Tema 5 - Granulometria

8/22/2019 Tema 5 - Granulometria

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FacultaddeIngenierayArquitecturaMECANICADESUELOSI

GRANULOMETRADE LOS SUELOS


GRANULOMETRA

Se refiere a las proporciones relativas en que seencuentran las diferentes partculas minerales delsuelo (grava, arena, limo y arcilla) expresada con baseal peso seco del suelo (en %) despus de ladestruccin de los agregados.

La granulometra estudia la distribucin de laspartculas que conforman un suelo segn su tamaa,lo cual ofrece un criterio obvio para una clasificacin

descriptiva. La variedad del tamao de las partculascasi es ilimitada.


TAMAO DE LAS PARTCULAS

Independientemente del origen del suelo, los tamaos

de las partculas, en general, que conforman un suelo,varan en un amplio rango. Los suelos en general sonllamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo deltamao predominante de las partculas,ocasionalmente puede tener materia orgnica.


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La textura y propiedades fsicas del suelo dependerndel tamao de ellas. Mayores tamaos de partculassignifica mayor espacio entre ellas, resultando unsuelo mas poroso; menor tamao de partculastendrn menor espacio entre ellas dificultando el pasodel aire y el agua, por tanto este suelo ser menosporoso. Los tamaos de grano se han clasificado conbase en las dimensiones dada en determinadosestndares.


Cuando se realiza un anlisis fsico de una muestra desuelo, se define dentro de ella variados tamaos degrano que se enmarcan dentro de rangos especficos,definidos por diversas entidades o agrupaciones.


Para clasificar a los constituyentes del suelo segn sutamao de partculas, se han establecido muchasclasificaciones granulomtricas. Bsicamente todasaceptan los trminos de grava, arena, limo y arcillas,pero difieren en los valores de los limites establecidospara definir cada clase.


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Las fracciones tendrn denominaciones, segn elsistema:


AASHTO: American Association Of State Highwayand Transportation Official.

ASTM: American Society For Testing and Materials.

SUCS: Unifield Soil Clasification System.


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Granulares: Gravas y Arenas (visible a simple vista).

Gravas 63 mm > d > 2 mm

Arena 2 mm > d > 0.063 mm

Finos: Limos y Arcillas (no visibles).

Limos 0.063 mm > d > 0.002 mm

Arcillas < 0.002 mm


Granulares: (G) Gravas y (S) Arenas

Finos: (M) Limos y (C) Arcillas


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GRAVA: Son fragmentos grandes de roca, fcilmente

identificables a simple vista.

ARENA: Son aquellos fragmentos los cuales en muchasocasiones son apreciables sin necesidad de ayuda deequipos adicionales (lupa, microscopio). Estncompuestas por partculas de un tamao considerable,tienen un mayor espacio entre partculas, el aguadrena muy rpidamente a travs de ella.


GRAVA


ARENA


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LIMO: Compuesto por partculas intermedias entre la

arcilla y la arena, en estado hmedo es difcil detrabajar. Los limos son fracciones microscpicas delsuelo que constituyen granos muy finos de cuarzo yalgunas partculas en forma de escamas que sonfragmentos de minerales micceos.


LIMO



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ARCILLA: Son principalmente partculas sub

microscpicas en forma de escamas. Es un suelocompuesto por partculas muy pequeas y con muypoco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidadde retener el agua, pero el aire no puede penetrar enestos espacios, especialmente cuando ellos estnsaturados con agua.Las partculas se clasifican como arcilla con base en sutamao de grano y no contienen necesariamenteminerales arcillosos, las arcillas se definen comoaquellas partculas que desarrollan propiedades deplasticidad cuando se mezcla con una cantidadlimitada de agua.


ARCILLA



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RELACIN PARTCULAS FINAS YAGREGADOS

Suelos granulares sin finos:

Contacto grano a grano. Peso volumtrico variable. Permeable. No susceptible a las heladas. Alta estabilidad en estado confinado. Baja estabilidad en estado no confinado. No afectable por condiciones hidrulicas adversas.



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Suelos granulares con finos suficientes para obtener

una alta densidad:

Contacto grano a grano con incremento en laresistencia.

Resistencia a la deformacin. Mayor peso volumtrico. Permeabilidad mas baja. Relativa alta estabilidad (confinado o no confinado) No muy afectable por condiciones hidrulicas

adversas.



Suelos granulares con gran cantidad de finos:

No existe contacto grano a grano.

Los granos estn dentro de una matriz de finos. Este estado disminuye el peso volumtrico. Baja permeabilidad. Baja estabilidad (confinado o no). Afectable por condiciones hidrulicas adversas.


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PRINCIPALES PROPIEDADESDEMANDADAS POR EL INGENIERO

Estabilidad Volumtrica:

Los cambios de humedad son la principal fuentepara la inestabilidad, se levantan los pavimentos, seinclina los postes y se rompen tubos y muros.



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Resistencia Mecnica:

La humedad la reduce, la compactacin o el secadola levanta.


Permeabilidad:

La presin de poros elevada provoca deslizamientosy el flujo de agua, a travs del suelo, puede originartubificacin y arrastre de partculas.



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Durabilidad:

El intemperismo, la erosin y la abrasin amenazanla vida til de un suelo, como elemento estructural ofuncional.


Comprensibilidad:

Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia delsuelo al esfuerzo cortante y provocadesplazamientos.


Las propiedades anteriores se pueden modificar o

alterar de muchas formas: por medios mecnicos,drenaje, medios elctricos, cambios de temperatura oadicin de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales,etc.)


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DETERMINACIN DEL TAMAO DE LAS

PARTCULASLas partculas no estn sueltas sino que formanagregados, siendo por lo tanto necesario destruir laagregacin para separar las partculas individuales.Por ello antes de proceder a la separacin de lasdiferentes fracciones hay una fase previa depreparacin de la muestra.



Despus de preparar la muestra, se realiza el anlisis

mecnico, el que consiste en determinar el tamao departculas por tamizado o por sedimentacin.


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TAMIZADO


SEDIMENTACIN


REPRESENTACIN DE LA DISTRIBUCINGRANULOMTRICA

Siempre que se cuente con suficiente nmero depuntos, la representacin grfica de la distribucingranulomtrica debe estimarse preferible a lanumrica en tablas.


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CURVA GRANULOMTRICA DE ALGUNOS SUELOS


Curva granulomtrica de algunos suelos


Granulares:(G) Gravas 63 mm > d > 2 mm(S) Arena 2 mm > d > 0.063 mm

Finos:(M) Limos 0.063 mm > d > 0.002 mm(C) Arcillas < 0.002 mm

Curvas en el grafico:o Arena con gravas.o Arena gruesa.o Arcilla limosa.


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Cuando se tienen que indicar los resultados esenciales

de los anlisis mecnicos de un gran nmero desuelos, puede resultar conveniente expresar lascaractersticas granulomtricas de cada suelo pormedio de valores numricos indicativos de algntamao de grano caracterstico y del grado deuniformidad. El procedimiento ms utilizado es elconocido con el nombre de mtodo de Allen Hazen.


Realizando un gran nmero de ensayos con arenaspera filtros, Hazen encontr que la permeabilidad dedichas arenas en estado suelto depende de doscantidades que denomin dimetro efectivo ycoeficiente de uniformidad.

El dimetro efectivo D10, llamado as por Hazen; es eltamao tal que igual o mayor que el 10%, en peso,del suelo.

El coeficiente de uniformidad U es igual a D60/D10,

donde D60 es el tamao de partcula que correspondea 60%, en peso, del suelo, sea igual o menor.


En realidad la relacin Cu es un coeficiente de nouniformidad pues su valor numrico decrece cuando launiformidad aumenta. Los suelos con Cu < 3 se

consideran muy uniformes; aun las arenas naturales,muy uniformes, rara vez presentan Cu < 2. Elcoeficiente Cu se define con la siguiente expresin:

Cu = D60 / D10


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Como dato complementario, necesario para definir la

uniformidad, se define el coeficiente de curvatura delsuelo con la expresin

Cc = (D30) / (D60 * D10)

D30 se define anlogamente que los D10 y D60anteriores, sta relacin tiene un valor entre 1 y 3 ensuelos bien graduados, con amplio margen detamaos de partculas y cantidades apreciables decada tamao intermedio.


FacultaddeIngenierayArquitecturaMECANICADESUELOSIMTODO DEL TAMIZADO

ALCANCE

La norma describe el procedimiento para determinarcuantitativamente la distribucin de las partculas deun suelo.

ASTM D - 422MTC E 107


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EQUIPO

Balanza: Con sensibilidad de 0.01 g. Tamices: 75 mm (3"), 50,8 mm (2"), 38,1 mm

(1"), 25,4 mm (1"), 19,0 mm ("), 9,5 mm (3/8"), 4,76 mm (N 4), 2,00 mm (N 10), 0,840mm (N 20), 0,425 mm (N 40), 0,250 mm (N60), 0,106 mm (N 140) y 0,075 mm (N 200).

Horno: capaz de mantener temperaturas uniformes yconstantes hasta de 1105C (2309F).

Tamizadora: Mecnica. Recipientes: Adecuados para el manejo y secado de

las muestras.


OBJETIVO

La determinacin cuantitativa de la distribucin de tamaos departculas de suelo.


PROCEDIMIENTO

La muestra proveniente de cantera o estudio desuelos, se procede a reducir la muestra en formarepresentativa por medio del cuarteo.

Se divide en cuatro la muestra y se junta losextremos, uno de los extremos se descarta, y la otrase vuelva a reducir hasta obtener la cantidad demuestra requerida.


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Lavado de muestras, la muestra cuarteada se pesacomo peso total, se procede a realizar el lavado por lamalla numero 200, para determinar el % mas fino quela malla # 200.


Despus que el suelo esta seco se pesa, se hace pasarpor una serie organizada de tamices, de orificios contamaos decrecientes y conocidos, desde arriba hacia

abajo.El primer tamiz, es el de mayor tamao y es dondeinicia el tamizado.

Se tapa con el fin de evitar perdidas de finos; elultimo tamiz esta abajo y descansa sobre unrecipiente (cazoleta) de forma igual a uno de lostamices, y recibe el material mas fino no retenido porningn tamiz.


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Con sacudidas horizontales y golpes verticales,mecnicos o manuales, se hace pasar el suelo por laserie de tamices, de arriba abajo, para luego pesarpor separado el suelo retenido en cada malla.

Cada tamiz esta identificado con un numero, porejemplo, malla #40, malla #100, malla #200, estenumero indica el numero de abertura en una pulgada,sin embargo, debido a que el espesor del alambre dela malla puede variar, se ha optado por dar el tamaode los orificios en milmetros.



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El cribado por malla se usa para obtener las fraccionescorrespondientes a los tamaos mayores del suelo,generalmente se llega hasta el tamao de 0.074 mm(malla N 200).


Dentro de este mtodo existen dos procedimientos: eltamizado en seco y el tamizado por lavado. En generalsolo algunas mallas son suficientes para definirconvenientemente una curva granulomtrica.


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Lavar la muestra a travs del tamiz N 200 y poner a

secar en el horno el material retenido. (esto en el casode anlisis con lavado, que se realiza cuando lamuestra tiene apreciable cantidad de finos).

Obtener el peso de la muestra seca despus delavada.

Obtener el peso del material que quedo retenido encada tamiz.


Se calcula los porcentajes del material retenido encada malla respecto del peso seco de la muestraoriginal.

% Retenido = ((mtotal mpasa) / mtotal) x 100

% Retenido = (mretenida/mtotal) x100

Calcular el porcentaje que pasa cada tamiz restandode 100% el porcentaje retenido acumulado en dichamalla.

% Pasa = 100 - % Retenido Acumulado


% Retenido acumulado = % retenido anterior + % retenido


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ENSAYO GRANULOMTRICO


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ASTM D 422 Y MTC E 107


CUARTEO

La muestra proveniente de cantera o estudio desuelos, se procede a reducir la muestra en formarepresentativa por medio del cuarteo.Se divide en cuatro la muestra y se junta losextremos, uno de los extremos se descarta, y la otrase vuelva a reducir hasta obtener la cantidad demuestra requerida.



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LAVADO DE LA MUESTRA

La muestra cuarteada se pesa como peso total (A) procede arealizar el lavado por la malla numero 200, para determinar el% mas fino que la malla #200.


PESADO Y TAMIZADO

Una vez lavado y secado en el Horno se pesa (B) y seprocede a verter por las mallas de mayor dimetro hasta elmenor.


PESADO Y TAMIZADO

Se agita circularmente y lateralmente hasta obtener losretenidos y no pase ni una partcula de agregado por lo

tamices, se pesan los retenidos ( c ).


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CLCULOS

% Material mas fino que la malla # 200=

(A B) / A *100

% de retenidos en tamiz =

C / A *100

A : Peso total

B : Peso despus del lavado por la #200

C : Peso retenido en cada tamiz


INFORME

El informe deber incluir lo siguiente:

El tamao mximo de las partculas contenidas en lamuestra.

Los porcentajes retenidos y los que pasan, para cadauno de los tamices utilizados.

Los resultados se presentarn: (1) en forma tabulada,

o (2) en forma grfica, siendo esta ltima forma laindicada cada vez que el anlisis comprenda unensayo completo de sedimentacin.


Las pequeas diferencias resultantes en el empate delas curvas obtenidas por tamizado y por sedimento,respectivamente, se corregirn en forma grfica


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ASTM D 422 Y MTC E 107



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MTODO POR SEDIMENTACIN


El mtodo se basa en que la velocidad desedimentacin de partculas en un lquido es funcinde su tamao. Determinando la granulometra de unsuelo con el mtodo por tamizado solamente sellegar a tamaos mnimos de 0.074 mm (Malla N200). Los tamaos menores del suelo exigen unainvestigacin fundada en otros principios, por lo queeste mtodo se basa en las caractersticas de lasedimentacin de las partculas del suelo en un medioacuoso.


Se aplica a suelos finos que han quedado en la

cazoleta y que se denomina pasa la malla N 200. Elmtodo de uso ms conocido es el del Hidrmetro(Densmetro).


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LA PRUEBA DEL HIDRMETRO (DENSMETRO) O

AASHO STANDARD. ( ASTM 422 )

Se toma una probeta con agua al cual se le colocasuelo, se agita hasta que sea uniforme la suspensin;luego se deja en reposo para ir midiendo mediante undensmetro graduado los pesos especficos relativos deuna suspensin de un suelo que cambian en untranscurso del tiempo (minutos, horas, dias),calibrando dicho densmetro a 20 grados y con escalade 0.995 a 1,060.


Los pesos especficos de la suspensin disminuye amedida que las partculas se asientan. La profundidaddel densmetro, variable con la densidad de lasuspensin (ARQUIMEDES), es la base para calcularesa distribucin de tamaos de granos finos que pasala malla N 200. El sistema se calcula con la Ley deStokes. Para la determinacin de los tamaos de laspartculas y su distribucin granulomtrica, se usa unnomograma a base la Ley de Stokes. Para poderutilizar este nomograma es necesario conocer lasespecificaciones del densmetro, o sea, es necesario

calibrarlo.


LEY DE STOKES

La ley fundamental de que se hace uso en el

procedimiento del hidrmetro, es debida a Stokes yproporciona una relacin entre la velocidad desedimentacin (descenso) de las partculas del sueloen un fluido y el tamao de esas partculas. Granoscon distintos tamaos, descienden en un lquido condistintas velocidades, y establece que la velocidad decada de una esfera pequea en un medio fluidoviscoso, es:


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Al aplica la ley de Stokes, a la determinacin deltamao de las partculas de un suelo, deben tomarseen cuenta las limitaciones siguientes:


Las partculas de un suelo no son esfricas. Las hayde forma angular, redondeada, alargada, etc. As,por ejemplo, la relacin que existe entre dimetrosde partculas esfricas y en forma de discos es,

segn L. y W. Squires del Instituto Tecnolgico deMassachussets, la siguiente:

D = 0.752 D

Donde:o D = dimetro de la esfera.o D = dimetro del disco.o = D / Ho H = altura del disco.


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La ley de Stokes considera el movimiento de una

sola esfera y, por lo tanto, no toma en cuenta ni lainfluencia ni la interferencia de unas partculas conotras, lo que si sucede en una masa de suelo dentrode un medio fluido. Para aligerar los clculos,existen nomogramas que ofrecen suficienteexactitud y son fciles de utilizar, hacemos notarque cada nomograma funciona para un densmetrodeterminado, por lo que es necesario calibrar dichodensmetro.


PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO

Calibracin del Hidrmetro (densmetro): Lacalibracin consiste en la determinacin de la alturade cada (Hg) en funcin de las lecturas realizadas.Aplicando el nomograma (segn la Ley de Stokes) esnecesario llevar a cabo la calibracin de cadadensmetro, ya que las alturas de cada (Hg) quecorresponden a lecturas del peso especfico dellquido, son siempre distintos en los densmetros.


Correccin de las lecturas del densmetro en uso pormenisco y uso de defloculante: Durante la prueba porsedimentacin, debe utilizarse un defloculante (silicatode sodio) que impide el descenso demasiado rpido de

las partculas. A fin de impedir que las partculasmenores de suelo se unan entre s formando granosms pesados y por consecuencia mayor velocidad desedimentacin , haciendo cometer errores.


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Cantidad de la muestra por ensayar: Se realiza en

suelos en que la mayor parte del material, pasa eltamiz N 80 o puede ser del suelo que pasa el tamizN 200. La cantidad de la muestra del suelo porsometer a la prueba de sedimentacin, depende deltipo de suelo.

o Suelo arenoso. 50 - 150 gro Suelo cohesivos sin arena. 30 50 gro Arcillas grasosas. 10 30 gr


Equipo necesario para la prueba de sedimentacin:

o Una Balanza. Con 0.1 o 0.01 gr de aproximacin.o Un Hidrmetro graduado.o Un Batidor mecnico elctrico.o Un Termmetro con aproximacin de 0.1 C.o Una Probeta graduada de 1,000 ml.o Defloculante (silicato de sodio).o Esptulas, probetas, estufa, etc.


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