UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
MECÁNICA DE SUELOS INFORME DE LABORATORIO N°2 ANÁLISIS GRANULOMETRICO GRANULOMETRICO POR TAMIZADO TAMIZADO LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PLÁSTICO
DOCENTE: ING. MENA TOCAS, ROSA
SECCIÓN – GRUPO: CI55 – 01
INTEGRANTES: DELGADO GARRAFA, MICHAEL JOSE
U201421704
GOÑI VIZARRETA, GUSTAVO ADOLFO
U201511393
PRAT LIZIER, JOAQUÍN RAMÓN
U201516225
VALDIVIA FARROMEQUE, FARROMEQUE, JOFFREY ITAMAR U201615204 U201615204
2017 - 01
ENSAYO 1: ANÁLISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO ......................................2 I.
MARCO TEÓRICO: ......................................................................................................2
II.
REGISTRO DE DATOS Y CALCULOS: ....................................................................3
III.
RECOMENDACIÓN: .................................................................................................6
IV.
CONCLUSIÓN: ..........................................................................................................6
V. PANEL FOTOGRÁFICO: .............................................................................................6 ENSAYO 2: LÍMITE LÍQUIDO .................................................................................................8 I.
MARCO TEÓRICO: ......................................................................................................8
II.
REGISTRO DE DATOS: ..............................................................................................9
III.
RECOMENDACIÓN: ...............................................................................................11
IV.
CONCLUSIÓN: ........................................................................................................11
V. PANEL FOTOGRÁFICO: ...........................................................................................12 ENSAYO 3: LÍMITE PLÁSTICO E INDICE DE PLASTICIDAD ............................. ..........13 I.
MARCO TEÓRICO: ....................................................................................................13
II.
REGISTRO DE DATOS Y CALCULOS: ..................................................................15
IV.
PANEL FOTOGRAFICO: .......................................................................................17
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFICAS: ...............................................................................18
1
ENSAYO 1: ANÁLISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO I.
MARCO TEÓRICO: A. FUNDAMENTO TEÓRICO: En lo que corresponde al ensayo del “Análisis Granulométrico por Tamizado” nos es de mucha utilidad a los ingenieros civiles por que gracias a este podemos conocer las dimensiones de las partí culas que conforman los diversos tipos de suelos. El resultado de los ensayos nos da una idea de la permeabilidad con la que trabajan. A su vez los resultados del ensayo se utilizan con otras propiedades para poder clasificarlo. Para nuestro caso práctico se utilizó una muestra pereciente al proyecto de una “Planta Papelera” en la provincia de Cañete, extraída mediante calicatas el 25 de Febrero del presente año, a una profundidad de .
0.90 – 1.00
B. FUENTE DE DATOS: El ensayo de “ Análisis Granulométrico por Tamizado” se realizó en base de las siguientes normas: - ASTM D422 – 99 - AASHTO T88
C. OBJETOS UTILIZADOS: -
-
Recipientes adecuados para la el secado y manejo de las muestras a ensayar. Horno de secado (capaz de mantener 110 ± 5 °C) Cepillo metálico y/o brocha para la limpieza de los tamices. Tamices de malla cuadradas de alambre, con una abertura de malla en mm: 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, N°4, N°10, N°20, N°40, N°60, N°140 y N°200. Además se considerara una bandeja (fondo) al final para retener lo que pase la última malla. Balanza con sensibilidad de 0,1 g para pesar el material.
D. OBJETIVO: -
Conocer y determinar, cuantitativamente, la distribución de las partículas del suelo a ensayar.
2
E. PROCEDIMIENTOS: -
-
-
II.
Para nuestro caso la muestra fue brindada por el laboratorio de la universidad, cabe aclarar que la muestra fue lavada y secada antes de su utilización para remover las partículas finas de la muestra. Se ordenan los tamices de mayor tamaño al menor (1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, N°4, N°10, N°20, N°40, N°60, N°140 y N°200), para después verter el suelo y agitamos durante 8 – 10 minutos aproximadamente los tamices para que el material pase a través de cada malla. Luego se procede a pesar el material retenido en cada tamiz y se hace la toma de datos (peso de la muestra retenida). Se repite el proceso hasta terminar de pesar y registrar los pesos retenidos por cada tamiz. Para nuestro ensayo se despreció el peso del fondo (granulometría fina) por ser mínima. Luego de registrar los pesos se procede a realizar los cálculos del porcentaje (%) acumulado y retenido de los tamices para poder graficarlos en el papel semilogarítmico.
REGISTRO DE DATOS Y CALCULOS: -
Granulometría del suelo. % ACUMULADO
TAMIZ
ABERTURA (mm)
PESO RETENIDO (g)
% PARCIAL RETENIDO
RETENIDO
PASANTE
1 ½” 1” ¾”
50.000
342.50
13.99
13.99
86.01
37.500
78.50
3.21
17.20
82.80
25.000
123.80
5.06
22.26
77.74
½”
19.000
166.10
6.79
29.04
70.96
3/8”
12.500
87.10
3.56
32.60
67.40
¼”
9.500
88.10
3.60
36.20
63.80
N°4
6.250
53.60
2.19
38.39
61.61
N°10
4.750
234.20
9.57
47.96
52.04
N°20
2.000
198.80
8.12
56.08
43.92
N°40
0.850
302.20
12.35
68.43
31.57
N°60
0.425
324.00
13.24
81.66
18.34
N°140
0.250
404.00
16.51
98.17
1.83
N°200
0.075
44.80
1.83
100.00
0.00
-
-
-
-
FONDO
Cuadro N°1: Cuadro de datos obtenidos en el laboratorio 3
-
Calculo del Porcentaje Retenido:
% = 100 -
Calculo del Porcentaje Acumulado Retenido:
% = ∑(% ) -
Calculo del Porcentaje Acumulado Pasante:
% = 100% − %
Curva Granulométrica .
100 % 90 % ) % 80 % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P
70 %
0 0 . 5 2
0 0 . 9 1
0 0 5 . 0 2 5 . 1 9
0 5 2 . 6
0 5 7 . 4
0 0 0 . 2
0 5 8 . 0
5 2 4 . 0
0 5 2 . 0
6 0 1 . 0
86.01 82.8 77.74 70.96 67.4 63.8 61.61
60 %
52.04
50 %
43.92
40 % 31.57
30 % 20 %
18.34 1.83
10 % 0%
DIAMETRO DE TAMIZ (mm)
10
1
0.1
Cuadro N°2: Diagrama de la Curva Granulométrica. 4
-
Calculo del
:
0.425 − 18.34 − 10.00 0.425 − 0.250 = 18.34−1.83 8.34 0.175 = 0.425 − 16.51 = 0.3365 -
Calculo del
:
0.850 − 31.57 − 30.00 0.850 − 0.425 = 31.57 − 18.34 0.425 = 0.850 − 1.5713.23 = 0.7995 -
Calculo del
:
6.250 − 61.61 − 60.00 6.250 − 4.750 = 61.61 − 52.04 1.500 = 6.250 − 1.619.57 = 5.9976 -
Calculo del Coeficiente de Curvatura y el Coeficiente de ): Uniformidad ( y
( ) = = 0.3167 = = 17.82 5
III.
RECOMENDACIÓN: -
Inspeccionar los tamices y verificar que se encuentran en buen estado sin deformaciones o cortes que puedan dejar pasar material del suelo mayor medida que el tamiz. - Tener cierta delicadeza al momento de llevar el suelo retenido en la malla a pesar, para evitar perdida del material. - Asegurarse de tener el material complemente seco al momento de realizar el ensayo. - Las muestras no deben exceder al tamaño del tamiz, así se evitara dañar el tamiz.
IV.
CONCLUSIÓN: -
-
-
V.
Con los datos obtenidos en los “Coeficiente de Curvatura” y “Coeficiente de Uniformidad” (Cc y Cu) podemos saber si un está bien graduado o no. Tener en cuenta que los datos obtenidos no son exactos. El material se considera como bien graduado cuando el coeficiente de uniformidad es mayor a 4 y se trata de una grava y mayor a 6 para una arena. Además, el coeficiente de curvatura debe estar entre 1 y 3. En caso, la suma de los pesos retenidos parciales difiere en más de un 3% para arenas y más de 0.5% para gravas respecto al peso inicial de la muestra de suele empleada en cada fracción, el ensayo no cumplirá los requisitos y se deberá hacer una nuevamente desde el inicio.
PANEL FOTOGRÁFICO:
Imagen N°1 y N°2: Se escoge los tamices que se utilizaran para el ensayo y se ordenan de mayor a menor. 6
Imagen N°3 y N°4: Se vierte el material (suelo) que se ensayara y se pasa a agitar los tamices para conseguir la distribución del suelo según sus diámetros.
Imagen N°5 y N°6: Se pesó cada porcentaje de material retenido en cada tamiz y se registró el dato.
7
ENSAYO 2: LÍMITE LÍQUIDO I.
MARCO TEÓRICO: A. FUNDAMENTO TEÓRICO: El límite líquido se define como el contenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico. De acuerdo a esta definición, los suelos plásticos tienen en el límite líquido una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte, pero definida y según Atterberg es de 25gr/cm 2. La cohesión de un suelo en el límite líquido es prácticamente nula
B. FUENTE DE DATOS: El ensayo de límite líquido se realizó en base de las siguientes normas: - ASTM D-4318 - AASHTO T-89 - MTC E 110-2000
C. OBJETOS UTILIZADOS: - Recipiente para almacenaje - Espátula - Aparato de límite líquido (Cuchara o Copa de Casagrande) - Acanalador - Calibrador ya sea incorporado al ranurador o separado - Recipiente o Pesa Filtros - Balanza con sensibilidad de 0.1gr - Estufa, termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) para secar la muestra .
D. OBJETIVO: -
El objetivo de este ensayo es determinar el límite líquido de un suelo calculando el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado líquido. El valor calculado deberá aproximarse al centésimo
8
E. PROCEDIMIENTOS: -
-
-
II.
Se pesa las capsulas que contendrán porciones de la muestra y registramos los datos. Separamos una muestra que sea pasante de la malla N o40 y la mezclamos con pequeñas cantidades de agua, utilizamos la espátula para que la mezcla se haga pastosa, homogénea y de consistencia suave. Con la espátula colocamos una porción de la mezcla en la cuchara de Casagrande formando una superficie de 1cm. (Una altura mayor aumentaría el L.L. y una altura menor disminuiría el L.L.) Se realiza una ranura por el centro de la copa con el acanalador para así dividir la pasta en dos porciones. Después de hecha la ranura, se acciona el aparato de tal manera de dar dos golpes por segundo hasta que se cierre una longitud cercana a los 13mm. Si el cierre está dentro del rango estimado de golpes se sustrae una porción de la parte central de la muestra para determinar su contenido de humedad. Se repiten los pasos en dos muestras más, todas las muestras deben de estar entre los rangos 15-25, 20-30 y 25-35. Se vuelven a pesar las muestras y luego son llevadas al horno aproximadamente por 24h y se vuelve a pesar en su estado seco.
REGISTRO DE DATOS: -
Registro de datos
Prueba N°
1
2
3
Número de golpes
15
24
33
Peso del recipiente (gr)
35.4
37.5
35.6
Peso del recipiente + suelo húmedo (gr)
52.6
58.6
57.5
Peso del recipiente + suelo seco (gr)
47.4
52.6
51.5
Peso del agua (gr)
5.2
6
6
Peso del suelo seco (gr)
12.0
15.1
15.9
Contenido de humedad (%)
43.33
39.74
37.74
Cuadro N°3: Cuadro de datos obtenidos en el laboratorio
9
Contenido de humedad
= 100
- Aplicando la ecuación de fluidez:
= − log Donde: W=Contenido de humedad Fw = Indice de fluencia(pendiente de la curva de flujo) N=Número de golpes C=Valor que presenta la ordenada de abscisa de un gol pe
Cuando N=15 y W=43.33%
0.4333=− log15…..(1)
Cuando N=33 y W=37.74%
0.3774=− log33…..(2)
-
Igualando (1) y (2):
=0.16
Límite Líquido:
Cuando N=25 y W=L.L.
..=−0.16log25…..(3) 10
Cuando N=15 y W=43.33%
0.3774=−0.16log33…..(4)
III.
.=39.78%
RECOMENDACIÓN: -
-
IV.
Igualando (3) y (4):
Para evitar la pérdida de humedad de las muestras antes de la pesada inicial se debe verificar que los recipientes y sus tapas sea herméticos y que se encuentren correctamente cerrados. Esto servirá para prevenir la absorción de humedad de la atmósfera después del secado inicial y antes del secado final. Es importante que la Copa de Casagrande esté debidamente calibrada por lo que se deberá verificar que la caída de la cuchara sea de 1cm. Se deberá limpiar la copa de Casagrande cada vez que se utilice una nueva muestra. La frecuencia de golpes realizados deberá ser de 2 golpes por segundos a una velocidad constante. Al mezclar la muestra con agua deberá quedar uniformemente incorporada, de no ser así afectaría al cálculo del porcentaje de humedad y nos daría resultados erróneos.
CONCLUSIÓN: -
Se concluyó que el ensayo de límite líquido a un valor de 25 golpes es de El límite líquido dependerá del contenido de humedad de la muestra. En el gráfico de fluidez se puede observar que a medida que disminuye la humedad en la muestra, aumenta el número de golpes, ya que, al ir perdiendo humedad, la fuerza de corte va aumentando, por lo que se requiere más golpes para juntar ambas mitades.
39.78%
11
V.
PANEL FOTOGRÁFICO:
Imagen N°7: Aparato de Casagrande antes de echarle la muestra húmeda de arcilla. De acuerdo a su número de golpes, se puede calcular el límite líquido
Imagen N°8: Esparciendo la muestra uniformemente para que se puedan calcular la cantidad de golpes. La capa tiene que ser homogénea llenada hasta la mitad del envase metálico.
Imagen N°9: Girar la manivela de la cuchara de Casagrande entre 25 a 30 golpes hasta que el fondo de la muestra se cierre una longitud aproximada de 13mm
12
ENSAYO 3: LÍMITE PLÁSTICO E INDICE DE PLASTICIDAD I.
MARCO TEÓRICO: A. FUNDAMENTO TEÓRICO: El límite plástico es uno de los 5 límites desarrollados por A. Atterberg, un científico sueco. El límite plástico es uno de los más comúnmente realizados de los límites de Atterberg junto con el límite líquido. Estas 2 pruebas se utilizan internacionalmente para clasificar los suelos. El límite plástico se define como el contenido de humedad del suelo en el que comienza a comportarse como un material plástico. Un material plástico puede ser moldeado en una forma y el material conservará esa forma. Si el contenido de humedad está por debajo del límite plástico, se considera a comportarse como un sólido, o de un material no plástico. A medida que el contenido de humedad aumenta más allá del límite plástico, se acercó al límite líquido. En nuestro ensayo de laboratorio se observará que el li mite plástico es definido como el contenido de agua al cual un rollo de suelo se agrieta cuando es cuidadosamente enrollado hasta un diámetro de 3.18 mm (1/8 pl.). Debe fragmentarse en segmentos de 3.0 - 10.0 mm (1/8 - 3/8 pl.) de longitud. En el límite plástico, definido por Atterberg, como la humedad para la cual se producen fisuras al enrollar cilindros de suelo, no se especificó el espesor de los cilindros en el que debería detenerse el enrollado. A lo antes definido por Atterberg, Terzaghi agregó la especificación que indica que dicho espesor debe ser de 1/8 de pulgada o 3 mm. El enrollado debe hacerse en placas de vidrio y no sobre papel, ya que este aceleraría el proceso de secado de la muestra. Hoy en día, todavía se utiliza el método manual, debido a que el operador ajusta automáticamente la presión necesaria de enrollado en función de la resistencia de cada suelo.
FUENTE DE DATOS: El siguiente ensayo se realizó en base a las siguientes normas: -
ASTM D-4318 AASHTO T-90
C. OBJETOS UTILIZADOS: -
Espátula, de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3" –4”) de longitud por 20 mm (3/4") de ancho. 13
-
Recipiente para Almacenaje, de 115 mm (4 ½”) de diámetro.
-
Balanza, con aproximación a 0.1 g.
-
Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).
-
Tamiz, N° 40.
- Agua destilada. -
Vidrios de reloj, o recipientes adecuados para determinación de humedades. Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso
-
esmerilado.
OBJETIVO: Determinar en el laboratorio el límite plástico de un suelo y el cálculo del índice de plasticidad (I.P.) si se conoce el límite líquido (L.L.) del mismo suelo. Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, 60 rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se desmoronen.
E. PROCEDIMIENTOS: -
1.- Pesar la capsula a utilizar y anotar su peso en el f ormato de laboratorio Nº6
-
2.-Para este ensayo utilizamos la misma muestra del límite líquido, ya que la preparación de la muestra es exactamente igual para ambos ensayos.
-
3.- Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se rueda con los dedos de la mano sobre una superficie de vidrio, el propósito es formar cilindros.
-
4.-Los cilindros se deben llegar a desmoronar antes de tener un diámetro de unos 3.2mm (1/8”), en el caso que esto no suceda uno debe volver a formar un elipsoide y repetir el proceso anterior hasta que se logren desmoronar antes del diámetro mencionado.
14
-
5.-La porción obtenida se coloca en el recipiente mencionado en el paso número uno, y lo que se busca es llegar a 6 gramos, por lo que se repite el proceso hasta llegar al peso indicado.
-
6.- Se coloca el recipiente en el horno a temperatura constante, una vez que esta esté seca la pesamos y anotamos el valor.
-
7.- Finalmente, se repite todo el proceso de nuevo, de tal forma que el promedio de las dos muestras será nuestro límite plástico.
II.
REGISTRO DE DATOS Y CALCULOS:
LÍMITE PLASTICO PRUEBA N°
1
RECIPIENTE N°
2
J1
N1
1 PESO DEL RECIPIENTE
(g)
12.30
11.70
2 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO
(g)
19.00
19.50
3 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO SECO
(g)
18.00
18.30
4 PESO DEL AGUA
(g)
(2) - (3)
1.00
1.20
5 PESO DEL SUELO SECO
(g)
(3) - (1)
5.70
6.60
17.54
18.18
6
CONTENIDO DE HUMEDAD (%) (4)/(5) * 100
Cuadro N°4: Cuadro de datos obtenidos en el laboratorio
-
CÁLCULOS: El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así:
% = ×100 Donde: -
W = Porcentaje del contenido de humedad. Ww = Peso del agua. 15
-
Ws = Peso del suelo secado en el horno.
..= + Donde: -
L.P = Límite Plástico. W1 = Contenido de humedad del 1er ensayo. W2 = Contenido de humedad del 2do ensayo
El Índice de Plasticidad de un suelo se puede definir como la diferencia entre su límite líquido y su límite plástico:
. . = . − . ,+, =17,86
L.P.=
L.P.=17,86%
I.P.=39.78-17,86=21.92
I.P.= 21.92%
III.
RECOMENDACIÓNES: -
Para la realización de este ensayo se debe usar el mismo operador para evitar dispersión.
-
Se debe amasar de manera uniforme el bastoncito, de lo contrario este podría fracturarse antes de tiempo o no perder su humedad.
-
Para hallar el límite plástico es necesario que los bastoncitos lleguen a los 3mm, porque de no suceder esto no se determina que no tiene plasticidad.
- Antes de iniciar a amasar la porción de muestra, se debe intentar quitar la mayor humedad posible utilizando un papel para que absorba la humedad. 16
IV.
PANEL FOTOGRAFICO:
Imagen N°10 y N°11: Con la ayuda de la mesa vidrio y una toalla absorbente se moldeo el material hasta quitarle la h umedad en exceso.
Imagen N°12 y N°13: A la izquierda se observa el material procedente de la muestra y a la derecha el resultado final del material, después de obtener el diámetro deseado se le colocaba en pequeñas tazas metálicas para ponerlas al horno y obtener el valor de la muestra seca.
17
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFICAS: -
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA (UNI) (2006) Determinación del Limite Liquido e Indice de Plasticidad. Primer taller de suelos 2006. (Consulta: 21 de Abril del 2017)
-
TOCAS MENA,Rosa Jhony. Manual de Laboratorio de Meca ́nica de Suelos UPC (2016). Lima, Peru ́. (Consulta 21 de abril del 2017)
-
CRESPO, Carlos (2004) Mécanica de Suelos y Cimentaciones. México, Editorial: Limusa Noriega, pp70-76(Consulta: 22 de abril del 2017).
18
