02 Practica Nº 2 Granulometria

Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas Ingeniería Civil Materiales y Ensayos

LABORATORIO CAPITULO 2: GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DE AGREGADOS FINOS Y GRUESOS (NORMA COVENIN 255-98) ALCANCE Permite determinar, por cernido, la distribución de los tamaños de las partículas de los agregados finos y gruesos. RESUMEN DEL MÉTODO Consiste en separar una muestra de agregado seco, de peso conocido, a través de una serie de cedazos, progresivamente menores, para determinar la distribución porcentual del tamaño de las partículas que lo componen. SIGNIFICADO Y USO El método determina en forma cuantitativamente la distribución de los diferentes tamaños de las partículas presentes (gradación) en una muestra de agregado a utilizar en diferentes campos de la ejecución de una obra civil. Los resultados se usan para verificar si la distribución de tamaños de las partículas de un agregado, está de acuerdo con las especificaciones aplicables al caso. Provee la información necesaria para el control de producción de agregados y combinaciones de ellos. La información también puede ser usada en el desarrollo de relaciones de porosidad y relleno.

EQUIPOS DE ENSAYO: Balanzas: De 20,0 kg con apreciación de 1,0 gr para agregados gruesos De 5,0 kg, 2,6 kg o menos, con apreciación de 0,1 gr (o menos), para agregados finos. Fuente de calor: Horno ventilado, capaz de mantener una temperatura uniforme de: 110 ºC ± 5 ºC. Plancha eléctrica o de gas, para secado rápido de agregados. Cedazos o tamices: Pueden ser rectangulares o circulares. Deben estar montados en marcos firmes y construidos de tal manera que impidan la perdida de material durante el cernido. Las aberturas de los tamices a usar, se seleccionan de tal manera que suministren la información requerida por las especificaciones aplicables (deben cumplir con la norma COVENIN 254-98). La abertura de los tamices utilizados en la tecnología del concreto, según ASTM y COVENIN, son: 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº 4, Nº 8, Nº 16, Nº 30, Nº 50, Nº 100 y Nº 200. Aparato mecánico (cernidor): Este impartirá movimientos (vertical y lateral) a los cedazos, para que las partículas se muevan y permitan el paso entre las aberturas de las partículas más que pequeña que ellas. Cuarteador mecánico. Vaso de precipitado, agitador de vidrio y frasco lavador (esparcidor de agua de plástico con boquilla). Bandejas, poncheras, espátula, cuchara y brocha de cerdas. Ing. Luis I. Vergara C. 1/10


Figura1: Tamices circulares de 8 pulgadas de diámetro, con diferentes aberturas

Figura 2: Aparato mecánico o tamizador para tamices de 8 pulgadas de diámetro

MATERIAL A ENSAYAR Consiste en una muestra de agregado previamente humedecida para disminuir la segregación y la pérdida de polvo. Dicha muestra debe ser representativa del material, para lo cual se emplea un divisor de muestras (cuarteador) o el método de cuarteo indicado en la norma COVENIN 279.

Ing. Luis I. Vergara C. 2/10


La muestra para el ensayo granulométrico se selecciona por cuarteo y la cantidad necesaria para el ensayo se especifica en función del tamaño máximo nominal de sus partículas para lo cual se toma como guía la tabla siguiente: Tabla Nº 1: Tamaño de la muestra para el ensayo de granulometría, según su tamaño máximo nominal Tamaño máximo nominal

Peso mínimo de la muestra (kg)

< 4,76 mm 4,76 mm (Nº 4) a 6,35 mm (1/4”)

0,5 5,0

9,51 mm (3/8”) a 19,0 mm (3/4”)

10,0

25,0 mm (1”) a 50,0 mm (2”)

20,0

63,0 mm (2 ½”) a 90,0 mm (3 ½”) ≥

102,4 mm (4”)

70,0 110,0

En el tamizado de la fracción de agregado fino, en ningún caso, la fracción retenida en cualquier tamiz puede ser mayor de 200 gr. Cuando esto ocurra la muestra se debe tamizar por partes. Una vez seleccionada la muestra, ésta se seca en el horno hasta obtener peso constante (los suelos orgánicos se deben mantener a 60 ºC durante 36 horas para secarlos).

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO: Dependiendo del tamaño de los granos del agregado, el análisis puede ser por: .- Tamizado en seco. .- Tamizado por vía húmeda (por lavado). Según el tipo de agregado y el tamaño de sus partículas, se utiliza una o las dos metodologías para analizarlo granulométricamente. El análisis por tamizado permite obtener la distribución granulométrica de las partículas mayores del tamiz Nº 200 (0,074mm). Esto se logra haciendo pasar el agregado a través de tamices con diferentes tamaños de abertura, ordenados de mayor a menor. Las partículas más grandes que la abertura de un tamiz quedan retenidas en el mismo y las más pequeñas, obviamente, lo atravesarán hasta quedar retenidas en el tamiz cuya abertura sea más pequeña que ellas. Es evidente que el material retenido en cada tamiz contiene partículas de muchos tamaños, todos los cuales son menores que la abertura de la malla por la que pasaron, pero mayores que la abertura de la malla del tamiz donde quedaron retenidos. La información obtenida del análisis (pesos retenidos por tamiz) se presenta en forma tabulada, para calcular los porcentajes de: retenido parcial, retenido acumulado y pasante en cada tamiz, para luego elaborar un gráfico en escala semi-logarítmica (milimétrica en las ordenadas y logarítmica en las abscisas) y así poder visualizar más fácilmente la distribución de tamaños de las partículas presentes en el agregado.



La muestra secada en horno se pesa en la balanza de 20,0 kg con apreciación de 1,0 gr. Este peso se registra como peso total de la muestra (PTM). Luego se divide en dos porciones usando en tamiz Nº 4. Las partículas retenidas en el tamiz Nº 4 (abertura = 4,76 mm) conforman la fracción gruesa y las que pasan por las aberturas de dicha malla conforman la fracción fina. Cada fracción se analiza por medio de dos procedimientos un tanto diferentes: Procedimiento para la fracción gruesa:

Si las partículas gruesas están recubiertas por suelo cohesivo, la fracción granular gruesa se debe tratar previamente. Este tratamiento consiste en vaciar dicha fracción en el tamiz Nº 4 y proceder al lavar el material con agua del grifo hasta que esta salga limpia (cuando todas las partículas adheridas hayan sido desprendidas de los granos gruesos y arrastradas por el agua). Luego se coloca el material lavado en un recipiente adecuado y se seca en una plancha caliente. Se lleva el material seco, retenido en el tamiz Nº 4, a la tamizadora eléctrica para separar las partículas de acuerdo con su tamaño, usando los tamices 3”, 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½ ”, 3/8”, ¼” y Nº 4. Se debe tamizar hasta que las partículas sean separadas en su totalidad. Al finalizar el tamizado se pesa cada porción de material retenido en los diferentes tamices, estos pesos son anotados en la planilla respectiva en la columna correspondiente, como peso retenido en gr. El peso total del material que pasa el tamiz Nº 4 se anota en la planilla como “Peso del material que pasa el Nº 4”.

Cálculos: Datos iniciales:

P.T.M. = Peso total de muestra (gr) = ∑ retenidos parciales fracción gruesa + pasa tamiz Nº 4 Peso de material que pasa el tamiz Nº 4 Pesos retenidos parciales en cada tamiz % Re tenido parcial en tamiz Y =

Peso retenido en tamiz Y ( en gramos ) P.T.M. (en gramos)

X 100

% Retenido acumulado en tamiz Y = % Ret. acumulado en tamiz superior + % retenidos parcial en tamiz Y % que pasa el tamiz Y = 100 - % Retenido acumulado en tamiz Y



Ejemplo explicativo: Análisis de la fracción gruesa:

Los cálculos mostrados a continuación corresponden a los resultados de un ensayo que se presenta en la planilla de ensayo correspondiente al cálculo parcial de la fracción gruesa (pag. 6/10) : P.T.M. = 92.667,0 gr Peso del material pasante del tamiz Nº 4 = 37.442,0 gr Cálculo para el tamiz de 3½”

Peso retenido en el tamiz 3½” = 6.741,0 gr % Retenido parcial en el tamiz 3½” =

6.741,0 gr 92.667,0 gr

X 100 = 7,3%

% Retenido acumulado en 3½” = Ret. acumulado en 4” + Ret. parcial en 3½” = 0% + 7,3% = 7,3% % que pasa el tamiz de 3½”

= 100 – 7,3 % = 92,7 %

Cálculo para el tamiz de 3”

Peso retenido en el tamiz 3” = 5.987,0 gr 5.987,0 gr % Retenido parcial en el tamiz 3” = 92.667,0 gr X 100

=

6,5%

% Retenido acumulado en 3” = Ret. acumulado en 3½” + Ret. parcial en 3” = 7,3% + 6,5% = 13,8% % que pasa el tamiz de 3”

= 100% – 13,8% = 86,2%

Cálculo para el tamiz de 2 ½”

Peso retenido en el tamiz 2 ½” = 5.454,0 gr % Retenido parcial en el tamiz 2 ½” =

5.454,0 gr 92.667,0 gr

X 100 = 5,9%

% Retenido acumulado en 2 ½” = Ret. acumulado en 3” + Ret. parcial en 2 ½” = 13,8% + 5,9% = 19,7% % que pasa el tamiz de 2 ½”

= 100% – 19,7% = 80,3%

Este mismo procedimiento se aplica en todos los tamices, hasta el tamiz Nº 4.



Figura Nº 1: Análisis granulométrico parcial de la fracción gruesa y curva granulométrica parcial. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA COVENIN 255-1998 (ASTM C 136-92) OBRA: Construcción de avenida en Guanare

FECHA:

PROCEDENCIA : Ganzón del río Guanare USO PROPUESTO: Materia prima para lavar, cernir y triturar (agregados para concreto) DESIGN. DEL TAMIZ U.S.

PIEDRA . O CANTO .M .T P L E O D N A IZ IL T U O D A IZ M A T

A S E U R G

A V A R G

A IN F

E U R G

4 . o N A S A P N IO C C A R F

IA D E M

A N E R A

O D A IZ M A T

A IN F

100

A

B

%

%

NUMERO

mm

PESO RET. gr.

% RETENIDO

RET ACUMUL

QUE PASA

4" 31/2" 3" 21/2" 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" No.4 No.8 No.10 No.16 No.20 No.30 No.40 No.50

100,0 88,9 76,2 63,5 50,8 38,1 25,4 19,1 12,7 9,52 6,35 4,76 2,38 2,00 1,19 0,84 0,59 0,42 0,297

0,0 6.741,0 5.987,0 5.454,0 6.423,0 4.698,0 5.822,0 4.639,0 4.259,0 3.780,0 4.767,0 2.655,0 145,8

0,0 7,3 6,5 5,9 6,9 5,1 6,3 5,0 4,6 4,1 5,1 2,9

0,0 7,3 13,8 19,7 26,6 31,7 38,0 43,0 47,6 51,7 56,8 59,7

100,0 92,7 86,2 80,3 73,4 68,3 62,0 57,0 52,4 48,3 43,2 40,3

No.60 No.80 No.100 No.200

0,250 0,160 0,149 0,074

3 1/2" 3"

PESO TOTAL MUESTRA P.T.M. ( gr)

92.667,0

FACTOR Fo = 100 / PTM 0,001079

Fo=

B = A x Fo

PESO MATERIAL PASA No. 4 gr. 37.442,0 GRANULOMETRÍA FINA FRACCION PASA No. 4 gr. 618,5

62,3 85,6 67,4

78,7 81,7

CURVA GRANULOMÉTRICA 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8"

4

40

200

100

90 O S E P N E A S A P E U Q %

10

80 70 60 50 40 30 20 10 0 100

Realizado:

10

DIÁMETRO en mm

1

0,1

0,01

Revisado:


Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas Ingeniería Civil Materiales y Ensayos Procedimiento para la fracción fina:

Se cuartea, mecánica o manualmente, la fracción que pasa el tamiz Nº 4 hasta obtener una muestra que pese más de 500 gramos. La fracción obtenida por cuarteo, se coloca en un recipiente metálico y se seca en el horno a 105

±

5 ºC,

por 18 a 24 horas, hasta peso constante. Una vez seca, la fracción se pesa dentro del recipiente, en una balanza con apreciación de 0,1 gr. Se determinar el peso de la muestra restándole el peso del recipiente y se anota en la planilla correspondiente, como “ peso de la fracción pasante del tamiz Nº 4 ”. Se agrega agua al suelo hasta empaparlo completamente y se remueve con el agitador de vidrio para disgregar los terrones que existan. Se coloca el recipiente arriba de un tamiz Nº 10 (que sirve de protección) y por debajo el tamiz Nº 200, se abre la llave del agua de modo que el flujo caiga suavemente dentro del recipiente. Simultáneamente se revuelve con cuidado usando una espátula o un agitador de vidrio. Las partículas finas (limos y arcillas), por ser más livianas, son arrastradas por el agua y la arena queda sedimentada dentro del recipiente. El lavado finaliza cuando el agua, que remueve el suelo y pasa por el tamiz 200, sale limpia y clara. Luego se lava suavemente el material que pueda haber quedado retenido en el tamiz Nº 200 y con ayuda del frasco lavador se pasa al recipiente que contiene el suelo lavado. Se deja en reposo el recipiente con el suelo lavado y luego se decanta la mayor cantidad de agua que sea posible. Se coloca el recipiente con el suelo lavado, en el horno a 105ºC

±

5ºC durante 18 horas, o más, hasta

alcanzar peso constante. Se extrae la muestra seca del horno, se deja enfriar durante unos minutos y luego se tamiza por los cedazos Nº 8, Nº 16, Nº 30, Nº 50, Nº 100 y N º 200 (de forma manual o en tamizador eléctrico). Luego de culminado el tamizado, se pesan las fracciones retenidas en cada tamiz y se registran dichos pesos en la columna de peso retenido correspondiente a cada abertura, en la planilla de ensayo.

Fuentes de error: Trabajar una muestra poco representativa (de peso menor que el especificado o mal muestreada). Realizar un lavado deficiente de cualquiera de las fracciones. Tamizar en un tiempo menor que el necesario para conseguir que cada tamaño quede en el tamiz que le corresponda. No utilizar suficiente cantidad de tamices impide garantizar la obtención de una curva suficientemente representativa. Pesar en forma inapropiada las diferentes fracciones o utilizar una balanza descalibrada. No secar adecuadamente las muestras en el horno.



Cálculos de la fracción fina: Los pesos retenidos que aquí se obtienen están referidos al peso de una fracción del pasante del tamiz Nº 4, que corresponde a un determinado porcentaje de pasante en dicho tamiz, obtenido previamente en el análisis de la fracción gruesa, por lo tanto, para calcular el porcentaje de retenido en cada tamiz de la fracción fina no se multiplica por 100, sino por el porcentaje que pasa el tamiz Nº 4. Pesos retenidos parciales en cada tamiz de la fracción fina (menor que la abertura del tamiz Nº 4) Peso retenido en tamiz Z ( en gramos ) % Re tenido parcial en tamiz Z = x % que pasa el tamiz Nº 4 Peso Fracción pasante del tamiz Nº 4 (en gramos) En el caso del ejemplo:

% Pasante del tamiz Nº 4 = 40,3 % (ver figura 1: Análisis granulométrico parcial de la fracción gruesa) Se adiciona ahora, el peso de la Fracción del pasante del tamiz Nº 4

Fracción del pasante del tamiz Nº 4 = 618,5 gr Cálculo para el tamiz Nº 8:

Peso retenido en el tamiz Nº 8 = 145,8 gr Peso de la fracción pasa Nº 4 = 618,5 gr % Retenido parcial en tamiz Nº 8 = 145,8 gr X 40,3 = 9,5% 618,5 gr % Ret. acumul. en Nº 8 = % Ret. acumul. en Nº 4 + % Ret. parcial en Nº 8 = 59,7% + 9,5% = 69,2 % % Que pasa el tamiz Nº 8 = 100 – % Retenido acumulado en tamiz Nº 8 = 100 – 69,2% = 30,8 % Cálculo para el tamiz Nº 16:

Peso retenido en el tamiz Nº 16 = 62,3 gr Peso de la fracción pasa Nº 4 = 618,5 gr % Retenido parcial en tamiz Nº 16 =

62,3 gr 618,5 gr

X 40,3 = 4,1%

% Ret. acumul. en Nº 16 = % Ret. acumul. en Nº 8 + % Ret. parcial en Nº 16 = 69,2% + 4,1% = 73,3 % % Que pasa el tamiz Nº 16 = 100 – % Retenido acumulado en tamiz Nº 16 = 100 – 73,3% = 26,7 % Igual procedimiento se aplica con los tamices Nº 30, Nº 50, Nº 100 y Nº 200 (ver figura Nº 2).


Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas Ingeniería Civil Materiales y Ensayos Cálculo para el tamiz Nº 200

Peso retenido en el tamiz Nº 200 = 81,7 gr Peso de la fracción pasa Nº 4 = 618,5 gr % Retenido parcial en tamiz Nº 200 =

81,7 gr 618,5 gr

X 40,3

= 5,3 %

% Ret. acumul. en Nº 200 = % Ret. acumul. en Nº 100 + % Ret. parcial en Nº 200 Del cálculo del tamiz Nº 100, se obtiene el % Ret. acumul. en Nº 100 = 88,4 % (ver figura Nº 2) % Ret. acumul. en Nº 200 = 88,4% + 5,3% = 93,7% % Que pasa el tamiz Nº 200 = 100 – % Retenido acumulado en tamiz Nº 200 = 100 – 93,7% = 6,3%

Preparación de la curva granulométrica En papel semilogarítmico, se define el eje de las ordenadas, como los porcentajes de pasantes (en escala milimétrica) y, el eje de las abscisas, como los diámetros de partícula o abertura de tamiz, en mm (en escala logarítmica). Luego se plotean los puntos obtenidos en el ensayo ( abertura de tamiz versus % de pasante) y se unen por medio de una línea continua, obteniéndose de esta forma la curva granulométrica del agregado estudiado.



Figura Nº 2: Planilla del ensayo de granulometría y su curva granulométrica completa. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA COVENIN 255-1998 y 258-1977 (ASTM C 136-92) OBRA: Construcción de avenida en Guanare

FECHA:

PROCEDENCIA : Ganzón del río Guanare USO PROPUESTO: Materia prima para lavar, cernir y triturar (agregados para concreto) DESIGN. DEL TAMIZ U.S. A PESO RET. gr. NUMERO mm PIEDRA . O CANTO .M .T P L E O D N A Z I L I T U O D A IZ M A T

A S E U R G

A V A R G

A IN F S E U R G

4 . o

N A S A P N IO C C A R F O D A Z I M A T

IA D E M

A N E R A

A N I F

4" 31/2" 3" 21/2" 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" No.4 No.8 No.10 No.16 No.20 No.30 No.40 No.50

100,0 88,9 76,2 63,5 50,8 38,1 25,4 19,1 12,7 9,52 6,35 4,76 2,38 2,00 1,19 0,84 0,59 0,42 0,297

No.60 No.80 No.100 No.200

0,250 0,160 0,149 0,074

3 1/2" 3"

100

% RETENIDO

% RET ACUMUL

% QUE PASA

0,0 7,3 6,5 5,9 6,9 5,1 6,3 5,0 4,6 4,1 5,1 2,9 9,5

0,0 7,3 13,8 19,7 26,6 31,7 38,0 43,0 47,6 51,7 56,8 59,7 69,2

100,0 92,7 86,2 80,3 73,4 68,3 62,0 57,0 52,4 48,3 43,2 40,3 30,8

62,3

4,1

73,3

26,7

85,6

5,6

78,8

21,2

67,4

4,4

83,2

16,8

78,7 81,7

5,1 5,3

88,4 93,7

11,6 6,3

B

0,0 6.741,0 5.987,0 5.454,0 6.423,0 4.698,0 5.822,0 4.639,0 4.259,0 3.780,0 4.767,0 2.655,0 145,8

PESO TOTAL MUESTRA P.T.M. ( gr)

92.667,0

FACTOR Fo = 100 / PTM 0,001079

Fo=

B = A x Fo

PESO MATERIAL PASA No. 4 gr. 37.442,0 GRANULOMETRÍA FINA FRACCION PASA No. 4 gr. 618,5 Leyenda:

Observaciones:

Curva granulometrica obtenida

CURVA GRANULOMÉTRICA 2" 1 1/2" 1" 3/4"

1/2" 3/8"

4

8

16

30

50

200

100

90 O 80 S E 70 P N E 60 A S 50 A P E 40 U Q 30 %

20 10 0 100

Realizado:

10

DIÁMETRO en mm 1

0,1

0,01

Revisado:


02 Practica Nº 2 Granulometria

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