Granulometria Astm d 422-90

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DPTO. DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

“GRANULOMETRIA ”

A.S.T.M. D – 422-90

MECANICA DE SUELOS

DOCENTE: __________________________________________________ INSTRUCTOR: ________________________________________________ ALUMNO: ___________________________________________________

CIUDAD UNIVERSITARIA, 2008

Laboratorio de Mecánica de Suelos UES-FMO

ANÁLISIS GRANULOMETRICO (A.S.T.M. D422-90) La prueba de análisis granulométrico persigue determinar la clasificación de un suelo por el tamaño de partículas individuales; valiéndose de la curva granulométrica y de los valores de los coeficientes de uniformidad y curvatura. La prueba se realiza por medio del Análisis Granulométrico, el cuál se usa para obtener las fracciones correspondientes a los tamaños mayores de suelo; generalmente se llega así hasta los tamaños mayores correspondientes a la malla No. 200. La muestra de suelo se hace pasar sucesivamente a través de un juego de tamices de aberturas descendentes, hasta la malla No. 200, pero cuando el material que compone la muestra es demasiado fino, se hace necesario recurrirá métodos de sedimentación lo cual constituye el llamado: Análisis Granulométrico en Húmedo, entre este se puede mencionar el método del Hidrómetro (Densímetro), el método se basa en el hecho de que la velocidad de sedimentación de las partículas en un líquido es función de su tamaño. La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro es debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de las partículas de suelo en un fluido y el tamaño de esa partícula. Aplicando esta ley se obtiene el diámetro equivalente de las partículas. Para el análisis granulométrico mecánico o por tamizado puede utilizarse el siguiente grupo de mallas: 3", 1 ½

,3/4” ,

3/8", No. 4 , No. 8, No. 16, No. 30 , No.50 , No. 100 y No. 200

OBJETIVOS: 

Conocer el procedimiento que se utiliza para realizar la prueba de granulometría por medio del método mecánico.

2




Conocer el equipo que se utiliza en la prueba.



Elaborar la gráfica de granulometría y calcular los coeficientes de uniformidad y curvatura.



Que el estudiante conozca las mallas que proporcionan las separaciones básicas entre las partículas (Gravas, Arenas y Finos.)

MATERIAL Y EQUIPO:



Juego de Tamices: 3", 1 ½” ,





3/4", 3/8", No. 4, No. 8, No. 16, No. 30 , No.50 , No. 100 y No.

200, con tapa y fondo. Vibrador Eléctrico 8 Rop -Tap Balanza de 0.1 gr. de precisión.



Brocha pequeña Recipientes para pesar muestras.



Cuarteadora de suelo.



3


El material necesario para realizarla prueba se calcula según la siguiente tabla: GRAVAS TAMA O MÁXIMO DE PARTÍCULAS PESO SECO MÍNIMO A ENSAYAR (PULGADAS)

(GRAMOS)

3½

35,000

3

30,000

2½

25,000

2

20,000

1½

15,000

1

10,000

¾

5,000

y2

2,500

3/8

1,000 TABLA 1 ARENAS Y SUELOS FINOS

SUELOS ARCILLOSOS Y LIMOSOS 500 GR Para suelos arenosos

1,000 gr

PROCEDIMIENTO: a) Preparación de la muestra 1. Se coloca la muestra de suelo en una lona y se extiende el material sobre la misma exponiéndola a los rayos del sol directamente o a una corriente de aire, para acelerar el proceso de secado se mueve la muestras con frecuencia.

4


2. Cuando el suelo este seco se toma una muestra representativa por medio del cuarteo manual o mecánico, hasta lograr una cantidad adecuada, según la tabla 1. Se realiza el cuarteo, primero sobre la lona (si es grande la muestra) y luego sobre una bandeja metálica. El cuarteo manual consiste en mezclar la muestra con la cuchara y formar un montículo cónico, como se muestra en la figura 1a. Luego con la cuchara se aplasta el montículo de suelo hasta que la superficie quede pareja, tal como se muestra en figura 1b. Finalmente se divide la muestra en cuartos y se descartan las cuartas partes opuestas diagonalmente, ver figura 1c. 3. Se pesa una porción del suelo cuarteado, generalmente de 1500 grs. y se anota dicho valor como WGI. 4. Se pasa la muestra por la malla N° 4 (4.76mm) y se determina el porcentaje de gravas y arenas. A partir de estos valores se decide analizar la muestra por gravas, por análisis granulométrico combinado.

b) Análisis Granulométrico de Gravas. Si el material que pasa la malla N" 4 es menor al 5% ensayo solamente para gravas de la siguiente manera:

se puede realizar el

1. Si la muestra contiene piedras gruesa, se deben separar a mano antes de realizar el tamizado, y se colocan en uno de los recipientes. 2. Se coloca el juego de tamices para gravas en orden descendente, o sea que en la parte superior quede la malla con agujeros grandes y abajo la malla más fina. El número y tamaño de tamices (cribas) que se deben usar depende del suelo que se está ensayando y del propósito del ensayo. Es a veces permisible omitir algunos de los tamaños intermedios. 3. Se coloca el fondo de las mallas y se deposita la muestra en la parte superior del juego de mallas armado, se tapa y coloca en el agitador eléctrico. 5


4. Se agita el juego de tamices con la muestra por espacio de 15 minutos. Si no se cuenta con un agitador de este tipo se puede agitar a mano el conjunto vigorosamente con movimiento rotatorio horizontal. Las mallas pueden agitarse sobre un rimero de periódico Pero nunca directamente sobre la mesa de trabajo, pues las mallas se pueden dañar. Ver Fig.2a y 2b. 5. Se pasa el material del mayor tamiz al plato de la balanza de 0.1 gr. de precisión y se pesa; luego se coloca el material en un recipiente separado y se conserva hasta terminar el ensayo. 6. Se repite el procedimiento con los sucesivos tamices más pequeños. Las partículas sueltas que se retengan en los alambres de las cribas, no deben forzarse a pasar a través de ellas, se deben quitar con un cepillo. Los tamices más finos que la malla N° 40 deben invertirse sobre un recipiente y limpiarlos con una brocha. Ver fig. 3a y 3b. 7. Sumar los pesos retenidos (WGR ) y comparar el total con WGI, esta operación permite detectar cualquier pérdida de suelo durante el proceso de tamizado. Si se tiene una pérdida de mas de 0.5% con respecto al peso original, se considera que el experimento no es satisfactorio y por consiguiente debe repetirse el ensayo. Perdida de material =

W GI  W GF W GI

* 100  0.5%

8. Calcular el porcentaje en cada tamiz dividiendo el peso retenido en cada uno de ellos por el peso de la muestra original. Si cumple la ecuación 1. Se suma la diferencia (WGI - WGF) al peso de la fracción mayor. 9. Se completa la tabla de trabajo.

6


1

10. Trazar la curva granulométrica y calcular el Cu y el Ce según ecuaciones 1. y 21. c) prueba por análisis granulométrico combinado 1. Efectuar el tamizado del material retenido en la malla No. 4, usando las mallas: 3", 2", 11/2 ", 1", 3/4", No. 4. 2. Determinar el peso del material retenido en c/u de las mallas y anotar estos valores. 3. Continuar con el análisis granulométrico de la fracción que pasa la malla No. 4; obteniendo previamente el contenido de humedad (w %) del suelo a ensayar, (para evitar este paso se recomienda que la muestra con que se trabajara sea secado al horno).calculando el peso seco de la muestra así: 4. Cuartear la fracción que pasa la malla No. 4 reduciéndola hasta obtener la cantidad de suelo necesaria a analizar (500 ó 1000 gr.) 5. Tomar la muestra ya cuarteada y pesarla, este será el peso de la muestra húmeda. 6. Lavar el suelo en la malla No. 200, dejando perder el material que pasa. 7. El suelo retenido se coloca en una cápsula previamente pesada colocándose posteriormente al horno por un periodo de 24 horas, pasados estos se sacará el material y se pesará se anotará este peso como peso retenido parcialmente seco.

1

1. Se recomienda utilizar una muestra que contenga menos del 12% de Tinos. para poder calcular el

Ce y el Cu

7


8. Calcular el peso del material perdido en el lavado así: Material que pasa la malla No. 200 = peso total seco - Peso retenido parcial seco.

9. Tamizar el material retenido parcial seco por las siguientes mallas: No. 8, No. 16, No. 30, No. 50, No. 100 y No. 200, las mallas se ensamblan en orden descendente es decir desde la mayor abertura hasta la de menor tamaño; recordando colocar el fondo, para que el material que pasa la última malla se retenga en esta. 10.Se colocará el material en las mallas, se les colocará la tapa y luego se ensamblarán en el Rop- tap. El proceso del tamizado durará 15 minutos. Pasados estos se apagará el Rop -tap y se dejará reposar la muestra por un tiempo (para que se asiente el polvo). 11..Pesar el material retenido en cada malla. 12.Se sumará la cantidad de material retenido encada malla, lo que nos permitirá detectar cualquier pérdida durante el proceso del tamizado, si se tiene una pérdida de menor o igual que 0.5% con respecto al peso retenido parcial seco se considera que el ensayo no es satisfactorio, si es menor se considerará válido y se procederá a compensar sumando o restando la diferencia entre el peso total de la muestra antes del tamizado y el peso total de la muestra antes del tamizado, al mayor peso retenido, con el fin de obtener el peso final de la muestra. 13.Calcular los porcentajes de materiales retenido en cada tamiz dividiendo al peso retenido en cada uno de ellos por el peso total seco.

8


14.Con los porcentajes retenidos parciales calcular los porcentajes retenidos acumulados, y los porcentajes que pasan la malla. 15.Trazarla curva granulométrica del material en una gráfica que tiene por abscisa en escala logarítmica la abertura de las malla y por ordenada los porcentajes de material que pasa por dichas mallas, a escala natural (se hará corrida tanto de arenas como de gravas). 16.Obtener de ellas los diámetros característicos, para calcular el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura del suelo analizado. COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: Indica la variación o rango del tamaño de los granos presentes, en realidad es un coeficiente de no uniformidad ya que su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta. Un valor grande de Cu indica que los diámetros D10 y D60 difieren en tamaño apreciable. Cu =

D60 D10

COEFICIENTE DE CURVATURA: Es una medida de la forma de la curva entre el D10 y D60, si el Cc es muy distinto de 1, indica que faltan una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y D60. Cc =

( D30 )2 D10 XD60

9


Figura 1: Método de Cuarteo.

Figura 2: Agitado de mallas por medio Mecánico y Manual.

Figura 3: Peso del Material retenido. 10


TEORIA ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. MÉTODO MECÁNICO. 1.1

NORMA:

ASTM D 421-85.

"Practice and Dry Preparation of Soil Sample for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants."

ASTM D 422-90.

"Method for Particle-Size Analysis of Soils."

1.2

OBJETIVOS.

Obtener por medio de representativa de suelo.

un

método

sencillo,

una

muestra

Introducir al estudiante al método para realizar el análisis granulométrico mecánico, de un suelo y a la forma de presentar e interpretar los resultados obtenidos del ensayo. Determinar las propiedades físicas de un suelo grueso, por medio de un análisis granulométrico y clasificarlo según el sistema unificado de clasificación de suelos (S.U.C.S.) según el Dr. A. Casagránde. 2.3

DISCUSIÓN

TEÓRICA.

En la clasificación de los suelos, para usos de ingeniería, se acostumbra utilizar algún método de análisis granulométrico para separar las partículas de suelo de diferentes tamaños. Con el análisis granulométrico se pretende determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo, la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de suelo; por lo que se lleva a cabo el CUARTEO DE MUESTRAS. El proceso de reducir una muestra representativa a un tamaño conveniente o de dividirla en dos o más partes con el fin de efectuar ensayos con ella, recibe el nombre de cuarteo. La determinación de la distribución de las partículas de un suelo, en cuanto a su tamaño, se llama ANÁLISIS GRANULOMETRICO, el cual puede ser hecho por un proceso de tamizado (análisis con tamices), en suelos de grano grueso, y por un proceso de sedimentación en una suspensión de agua con defloculante* (análisis granulométrico por vía húmeda), en suelos de grano fino. Cuando se usan ambos procesos, el ensayo se llama ANÁLISIS GRANULOMETRICO COMBINADO.

11


El proceso por tamizado no provee información sobre la forma de los granos, por ejemplo, si son angulares o redondeados. Solamente presenta información sobre los granos que pueden pasar a través de una malla de abertura rectangular de determinado tamaño. Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo, ofrecen un criterio obvio para una clasificación descriptiva del mismo. Con la llegada de la técnica del cribado o tamizado fue posible efectuar el trazo de curvas, contando con agrupaciones de las partículas del suelo en mayor número de tamaños diferentes. Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los tamaños más finos, debido a las técnicas de análisis en suspensión. La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva; la gráfica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaño de las partículas como abscisas, ver hoja de trabajo 2-2. Las ordenadas indican porcentajes en peso, esto es, de las partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica), es preferible a la representación natural, ya que en la primera se dispone de una mayor amplitud en los tamaños finos y muy finos, que en la escala natural resultarían muy comprimidos. La forma de la curva da la idea de la distribución granulométrica del suelo; un suelo que contenga partículas de un sólo tamaño será representado por una línea vertical (pues el 100X de sus partículas, en peso, es de menor tamaño que cualquiera mayor), pero si el suelo posee una curva "muy tendida indica gran variedad de tamaños (suelos bien graduados). A partir de la curva de distribución granulométrica, se pueden obtener diámetros característicos, tales como D 10, D30, D60, etc., el D se refiere al tamaño del grano (diámetro aparente de la partícula de suelo), y el subíndice (10, 30, 60), denota el porcentaje de material más fino. Por ejemplo si D 10 = 0.15 mm, significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en diámetro que 0.15mm, el diámetro D 10 es llamado también TAMAÑO EFECTIVO DE UN SUELO. Una indicación de la variación (o rango) del tamaño de los granos presentes en la muestra, se obtiene mediante el COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (Cu), definido como: Cu =

D 60

Ecuación 2

D10

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En realidad la ecuación (2-1) es un coeficiente de no uniformidad, ya que su valor numérico decrece cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con Cu < 3, se consideran muy uniformes; aún las arenas naturales muy uniformes, rara vez presentan Cu < 2. Un valor grande en el parámetro Cu, indica que los diámetros D 60 y D10 difieren en tamaño apreciable; sin embargo, no asegura que no exista un vacio de gradación, como el que presenta cuando faltan por completo o solamente existe una muy pequeña cantidad de diámetros de un determinado tamaño. El COEFICIENTE DE CONCAVIDAD (Cc), es una medida de la forma de la curva entre el D 60 y el D10, y se define de la siguiente forma:

D30

Cc =

Ecuación 2-2

D10 xD60

Valores de Ce muy diferentes de 1.0, indican que falta una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al D 10 y al D6a. El análisis por tamizado dependerá de la cantidad de finos que tenga la muestra, ya que se puede hacer con la muestra entera o. comparte de ella, esto es; cuando se han separado los finos por lavado (si contiene muchos finos). Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual, se procede a secar una pequeña porción húmeda de la muestra en la estufa y luego se prueba su resistencia en seco, rompiéndola con los dedos. Si se rompe fácilmente y el material fino se pulveriza, entonces el análisis con tamices puede efectuarse sin previo lavado. Para un análisis granulométrico se requiere de una cantidad de muestra que dependerá del tipo de suelo que se va a cribar, en la tabla 2-1 se especifica las cantidades de suelo que se pueden usar para cada caso.

TIPO DE SUELO

CANTIDAD DE MUESTRA

Grano Fino Arenoso Gravoso

100 - 200 g 200 - 500 g 1 - 3 kg

Tabla 2-1: Tamaños de muestras para el análisis granulométrico.

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Con el objeto de aplicar los resultados del análisis granulométrico en la clasificación del suelo, se presenta la tabla 2-2, basada en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos por el Dr. A. Casagrande.

GRUESO Material MAS DEL 50% SE RETIENE EN LA MALLA 200 (0.075 MM) GR Material mayor de 3”(7.6 cm) Guijarros Mas del 50 % mayor de 3 “ Grava con pocos (menos del 5%) o sin finos, bien graduada G GW: Grava Grava con pocos (menos del 5%) o sin Gruesa 3”a 3/4” De 3 “ a malla N° 4, finos, mal graduada GP: Fina ¾” a N°4 mas del 50 % para la malla de 3” y se Grava Limosa retiene en la malla Grava con poco finos o nada plásticos GM: N°4 (4.76 mm) Grava Cementada ----------------------------GW Cu >4 1
SW: Cu > 6 1< Cc < 3

GC:

Grava con finos plásticos

SW:

Arena con pocos (menos del 5%) o sin finos, bien graduada

SP:

Arena con poco (menos del 5%) o sin dinos mal graduada

Grava Arcillosa

Gruesa N°4 a N° 10 Media N°10 a N° 40 Fina N°40 a N°200

Arena con finos poco o nada plásticos SM:

Arena Limosa Arena Cementada

Arena con finos plásticos SC:

Tabla 2-2 Clasificación de Suelos Gruesos

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Arena Arcillosa


UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA LABORATORIO DE SUELOS Y MATERIALES ENSAYO DE GRANULOMETRIA (ASTM D 422-90) Proyecto::___________________________________________________________ Ubicación___________________________________________________________ Peso Bruto______________grs. Fecha:___________________ MALLA

MALLA

ABERTURA MM

ABERTURA MM

PESO RETENIDO PARCIAL (%)

PESO RETENIDO PARCIAL (%)

% RETENIDO % RETENIDO PARCIAL ACUMULADO

% RETENIDO % RETENIDO PARCIAL ACUMULADO

% QUE PASA LA MALLA

% QUE PASA LA MALLA

% TOTAL QUE PASA

Observaciones:________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

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Granulometria Astm d 422-90

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