INFORME TÉCNICO NORMAS INVIAS E 122 DETERMINACIÓN EN LABORATORIO LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) DEL SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO –AGREGADO, INVIAS E 123 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO, INVIAS INVI AS E 202 REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS L AS MUESTRAS TRANSPORTADAS. MÉTODO CUARTEO MANUAL Y NTC 174: ESPECIFICACIONES PARA AGREGADOS PARA CONCRETO
PRESENTADO POR: ANDREA VANEGAS KAREN ROZO DANIEL SERENO JORGE FORERO
PRESENTADO A: ING. JENIFFER SANCHEZ
INFORME
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE APRENDIZAJE REGIONAL DISTRITO CAPITAL CENTRO TECNOLÓGICO PARA CONSTRUCCIÓN Y LA MADERA LABORATORIO LABORATORIO DE SUELOS REALIZACIÓN DE ENSAYOS BOGOTÁ D.C. 2015
INTRODUCCIÓN En el presente informe se presenta el procedimiento y cálculos para conocer la distribución granulométrica que se le llevo a cabo a una muestra de suelo en el laboratorio. Para clasificarlo adecuadamente, se requiere de un análisis granulométrico mecánico por tamizado, separando el suelo para determinar sus tamaños por medio de una serie de tamices ordenados de mayor a menor abertura, posteriormente se muestra los resultados de forma analítica (T ablas) y gráfica (Curva granulométrica) mediante una curva dibujada en formato semilogaritmico. Asimismo, se determinará el contenido de humedad que presenta la muestra en su estado natural, siendo una de las propiedades más significativas que se emplea para establecer una relación entre el estado en que se encuentra el suelo y sus comportamiento físico. Mediante los porcentajes retenidos acumulados, podemos realizar el cálculo del módulo de finura, siendo el índice aproximado que nos describe en forma rápida y breve la proporción de finos o de gruesos que se tiene en las partículas que lo constituyen. Entre más alto sea el módulo más grueso es el agregado. De esta manera, es un parámetro importante en la calidad y producción de agregado para las mezclas de concreto, con base al a norma NTC 174.
OBJETIVOS
Identificar de forma descriptiva el material, y realizar la obtención de una muestra representativa, mediante el proceso de cuarteo manual, para muestras a partir de su tamaño máximo.
Determinar el contenido de humedad de la muestra, para saber en qué condiciones iniciales se encontraba el material y poder cuantificar el contenido de agua almacenado en sus partículas.
Realizar el análisis granulométrico de la muestra de estudio, mediante el proceso de tamizado mecánico.
Elaborar la gráfica de granulometría y calcular los coeficientes de uniformidad y curvatura, que permiten identificar la gradación de una muestra representativa.
Determinar el módulo de finura, para establecer la proporción de finos o de gruesos que se tiene en las partículas que constituyen la muestra de suelo.
MATERIALES Y EQUIPO Para el desarrollo de la presente práctica se utilizaron los siguientes elementos:
Balanza electrónica (2 cifras decimales) Espátula. Estufa u horno. Recipientes adecuados para el secado de las muestras. Brocha para limpiar tamices. Tamices (Tapa - 3/4 – 3/8 - Nº4 – Nº10 – Nº20 – Nº 40 – Nº80 – Nº100 Nº140 – Nº200 – fondo). Tamizador mecánico. Bata.
PROCEDIMIENTO 1. DOSIFICACIÓN DE LA MUESTRA.
En primera instancia, se dispone a obtener la dosificación adecuada para nuestro análisis granulométrico, teniendo como punto de referencia, el tamaño máximo de la partícula:
Tabla 1: Dosificación del material representativo para el ensayo de granulometría INV E 123 – 07. Fuente: INVIAS.
2. CUARTEO MANUAL.
Tomamos la muestra de suelo a analizar, y realizamos el cuarteo manual, método B de la norma INV. E 202 – 07, por lo cual se coloca la muestra original sobre una superficie dura, limpia y nivelada en donde no se presente pérdida del material ni adición accidental de otros materiales. Se mezcla el material completamente, se forma una pila cónica depositando cada palada encima de la anterior. Se aplana cuidadosamente la pila cónica para conseguir un espesor y un diámetro uniforme. Se divide la
muestra aplanada en cuatro cuartos iguales, eligiendo 2 cuartos como la muestra representativa.
3. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD
A partir de la norma INV E 122 – 07. Se determina el contenido de humedad presente en la muestra, con el fin de cuantificar el contenido de agua en el material. Pesamos el material en su estado húmedo, se realiza y luego se seca en horno o estufa (en este caso), el material secado totalmente corresponde a la masa de las partículas sólidas, que se forman naturalmente y que no se disuelven fácilmente en agua, por lo cual se podrá establecer que masa de agua contenía la muestra representativa de material.
4. GRANULOMETRÍA
El análisis granulométrico por tamizado mecánico, se basa en la norma INV E 123 – 07, sin embargo, el proceso se realizó con toda la muestra representativa sin discriminarlo sobre el tamiz No. 10, puesto que l a norma establece que las partículas que pasan el tamiz 10, requieren un tratamiento más preciso para cuantificar su granulometría, como es el caso de la granulometría a través de Hidrometría, además la muestra presenta una fracción arenosa definida, no requiere una cuantificación por vía húmeda, puesto que no posee una cantidad significativa de material fino (arcilla y limo), por lo cual, se hará un solo proceso.
Se preparan los tamices a utilizar en este caso, se utilizan los mencionados en la norma, (Tapa - 3/4 – 3/8 - Nº4 – Nº10 – Nº20 – Nº 40 – Nº80 – Nº100 - Nº140 – Nº200 – fondo), luego de su organización se proceden a colocar en el tamizador mecánico.
Al tener preparado los tamices y la maquina se coloca el material seco y se tapa, asegurándolo con los seguros que me permiten tener el material sellado y listo para el proceso de tamizado por vía mecánica, contabilizándolo en un periodo de tiempo de 600 segundos (10 minutos).
Después de concluir el tamizado, se pesa cada material retenido en los diferentes tamices, de esta manera, cuantificamos el tamaño de las partículas presentes en la muestra representativa.
A partir del cálculo algebraico, disponemos a determinar el porcentaje retenido, retenido acumulado y que pasa de cada fracción, con el fin de
poder graficar la distribución de las partículas y determinar el módulo de finura y clasificarlo según los métodos AASHTO y USCS.
Se elabora la curva granulométrica, teniendo en cuenta el porcentaje que pasa de cada fracción de la muestra y el tamaño de abertura de cada tamiz en milímetros (mm).
Se interpola la curva, utilizando valores cercanos a los porcentajes que pasan 10% 30% y 60%, de siguiente manera: Diámetro (mm)
% Acumulado Q Pasa
a
c
x
d
b
e
Tabla 2: Ejemplo de cálculo de interpolación. Utilizando la tabla 2, podemos observar que para los v alores de a, b, c, d y e, son constantes y los obtenemos de los puntos tomados de la curva. Realizando una regla de tres compuesta, se puede determinar el valor intermedio correspondiente:
= Hallamos el valor de x, despejando la ecuación anterior:
+ = + Podemos reemplazar los valores correspondientes para la obtención del valor requerido.
A partir de la interpolación, se calcula sus coeficientes de curvatura y uniformidad.
A partir del módulo de finura, los coeficientes de uniformidad y curvatura, podemos establecer la gradación del material, y si cumple con buenos requerimientos de calidad, según la norma NTC 174, como agregado para su uso de las diversas obras civiles.
ANÁLISIS DE RESULTADOS MUESTRA: Recebo de color naranja con una fracción de gravas de color, gris mate y negro. Inicialmente miramos las partículas gruesas del material, para establecer con base a la tabla 1, la dosificación de nuestro material representativo.
Imagen 1: Material de análisis, en estado húmedo. Fuente: Propia. Para el caso de la muestra, obtenemos un tamaño máximo de ¾”, por lo cual disponemos de un material representativo de 1000 gr. A continuación se va realizar el método de cuarteo para poder obtener la cantidad necesaria para realizar el ensayo de granulometría INV E 123 – 07.
Imagen 2: Cuarteo manual de la muestra. Fuente: Propia.
HUMEDAD: Posteriormente, determinamos el peso del recipiente, el material húmedo y seco en el mismo, dando los siguientes resultados:
Peso del recipiente (g): 75.19. Peso del recipiente + material húmedo (g): 1075.19. Peso del recipiente + material seco (g): 969.73.
Imagen 3: Secado del material para la obtención de su contenido de humedad. Fuente: Propia. Obteniendo:
= × 100
= Masa del agua
= Masa de sólidos
= .g−.g × 100 = 11.78% .g−.g Por lo tanto, el material analizado cuenta con un contenido de humedad de 11.78%
HUMEDAD HIGROSCÓPICA: La humedad higroscópica se considera como la pérdida de masa de una muestra secada al aire cuando se seca posteriormente al horno, expresada como un porcentaje de la masa de la muestra secada al horno. Se determina de la manera siguiente.
% =
× 100
Donde: W: masa del suelo seco al aire: 969.73 g. W1: masa del suelo seco en el horno: 986.59 g. Obteniendo:
% =
969.73 986.59 × 100 = 1.71% 986.59
Por lo tanto, tiene una pérdida de masa del 1.71%, por lo que se evidencia como una magnitud negativa.
GRANULOMETRÍA Se realiza el proceso de tamizado mecánico, durante 10 minutos, posteriormente se pesa cada fracción retenida en cada tamiz, dando los siguientes resultados:
Imagen 4: Tamizado mecánico de la muestra. Fuente: Propia. TAMIZ
Peso retenido (gr)
3/4 3/8 Nº 4 Nº 10 Nº 20 Nº 40 Nº 80 Nº 100 Nº 140 Nº 200 P Nº 200
0,00 78,31 55,58 63,21 49,97 95,65 359,75 66,79 54,51 29,15 38,50
SUMATORIA
891,42
Tabla 3: Resultados del tamizado del material. Fuente: Propia.
NOTA: Debido a la carencia optima de recipientes y el mal manejo de los utensilios como por ejemplo, la espátula, se perdió una cantidad de material fino, por lo cual se tuvo que realizar el ajuste en la fracción de arena, repartiendo en proporciones iguales, con el fin de obtener el peso seco de la muestra antes de su tamizado. Se procede a hacer la respectiva corrección de los d atos mediante la ecuación:
=
( ) ∑ . 10 200 + 8
En donde el numero 8 corresponde al número de f racciones retenidas desde las arenas hasta el fondo. Ya que las gravas son material que no evidencian una perdida, por lo que su ajuste en las dos fracciones (3/8” – No. 4) no se realizaron. Con los pesos ajustados adecuadamente, realizados los cálculos de % retenido, retenido acumulado y pasa:
% = % + %
De esta manera, obtenemos los resultados de forma analítica: TAMIZ
Peso retenido (gr)
Peso retenido ajustado (gr)
% Retenido
3/4 3/8 Nº 4 Nº 10 Nº 20 Nº 40 Nº 80 Nº 100 Nº 140 Nº 200 P Nº 200
0,00 78,31 55,58 63,21 49,97 95,65 359,75 66,79 54,51 29,15 38,50
0,00 78,31 55,58 73,00 59,76 105,44 369,54 76,58 64,30 38,94 48,29 969,73
0,00 8,08 5,73 7,53 6,16 10,87 38,11 7,90 6,63 4,02 4,98 100,00
SUMATORIA
891,42
% Retenido acumulado
% Pasa
0,00 8,08 13,81 21,33 27,50 38,37 76,48 84,37 91,00 95,02 100,00
100,00 91,92 86,19 78,67 72,50 61,63 23,52 15,63 9,00 4,98 0,00
Tabla 4: Calculo del análisis granulométrico completo y ajustado del material. Fuente: Propia. A partir del porcentaje que pasa y el tamaño de abertura de cada tamiz se grafica la curva granulométrica:
TAMIZ
ABERTURA (mm) (in)
3/4 3/8 Nº4 Nº10 Nº20 Nº40 Nº80 Nº100 Nº140 Nº200 Fondo
19,1 9,53 4,76 2 0,84 0,42 0,18 0,15 0,106 0,074 0,010
0,75 0,375 0,187 0,0787 0,0331 0,0165 0,0071 0,0059 0,0042 0,0029 0,0000
% PASA 100,00 91,92 86,19 78,67 72,50 61,63 23,52 15,63 9,00 4,98 0,00
Tabla 5: Abertura del tamiz vs porcentaje que pasa. Fuente: Propia.
CURVA GRANULOMÉTRICA
Grafica 1: Curva granulométrica, escala semilogaritmica.
Mediante la interpolación entre dos valores cercanos a los porcentajes que pasan en el 10%, 30% y 60%, podemos hallar los valores de sus respectivas aberturas: Para hallar D10:
=
0.1510 9 + 0.10615.63 10 10 9 + 15.63 10 = = 0,11
Para hallar D30:
0.4230 23.52 + 0.1861.63 30 = 30 23.52 + 61.63 30 = = 0.22 Para hallar D60:
=
0.4260 23.52 + 0.1861.63 60 60 23.52 + 61.63 60
Mediante la interpolación entre dos valores cercanos a los porcentajes que pasan en el 10%, 30% y 60%, podemos hallar los valores de sus respectivas aberturas: Para hallar D10:
=
0.1510 9 + 0.10615.63 10 10 9 + 15.63 10 = = 0,11
Para hallar D30:
0.4230 23.52 + 0.1861.63 30 = 30 23.52 + 61.63 30 = = 0.22 Para hallar D60:
=
0.4260 23.52 + 0.1861.63 60 60 23.52 + 61.63 60 = = 0.41
A partir de los datos obtenidos calcularemos los coeficientes de uniformidad y curvatura:
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD
= =
0.41 = 3.73 0.11
COEFICIENTE DE CURVATURA
= ∗ 0.22 = = 1.07 0,11 ∗ 0.41 Según los cálculos obtenidos podemos observar que el coeficiente de uniformidad mayor a 3 se considera un suelo muy uniforme. Por otra parte, el coeficiente de curvatura, tiene un valor entre 1 y 3, por lo cual nos indica que es
un suelo bien graduado, con amplio margen de tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.
CLASIFICACIÓN: MÉTODO USCS: Según las condiciones establecidas en los ensayos, podemos citar las condiciones de clasificación según las siguientes tablas:
Tabla 6: Clasificación USCS para gravas. Fuente: Fundamentos de ingeniería geotécnica. Braja .M. Das
Tabla 7: Clasificación USCS para arenas. Fuente: Fundamentos de ingeniería geotécnica. Braja .M. Das
Condiciones de la muestra:
Pasa No. 200: 4.98%. Coeficiente de curvatura: 1.07. Coeficiente de uniformidad: 3.73
Debido a que el material, no se le realizo pruebas de límites de Atterberg, solo consideramos las 2 primeras clasificaciones de las tablas, en este caso, el material presenta en su mayoría una fracción representativa de arena por lo cual, al revisar las 2 condiciones, podemos observar que no cumple con el valor del coeficiente de uniformidad, lo cual según este sistema de clasificación, se denominaría SP “ Arena pobremente gradada con grava”. A pesar de tener un buen coeficiente de curvatura.
MÉTODO AASHTO: A partir del análisis granulométrico, se clasificara solamente teniendo en cuenta, el primer criterio, ya que no se cuenta con la información sobre los límites de Atterberg.
Tabla 8: Clasificación AASHTO. Fuente: Fundamentos de ingeniería geotécnica. Braja .M. Das
Condiciones de la muestra:
Pasa No. 10: 78.67%. Pasa No. 40: 61.63%. Pasa No. 200: 4.98%.
Al revisar las condiciones establecidas en la tabla, podemos observar que no cumple con el porcentaje que pasa del tamiz No. 10 y 40, lo cual según este sistema de clasificación, se denominaría un suelo tipo A – 2. (a pesar de no conocer el limite líquido ni el índice de plasticidad, al cumplir con los primeros requisitos estimamos que es este tipo de suelo).
MODULO DE FINURA. El módulo de finura se calcula sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices estándar (nombrados más abajo) y dividiendo la suma entre 100. Cambios significativos en la granulometría de la arena tienen una repercusión importante en la demanda de agua y, en consecuencia, en la trabajabilidad en el concreto, por lo que si hubiese una variación significativa en la granulometría de la arena deben hacerse ajustes en el contenido de cemento y agua para conservar la resistencia del concreto. Los tamices especificados que deben usarse en la determinación del módulo de finura son: No. 100. No. 50, No. 30, No. 16, No, 8, No. 4, 3/8”, ¾”, por lo cual el módulo se calcula, teniendo en cuenta por porcentajes retenidos acumulados de los tamices correspondientes: TAMIZ
% PASA
3/4" 3/8" Nº4 Nº 8 Nº 16 Nº 30 Nº 50 Nº100
100 91,92 86,19 86,19 72,50 72,50 61,63 15,63
Tabla 9: Tamices para determinar el módulo de finura. Fuente: Propia.
Calculamos el módulo de finura:
= =
Σ% 100
100 + 91.92 + 86.19 + 86.19 + 72.50 + 72.50 + 61.63 + 15.63 = 5.87 100
Según la norma NTC 174 consultamos que el módulo de finura debe estar entre los valores 2.3 – 3.1 para tener una arena adecuada para la fabricación del concreto. Pero ante un valor tan alto de nuestra muestra, nos indica que sus partículas son muy gruesas, perjudicando notablemente la mezcla de concreto produciendo segregación del material con respecto a la pasta de agua cemento. Sin embargo, para agregados gruesos, tampoco aplica ya que sus porcentajes que pasa son mayores al 5% por lo cual es material es fino al requerido en la norma. Por esta razón este material, no sirve como agregado para el concreto.
CONCLUSIONES
El adecuado manejo y análisis de altos volúmenes de material, se pueden ver caracterizado a través de una muestra, que permite desarrollar una serie de ensayos útiles para describir el material y medir sus características de calidad, en forma tal, que la porción reducida sea una verdadera representación, no sólo de la muestra de campo, sino de toda la fuente de materiales.
El mejor método para clasificar por tamaños las partículas gruesas es evidentemente el tamizado, ya que cada tamiz suele denominarse por números que se refieren a escalas establecidas para cada rango de partículas.
Se considera que una buena granulometría es aquella que está constituida por partículas de todos los tamaños, de tal manera que los vacíos dejados por las de mayor tamaño sean ocupados por otras de menor tamaño y así sucesivamente, en el caso de la muestra analizada, este tiene poca uniformidad, en cuanto a los diversos tamaños que presenta, puesto que en proporción cuenta con pocas gravas, pero con una buena gradación en la fracción arena.
Durante el tamizado siempre ocurren pérdidas de material, a causa de diversos factores como, mallas en mal estado que atrapan partículas, material fino que se lleva el aire al momento de realizar el pesaje, mala disposición de los implementos, etc. Aunque es preciso aclarar que estas pérdidas no deben ser mayores al 1% del peso final, para el caso de nuestro trabajo se evidencio un problema grave en la manipulación de la muestra, aspecto a tener en cuenta en futuros ensayos.
Al realizar el cálculo del módulo de finura se obtuvo un resultado de 5.87. Esto nos indica que contamos con una arena que no se encuentra entre los intervalos especificados que son 2,3 y 3,1; concluyendo de esta manera que es una arena no es adecuada para diseñar una buen a mezcla para concreto.
El contenido de humedad nos permite establecer las condiciones en las cuales se comporta el suelo e identificar sus propiedades físicas, entre ellas, sus límites de consistencia, como por ejemplo, suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia depende de su contenido de agua, de las cuales se harán énfasis en otro laboratorio.
