Lab04 - Análisis Granulométrico por Tamizado - UPAO - SUELOS

MECÁNICA DE SUELOS I ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

(NTP 339.128 / ASTM D-422)

El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de

tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la parte del

suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con

relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que

pasan por cada tamiz.

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO N° 04

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

ASIGNATURA:

MECÁNICA DE SUELOS I

CICLO:

V

INTEGRANTES:

CALDERÓN ALAYO, Jhordy Eduardo

DOCENTE:

ING. DE LA CRUZ VASQUEZ, Javier

HORARIO:

VIERNES 4:10 – 5:55 pm NRC: 741

TRUJILLO – PERÚ

2015 – 20

INTRODUCCIÓN

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del

mismo en diferentes fracciones, es la determinación de los porcentajes de

grava, arena, limo y arcilla que se encuentra en cierta masa de suelo

seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas

de cada fracción se caracteriza porque su tamaño se encuentra

comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa

para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es

el mínimo de la que le sigue correlativamente.

En suelos gruesos (gravas, arenas y limos no plásticos), de estructura

simple, la característica más importante para definir su resistencia es la

compacidad; la angulidad de los granos y la orientación de las partículas

juegan también un papel importante, aunque menor.

Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas

granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica

proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo,

arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como

arena según tuviera tal o cual tamaño máximo. La necesidad de un sistema

de clasificación de suelos no es discutible, pero el ingeniero ha de buscar

uno en que el criterio de clasificación le sea útil.

El método mecánico se usa en caso de que los suelos sean

granulares lo que permite fácilmente determinar los porcentajes de

grava y arena mediante el uso de un juego de tamices. Estos tamices

con aberturas calibradas, varían desde 10.16 cm. que equivale a 4’’ hasta

0.074 mm que equivale al tamiz No 200.

El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de

tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la parte del

suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con

relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que

pasan por cada tamiz.

I. OBJETIVO

Conocer y adquirir conocimientos del método de análisis

granulométrico mecánico, para poder determinar de manera

adecuada la distribución y el tamaño de sus partículas de un suelo.

Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del

tamaño de las partículas de un suelo.

Analizar su graduación en base a los coeficientes de

Uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).

Desarrollar este ensayo guiándonos de la Norma Técnica Peruana

(NTP 339.128).

Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños de

suelo y con estos datos construir su curva granulométrica.

II. MATERIALES Y EQUIPOS

- Balanza electrónica de sensibilidad 0.1 g.

- Juego de tamices ASTM (3'' - N° 200).

- Horno de secado

- Muestra de Suelo (Arcilla y Arena).

- Recipientes.

- Cepillos, brochas.

- Guantes de látex.

- Mascarilla anti polvo.

- Recipiente metálico.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO

Es la parte de la Mecánica de Suelos que estudia lo referente a

las formas y distribución de tamaños de las gravas o partículas que

constituyen un suelo.

El análisis granulométrico de un suelo consiste en separar y

clasificar por tamaños los granos que lo componen. Es de poca

utilidad en los suelos finos, pero permite formarse una idea

aproximada de algunos de las propiedades de los suelos gruesos.

El análisis por mallas se concreta a segregar el suelo mediante una

serie de mallas que definen el tamaño de la partícula.

El tamaño de los granos puede también obtenerse aplicando la

Ley de Stokes, que rige la caída libre de una esfera en un líquido.

El método del hidrómetro (densímetro) es el que permite aplicar

con más exactitud este principio.

El análisis combinado o total consiste en aplicar el análisis por

mallas y el método del hidrómetro, respectivamente, a las

porciones gruesas y finas de un mismo material.

Generalmente, se recurre al análisis combinado si el material

contiene más del 25% en peso de granos retenidos en la malla N°

200. De ser posible, el análisis granulométrico de los suelos arcillosos

debe realizarse sobre muestras que hayan sido secadas al aire y no

al horno para evitar alterar las partículas finas.

La granulometría de un suelo se define como la distribución del

tamaño de sus partículas y se determina haciendo pasar una

muestra representativa de suelo por una serie de tamices

ordenados, por abertura, de mayor a menor.

Los tamices son básicamente unas mallas de aberturas cuadradas,

que se encuentran estandarizadas (tamices ASTM) según el

tamaño de la abertura en pulgadas.

La serie de tamices utilizados para los suelos son:

3", 2½", 2", 1½", 1", ¾", ½", 3/8”,1/4”, Nº 4, Nº 10, Nº 20, Nº 40, Nº 50,

Nº 100, Nº 200, Plato.

Calculo de porcentaje retenido sobre cada tamiz en la

siguiente forma:

% 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 = 𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒕𝒂𝒎𝒊𝒛

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒙 𝟏𝟎𝟎

Calculo del porcentaje más fino, restando en forma

acumulada de 100% los porcentajes retenidos sobre cada

tamiz.

% 𝑷𝒂𝒔𝒂 = 𝟏𝟎𝟎 − % 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒂𝒄𝒐𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐

COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD Y CURVATURAS

De acuerdo a la distribución de partículas de un suelo se puede

inferir cierta información a nivel cualitativo para un suelo grueso. La

distribución del tamaño de las partículas constitutivas de un suelo

grueso se expresa gráficamente mediante una curva de

distribución granulométrica.

A partir de la curva pueden obtenerse dos importantes indicadores

que caracterizan a un suelo.

a) Coeficiente de Uniformidad (Cu):

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, como se muestra en la fórmula:

𝑪𝒖 = 𝑫𝟔𝟎

𝑫𝟏𝟎

Donde:

D60: El diámetro o tamaño por debajo del

cual queda el 60% del suelo, en peso.



Asimismo, representa la extensión de la curva

granulométrica, es decir, a mayor extensión de esta curva,

se tendrá una mayor variedad de tamaños, lo que es propio

de un suelo bien graduado. Esto se cumple en arena para

un Cu>6 y para Gravas Cu>4.

b) Coeficiente de Curvatura (Cc):

Como dato complementario, es necesario para definir la

uniformidad, se define el coeficiente de curvatura del suelo

con la expresión:

𝑪𝒄 = (𝑫𝟑𝟎)𝟐

𝑫𝟔𝟎𝒙𝑫𝟏𝟎

Donde:







Trata de indicarnos una curva granulométrica constante, sin

escalones; esto cumple tanto en arenas como gravas para

cuando 1 < Cc < 3.

Por lo tanto, ambos coeficientes de uniformidad y curvatura

sirven para indicarnos de una manera práctica y sencilla en

el laboratorio cuando un suelo se encuentra bien graduado

o mal graduado.

c) Fórmulas de Interpolación D10, D30, D60:

𝑫𝒙 = 𝑫𝑺 − (%𝑷𝑺 − 𝑿)(𝑫𝑺 − 𝑫𝑰)

%𝑷𝑺 − %𝑷𝑰

Donde:

DX: Diámetro incógnita (10, 30, 60).

DS: Diámetro de malla superior.

DI: Diámetro de malla inferior.

PS: Porcentaje que pasa por la malla

superior.

PI: Porcentaje que pasa por la malla

inferior.

IV. PROCEDIMIENTO

ARENA Y ARCILLA

- Empezamos este ensayo seleccionando el material en este

caso arcilla y arena.

- Luego se efectúa un cuarteo; se revuelve el material y

después se separa en cuatro partes, para así tomar las 2

partes opuestas por el vértice.

- Después de tener el material se deja secar la muestra en el

horno por 24 horas a una temperatura de 110°C ± 5°C.

- Luego se pesa la muestra seca que se va a ensayar, en este

caso 600g de arena y 300g de arcilla aproximadamente.

Obteniendo así W inicial seco.

ARENA ARCILLA

- Posteriormente se procede al lavado de la muestra que tiene

que pasar por la malla N° 200.

- Para el lavado de la muestra se usa la malla N° 200. Se echa

la muestra en porciones, de forma que no se pierda

partículas mayores a 0.074mm (diámetro de la malla N° 200).

- Una vez lavada la muestra por la malla N° 200, el material

retenido debe secarse en el horno por 24 horas a una

temperatura de 110°C ± 5°C.

- Luego se saca el material del horno, se enfría y se pesa.

Obteniendo así W lavado seco.

ARENA ARCILLA

- Luego se colocan las mallas en forma ordenada: de la más

pequeña a la más grande, de abajo hacia arriba

- La muestra se echa por la parte superior de la serie de

tamices y luego se sacude por espacio de diez a quince

minutos en forma helicoidal. Se debe tener cuidado de no

perder material durante el zarandeo.

- Luego de tamizarlo se procede a pesar el material retenido

en cada malla.

ARCILLA

fghfghf

MALLA N° 4 MALLA N° 8 MALLA N° 10


MALLA N° 40 MALLA N° 50

ARENA



MALLA N° 40 MALLA N° 50

V. CÁLCULO Y RESULTADOS

ARCILLA

A continuación un cuadro de los datos del material:

DATOS DEL MATERIAL

Peso inicial seco (g) 315.6 [g]

Peso recip. + lavado seco (g) 149.0 [g]

Tara de recipiente (g) 51.9 [g]

Peso lavado seco (g) 97.1 [g]

Pérdida por lavado (g) 218.5 [g]

Cuadro de pesos retenidos en los tamices:

TAMIZ


ABERT.

(mm)

PESO RETEN.

(g.)

RETENIDO

(g.)

RET. ACOM.

(%)

PASA

(%)

3 76.200

2 ½’’ 63.500

2’’ 50.800

1 ½’’ 38.100

1’’ 25.400

3/4'’ 19.050

1/2'’ 12.700

3/8’’ 9.525

N° 4 4.760 0 0.00 % 0.00 % 100 %

N° 8 2.380 2.20 0.70 % 0.70 % 99.30 %

N° 10 2.000 1.10 0.35 % 1.05 % 98.95 %

N° 16 1.190 3.70 1.17 % 2.22 % 97.78 %

N° 20 0.840 3.00 0.95 % 3.17 % 96.83 %

N° 30 0.590 4.30 1.36 % 4.53 % 95.47 %

N° 40 0.426 4.60 1.46 % 5.99 % 94.01 %

N° 50 0.297 7.30 2.31 % 8.30 % 91.70 %

N° 100 0.149 42.30 13.40 % 21.70 % 78.30 %

N° 200 0.074 28.60 9.06 % 30.77 % 69.23 %

PLATO 218.50 69.23 % 100 % 0.00 %

SUMATORIA 315.60

Calculamos el % de grava, arena y finos:

% Gravas : 0.00 [%]

% Arenas : 30.77 [%]

% Finos : 69.23 [%]

Calculamos D10, D30 y D60:

D10 = −

D30 = −

D60 = −

Calculamos el Coeficiente de Curvatura (Cc):

Cc = −

Calculamos el Coeficiente de Uniformidad (Cu):

Cu = −

ARENA

A continuación un cuadro de los datos del material:

DATOS DEL MATERIAL

Peso inicial seco (g) 608.7 [g]

Peso recip. + lavado seco (g) 507.0 [g]

Tara de recipiente (g) 51.5 [g]

Peso lavado seco (g) 455.5 [g]

Pérdida por lavado (g) 153.2 [g]

Cuadro de pesos retenidos en los tamices:

TAMIZ


ABERT.

(mm)

PESO RETEN.

(g.)

RETENIDO

(g.)

RET. ACOM.

(%)

PASA

(%)

3 76.200

2 ½’’ 63.500

2’’ 50.800

1 ½’’ 38.100

1’’ 25.400

3/4'’ 19.050

1/2'’ 12.700

3/8’’ 9.525 0.00 0.00 % 0.00 % 100 %

N° 4 4.760 3.50 0.57 % 0.57 % 99.43 %

N° 8 2.380 16.60 2.73 % 3.30 % 96.70 %

N° 10 2.000 9.30 1.53 % 4.83 % 95.17 %

N° 16 1.190 43.90 7.21 % 12.04 % 87.96 %

N° 20 0.840 39.20 6.44 % 18.48 % 81.52 %

N° 30 0.590 49.40 8.12 % 26.60 % 73.40 %

N° 40 0.426 40.20 6.60 % 33.20 % 66.80 %

N° 50 0.297 41.80 6.87 % 40.07 % 59.93 %

N° 100 0.149 121.40 19.94 % 60.01 % 39.99 %

N° 200 0.074 90.20 14.82 % 74.83 % 25.17 %

PLATO 153.20 25.17 % 100 % 0.00 %

SUMATORIA 608.70

Calculamos el % de grava, arena y finos:

% Gravas : 0.57 [%]

% Arenas : 74.26 [%]

% Finos : 25.17 [%]

Calculamos D10, D30 y D60:

D10 = 0.074 − (25.17 − 10)(0.074 − 0.000)

25.17 − 0.00=> 𝐃𝟏𝟎 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟗

D30 = 0.149 − (39.99 − 30)(0.149 − 0.074)

39.99 − 25.17=> 𝐃𝟑𝟎 = 𝟎. 𝟎𝟗𝟖

D60 = 0.426 − (66.80 − 60)(0.426 − 0.297)

66.80 − 59.93=> 𝐃𝟔𝟎 = 𝟎. 𝟐𝟗𝟖

Calculamos el Coeficiente de Curvatura (Cc):

Cc =(0.098)2

0.298 ∗ 0.029=> 𝐂𝐜 = 𝟏. 𝟏𝟎𝟓

Calculamos el Coeficiente de Uniformidad (Cu):

Cu =0.298

0.029=> 𝐂𝐮 = 𝟏𝟎. 𝟏𝟒𝟓

CURVA GRANULOMÉTRICA

ARCILLA

Para dibujar la curva granulométrica de la arcilla lo desarrollamos en

Excel y el resultado fue el siguiente:

ARENA

Para dibujar la curva granulométrica de la arena lo desarrollamos en Excel

y el resultado fue el siguiente:

ANALIZANDO:

La curva granulométrica de la arena por su imagen viene a ser una

Arena bien graduada (SW).

Por ser SW: Suelos bien graduados y con pocos finos, el contenido de

finos sea menor del 5% .Para considerar una arena bien graduada, el

Cu >6 y Cc 1-3, para una grava el Cu>4 y Cc 1-3.

VI. CONCLUSIONES

Se pudo observar y aprender la distribución del material en los

diferentes tamices, asimismo se conoció las aberturas de cada

tamiz lo cual es importante para graficar una curva

granulométrica.

Se determinó en laboratorio de suelos la distribución cuantitativa

del tamaño de las partículas de un suelo, en este caso arcilla y

arena.

Se calculó los coeficientes de Uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).

ARENA : - Cu = 10.145

“S” y “W”

- Cc = 1.105

Se procedió a hacer este laboratorio con la ayuda de la norma

técnica peruana (NTP 339.128).

Se dibujó su curva granulométrica con el porcentaje que pasa y la

abertura de cada tamiz para la arena y la arcilla.

VII. BIBLIOGRAFÍA

- NORMA TÉCNICA PERUANA NPT. 339.128

1999 SUELOS. Método normalizado para Análisis

Granulométrico de Suelos por Tamizado.

- Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A. Mecánica de Suelos.

3ra. Ed., Limusa, 2001.

ANEXOS (FORMATO)

Engineering

Lab04 - Análisis Granulométrico por Tamizado - UPAO - SUELOS