcilla y Coloide. Se lleva a cabo utilizando tamices en orden decreciente. La cantidad

de suelo retenido indica el tamaño de la muestra, esto solo separa una porción de suelo

entre dos tamaños.



MATERIALES:

Tamices de malla cuadrada.

Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo.

Horno de secado.

Bandejas, cepillo y brochas.

Muestra representativa del suelo

PROCEDIMIENTO:

Primero se recoge una muestra representativa de suelo de preferencia al

natural sin alterar el espécimen.

Se seca en el horno por un intervalo mayor a 24 horas para que se elimine en lo

máximo la cantidad de agua que contiene dicha muestra.

Luego pesar la muestra extraída del horno, luego se lava la muestra haciendo

pasar la malla Nº 200 para así obtener una parte de la cantidad de finos.

La parte de la muestra retenido por la malla Nº 200 se seca de nuevo al horno.

Luego de sacar la muestra del horno pesarlo, también se debe colocar los

tamices en forma ordenada, en este conjunto de tamices se vierte la muestra de

suelo, luego se agitara manualmente para que así se obtenga la retención en cada

malla.



Luego se pesa la cantidad de muestra retenida en cada malla o tamiz.

Obtenido los pesos retenidos por cada tamiz, sumarlos y compararlo con el peso

que ingreso a ser tamizado, tendiendo en cuenta que deberían ser similares, pero

en la práctica no son iguales.

El error se corregirá repartiendo proporcionalmente al peso retenido.

Error se puede sumar o restar en el tamiz de mayor retenido o a los tamices de

mayor retenido.

Muestra original de suelo conteniendo partículas de varios tamaños. Esta muestra se seca al horno y se determina su masa total seca.

Porción A: Porción de la muestra que queda retenida en el tamiz de diámetro 4.75 mm

Porción B: Porción de la muestra que pasa el tamiz 4.75 mm. Esta porción incluye partículas finas.


http://www2.ing.puc.cl/~ingeot/ice1603/lab3/msuelo.jpg

http://www2.ing.puc.cl/~ingeot/ice1603/lab3/msuelob.jpg


La porción A, después de lavarla en el tamiz #4, para eliminar las partículas de arena y las más finas

La porción B, después de lavarla en el tamiz #200 para eliminar las partículas finas

Algunas mallas utilizadas en el proceso de tamizado

Tamizado del suelo en una serie de mallas

Determinación del peso retenido en una de las mallas


http://www2.ing.puc.cl/~ingeot/ice1603/lab3/msuelob1.jpg


CÁLCULOS Y RESULTADOS

Los siguientes datos son los enviados por el Ingeniero Rodríguez Trujillo

suelo húmedo= 1340.66 gramos

Peso de la muestra secada al horno = 1298.02 gramos

Luego de lavar por la malla 200 y secarla al horno se tiene:1261.1

Ahora hallemos él

% parcial retenido =

Una vez hallado el % parcial retenido pasemos a hallar el % acumulado

(Retenido, y el que pasa)

% ret. Acum. Tamiz X =% ret. Acum tamiz anterior + % ret parcial tamiz X

Obtener % pasante de cada tamiz

% Pasante Tamiz X= 100 - % ret. Acumul tamiz X

Una vez que tengamos todos los datos hallados pasemos a formar nuestra tabla

de análisis granulométrico.



TAMIZ ABERTURA PESO RETENIDO %PARCIAL% ACUMULADO

(mn)

(mn) (grs) RETENIDO RETENIDO

PASA

+3" 76.200 0.00 0 0 1002" 50.3 295.7 22.06 22.06 77.94

1 1/2" 38.1 184.7 13.78 35.84 64.161" 25.4 62.5 4.66 40.5 59.5

3/4" 19.050 86.5 6.45 46.95 53.051/2" 12.7 41.1 3.06 50.01 49.993/8” 9.525 17.3 1.29 51.3 48.7Nº 4 6.350 73.3 3.23 54.53 45.47

Nº 10 4.760 30.6 2.28 56.81 43.19Nº 20 2. 135.4 10.10 66.91 33.09Nº 30 0.840 144.5 10.78 77.69 22.31Nº 40 0.590 62.4 4.65 82.34 17.66Nº 60 0.426 35.7 2.66 85 15Nº 100 0.250 53.4 3.98 88.98 11.02Nº 200 0.149 38.5 2.87 91.85 8.15

Platillo 0.074 22.2 1.65 93.5 6.5

w-w0 0.7 0.05 93.55 6.45

Ahora pasemos a clasificación de suelos según SUCS-ASTM 2488-93

El error de 100 % - 93.55% se debe al desperdicio del material.

Según el criterio veamos si se trata de un material de grano grueso o de grano fino.

%pasa N 200 = 2.87% >50% esto es falso por lo tanto no es un material fino entonces

se trataría de un material grueso. Veamos ahora si es una grava (G) o es una arena

(S).

Apreciamos que en mayor % encontramos en las gravas ahora definamos si es una

grava limpia o grava con finos.

Si es grava limpia cumple que % de finos es menor que el 5% veamos según la tabla

2.87% < 5% entonces se trata de una grava limpia.

Bueno esa grava limpia puede ser un GW o GP (símbolo del suelo)

Si es un GW debe cumplir que :



Coeficiente de Uniformidad (Cu) Cu≥4

Coeficiente de Curvatura (Cc) 1 ≤ Cc ≤ 3

Veamos asiendo cálculos y basándonos en la tabla hallada buscamos los diámetros

de (60 , 30 , 10 ) por medio de una interpolación llegamos a obtener los diámetros

respectivos .

Para la muestra tenemos que;

D60 =33.472

D30 = 1.667

D10 = 0.2141

Hallando

Cu = D60 / D10

Cc= (D30)2 / (D60 * D10)

Cu = 156.338 Cc = 0.3877

Vemos que el Cc no está en el rango establecido por lo tanto no se trata de un suelo

GW mas bien se trata de un suelo GP.

Nombre del suelo = grava pobremente graduada F

Según la tabla el símbolo F significa que si le suelo contiene 15 % de arena

agregar con arena al nombre. % 19 ≥ 15%

Nombre del suelo = grava pobremente graduada con arena


CURVA GRANULOMÉTRICA

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Diametro(mm)

Po

rcen

taje

qu

e p

asa(

%)


Veamos la grafica granulométrica :



ANALISIS GRANULOMETRICO POR SEDIMENTACION (ASTM D422)

El método que trataremos establece un procedimiento para la determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de partículas en los materiales finos, no posible mediante el ensayo de tamices. El cedazo de menor abertura que se puede utilizar en el laboratorio es el núm. 200, cuyas separaciones entre hilos de 0.074 mm permiten el paso de toda la arcilla y el limo y hasta algo de arena fina, sin que podamos diferenciar sus cantidades presentes en el suelo. Para obviar estas dificultades emplearemos un análisis basado en la medición de la velocidades de sedimentación de una esfera en un medio fluido, estudiadas por el físico G.G. Stokes en 1850.

Ley de Stokes

Stokes determinó que la velocidad de caída de una esfera perfecta en un medio fluido es directamente proporcional a la diferencia de los pesos específicos de la espera y el líquido, y al cuadrado del diámetro de la esfera, e inversamente proporcional a la viscosidad de la masa líquida. Estableciendo así la siguiente expresión analítica:

v = (Ys – Yw )/18m) * D²

donde: V : velocidad de caída de la esfera [ cm/seg] Ys: peso específico de la esfera que se considera [ g/cm3] Yw: peso específico del medio fluido [ g/cm3] m : viscosidad del medio fluido [g. seg/cm²] D : diámetro de la esfera [cm] De esta fórmula, podemos despejar el diámetro de la esfera que se sedimenta:

D² = (18µ – (Ys-Yw)) * v

. : D = RAIZ ( (18µ – (Ys-Yw)) * v )

Sabemos que la velocidad no es más que el espacio recorrido en una unidad de tiempo, en consecuencia, si designamos el espacio recorrido por z y el tiempo por t, la fórmula se transformaría en :

D = RAIZ ( (18µ – (Ys-Yw)) * (z/t) )

Una última sustitución será necesaria para emplear la velocidad en poises.

1 poise = (1 dina + 1 seg ) / 1 cm²

1 dina = (1 / 980 ) g . : 1 poise = (1 / 980) * (g*seg)/cm²)

Luego, la expresión anterior para el diámetro de la esfera que sedimenta será :

D = RAIZ ( ((18/980) – (µ / (Ys-Yw)) * (z/t) )



Si suponemos esféricas las partículas finas de un suelo, la expresión anterior nos dará el diámetro de ellas en función de su velocidad de sedimentación. Para poder separar los porcentajes de cada tamaño de partículas, recurriremos al ensayo por hidrómetro.

El hidrómetro de Bouyoucos

Este aparato, que se observa en la figura 5.1 será nuestro instrumento principal de trabajo. El hidrómetro está fabricado en cristal y consta de un tallo que contiene una escala numerada y de un bulbo, en cuya parte inferior se encuentra un lastre. El hidrómetro de Bouyoucos no es más que un densímetro al cual se ha colocado una escala capaz de medir gramos de suelo en suspensión.

MATERIALES:

Tamices Nº 10

Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo.

Aparato agitador.

Hidrómetro 152H

Probeta.

Agente dispersivo (hexametafosfato de sodio).

Termómetro.

Muestra representativa del suelo.

Cronometro

Normas:

AASHTO T37-70 ASTM D421-58

ASSTHO T33-70 ASTM D422-63



PROCEDIMIENTO:

Secar la malla por el horno tamizar por la malla N 10 y tomar 50 g de la muestra.

Al mesclar 5gr de hexsafosfato de sodio con 125 ml de agua destilada entonces

obtenemos una solución con 4% concentración

Luego de mezclar la solución con la muestra se deja reposar para que le de

floculante penetre en la muestra en arenas r reposa de 2 a 4 horas en arcillas reposa

24 horas. Luego de que repose se coloca la muestra en un cilindro de la batidora.

Luego añadir 125 ml d agua destilada luego batir la mezcla para las arenas entre 3

a 4 minutos y para las arcillas durante 15 minutos.

Colocar el hidrómetro una vez que se vierta la mezcla en el cilindro de

sedimentación se añade agua destilad hasta completar los 1000ml lUego se agita el

cilindro con la mano por unos 1 minutos se debe a ser 90 ciclos en ese tiempo.

Luego se coloca el hidrómetro y se inicia la toma de datos en cada lectura se lee la

temperatura

LA MUESTRA



se agita el cilindro con la mano por unos 1 minutos



CÁLCULOS Y RESULTADOS FORMULAS A UTILIZAR

De los datos obtenidos durante el ensayo, determinamos dos parámetros:

Fracción más fina (P) y tamaño de grano (f)

Donde: Rc: Lectura del hidrómetro corregida por ceros y temperatura.

Rd: Lectura real del hidrómetro.

Ct: Constante de corrección por temperatura .

a: Factor de corrección por gravedad específica.

W : peso seco de la muestra usada.

Donde: f: tamaño de grano en mm.

K: Constante que depende de la temperatura y gravedad específica del suelo

usado.

t: Intervalo de tiempo desde el inicio de la sedimentación y el momento de la

lectura.

CORRECIONES



Peso especifico relativo del los sólidos (Ss) = 2.72

Peso del suelo seco (gr) = 50

Lectura del hidrómetro en agua = 1

Lectura del hidrómetro en agua mas de floculante Cd = 7

Corrección por temperatura

Lectura del hidrómetro corregido solo por menisco

Determina la Lectura corregida(R'), como la lectura del hidrómetro (R) se hacen bajo el menisco, se suma la corrección por menisco (Cm) a cada lectura.

Las demás longitudes se hallan por interpolación


Tabla 4. Factores de corrección por temperatura CT

Temp. (ºC) CT

15 -1,1016 -0,9017 -0,7018 -0,5019 -0,3020 0,0021 0,2022 0,4023 0,7024 1,0025 1,3026 1,6527 2,0028 2,5029 3,0530 3,80


CALCULAR EL VALOR DE L/T (CM/MIN)

Temp. (ºC) 2,50 2,55 2,60 2,65 2,70 2,75 2,80 2,85

16 0,0151 0,0148 0,0146 0,0144 0,0141 0,0139 0,0137 0,013617 0,0149 0,0146 0,0144 0,0142 0,0140 0,0138 0,0136 0,013418 0,0148 0,0144 0,0142 0,0140 0,0138 0,0136 0,0134 0,013219 0,0145 0,0143 0,0140 0,0138 0,0136 0,0134 0,0132 0,013120 0,0143 0,0141 0,0139 0,0137 0,0134 0,0133 0,0131 0,012921 0,0141 0,0139 0,0137 0,0135 0,0133 0,0131 0,0129 0,012722 0,0140 0,0137 0,0135 0,0133 0,0131 0,0129 0,0128 0,012623 0,0138 0,0136 0,0134 0,0132 0,0130 0,0128 0,0126 0,012424 0,0137 0,0134 0,0132 0,0130 0,0128 0,0126 0,0125 0,012325 0,0135 0,0133 0,0131 0,0129 0,0127 0,0125 0,0123 0,012226 0,0133 0,0131 0,0129 0,0127 0,0125 0,0124 0,0122 0,012027 0,0132 0,0130 0,0128 0,0126 0,0124 0,0122 0,0120 0,011928 0,0130 0,0128 0,0126 0,0124 0,0123 0,0121 0,0119 0,011729 0,0129 0,0127 0,0125 0,0123 0,0121 0,0120 0,0118 0,011630 0,0128 0,0126 0,0124 0,0122 0,0120 0,0118 0,0117 0,0115

Ahora podemos encontrar el diámetro equivalente :



HOJA DE RESULTADOS:

TIEMP(min) R C Mm CT P% K D

0.25 45.8 20 1

0.5 44.6 20 1

1 44.2 20 1 47.5 100.8678 0.1365 0.4316509

2 41.2 20 1 46.5 98.89 0.1365 0.30522328

5 37.2 20 1 42.5 90.9788 0.1365 0.19304015

10 34.2 20 1 39.5 85.0454 0.1365 0.1365

1.5 33.0 20 1 37.5 81.0898 0.1365 0.35244148

30 30.6 20 1 33.5 73.1786 0.1365 0.07880831

60 28.6 20 1 28.5 63.2896 0.1365 0.05572589

240 22 19.9 1 14.7 35.99596 0.1365 0.02786295

1440 19 19.7 1 7.7 22.15136 0.1365 0.011375

LIMITACIONES DEL MÉTODO DE SEDIMENTACIÓN

Se acostumbra coordinar los ensayos por mallas e hidrómetro de modo

tal que resulte en el gráfico granulométrico una zona de información

común por ambos métodos, siendo frecuente al llevar los resultados al

papel semilogarítmico, que en la citada zona no se produzca el solapado

esperable. Esto sucede así por la diferencia radical en los fundamentos

de los métodos utilizados y por los errores en que se incurre en las

mediciones y en la utilización de la Ley de Stokes. A continuación,

enumeramos las aberraciones de que adolece este método:

1.- El medio del fluido o suspensión no es infinito, sino, por el contrario,

bien limitado e igual a un decímetro cúbico.



2.- A pesar del uso de los de floculantes, algunos corpúsculos tienden a

reunirse, formando grumos o flóculos.

3.- Los descensos de las partículas no se efectúan en libertad absoluta,

sino que lo hacen chocando entre sí o con las paredes de la probeta de

cristal.

4.- Las partículas de distintos tamaños tienen frecuentemente orígenes

mineralógicos diferentes y en consecuencia pesos específicos

desiguales, utilizándose un peso específico medio de partículas sólidas

CONCLUSIONES:



Debemos tener mucho cuidado al momento de zarandear los tamices ya que

se puede perder valioso material que luego nos llevara ha resultados no

adecuados y que no concuerdan con la calidad de suelo analizado.

Mediante los experimentos realizados dentro del laboratorio, pudimos observar

que el suelo se divide en Fracción Granular Gruesa y Fracción Granular Fina.

Así como hemos mencionado su procedimiento particular para cada uno .Al

realizar los ensayos de estos, nos dimos cuenta de características importantes

como son: La Permeabilidad y Cohesión que poseen, las cuales nos permitirán

verificar que tan apto puede ser para la utilización de proyectos en construcción.

Cuando terminamos de zarandear siempre quedan pequeñas partículas en el

colador lo ideal es pasar rosando muchas veces con una taza y una punta

de acero el colador para rescatar las partículas que quedan suspendidas y

así no tener un material que no le pertenece ha cierto tamiz.

El ensayo de sedimentación es un ensayo que toma mas tiempo en realizar pero puede ser mas efectivo en la clasificación de material fino, pero por el cual también tiene limitaciones.

BIBLIOGRAFIA:



Juarez Badillo tomoI “MECANICA DE SUELOS I” Lambe Witman “SUELOS I” Manual de ensayo de materiales (EM 2000)


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