Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________ ______________________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___
Lauro Maldonado M. Roberto Cortes A.
Alex Alarcón V. Sr VICTOR HUGO BARRÍA
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1 Introducción…………………………………………………….pág. 3 2 Granulometría (definición y conceptos)……………………..pág. 4 3 Ensaye granulométrico………………………………………..pág. 6
ensaye……………..…..pág.6 g.6 3.1 Muestras de áridos para el ensaye……………..…..pá 3.2 Tabla cantidad mínima de muestras………………..pág. 7 3.3 Cuarteo…………………………………………………pág. 08 3.4 Serie de Tamices………………………………….…..pág. 09 3.5 Procedimiento ensaye……………………………...…pág. 13 3.6 Finos por lavado……………………………………….pág. 15 4 Cálculos y resultados………….. .……………………………..pág. 19 5 Bibliografía……………………………………………………...pág. 26
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A grandes rasgos debemos tener en cuenta ciertos conceptos básicos de geotecnia con el afán de entender el tema de nuestra exposición. Tales conceptos son los mismos que manejan tanto laboratoristas viales, constructores civiles e ingenieros. En el desarrollo de nuestro trabajo como profesionales nos encontraremos siempre vinculados al suelo como material de
fundación y material de
construcción. El trabajo que presentaremos esta orientado a definir y reforzar el procedimiento de la Granulometría y sus ensayes normalizados, basándonos en una bibliografía
técnica y actualizada. En este desarrollo hemos contado con el apoyo de especialistas de laboratorio. Esperando sea una herramienta más de refuerzo a nuestra futura labor de profesionales.
Castro Mayo del 2012
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La Granulometría se define como la distribución de los diferentes tamaños de las
partículas de un suelo, expresado como un porcentaje en relación con el peso total de la muestra seca. Sirve para determinar la distribución de las partículas de una muestra. La proporción de los distintos tamaños se llama también
y su estudio y determinación
.
Tiene gran importancia en la confección de morteros, hormigones, bases, terraplenes, etc. Pues de ellos depende la compacidad, impermeabilidad y resistencia mecánica.
, aquella en que la gradación de la proporción en
Se llama
que figura cada tamaño de granos aumenta constantemente con este: es la que carece de uno o varios tamaños intermedios de granos, que
figuran en proporción no nula, pero menor que otros no finos; y la que tiene uno o varios tamaños de granos intermedios de granos que figuran en proporción parecida o mayor que los más gruesos. Dentro de esta gran definición es importante volver a tener en cuenta los conceptos que clasifican los áridos : son ígneos , sedimentarios y metamórficos .
tenemos los áridos gruesos >5mm y los
finos <5.
la cual puede ser natural o artificial
áridos livianos <2000 kg/m ³ áridos corrientes 2000-3000 kg/m³ áridos pesados>3000 kg/m³
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Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________________________________________________________________ encontramos los áridos combinados y
árido integral la cual como indicamos más arriba puede ser
continua, discontinua e irregular
chancados y rodados
Como ya sabemos, los áridos ocupan entre el 65 y 75% del volumen total del
hormigón. Debe darse gran atención a su elección y control, ya que de sus características dependerán la
La función de los áridos en la confección del Hormigón: Dentro de este tema el
árido tiene la fundamental responsabilidad de disminuir la cantidad de cemento de la mezcla de hormigón, pero teniendo cuidado de no afectar la resistencia del hormigón; La forma de lograr esto es con una buena granulometría del árido grueso.
Otra es fo rmar un esqueleto rígido, reduciendo variaciones de volumen, lo ideal es un esqueleto bien graduado, con buenas proporciones de los áridos . Teniendo en cuenta los términos y descripciones básicas indicadas más arriba podemos entrar a explicar el desarrollo del ensaye en cuestión.
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El ensaye de la granulometría está definido por la
“distribución
porcentual de la masa de los distintos tamaños de partículas (granos) que constituyen un árido.” Complementan esta norma otras más, entre las cuales encontramos la NCH 163, NCH 164, NCH 1021, NCH 1022 y su principal función es dar a conocer la uniformidad de procedimientos de ensayo destinados a verificar las propiedades de los áridos para morteros y hormigones. El procedimiento del ensaye comienza con el muestreo de los áridos para lo cual debemos considerar los siguientes conceptos:
conjunto de material pétreo existente en un lugar y que presenta a simple vista características homogéneas
muestra representativa del lote muestra homogénea de dos o más muestras
simples entre materiales similares de distintos lotes
conjunto de dos o más fracciones de una muestra simple o compuesta separada por cuarteo. conjunto de dos o más muestras simples que se
obtienen del mismo lote muestra representativa del pétreo en su sitio
de depósito natural, no sometido a tratamiento alguno. muestra representativa de un pétreo
removido de su depósito natural y sometido a cualquier tratamiento
(trituración, lavado o clasificación ) Carrera: Construcción Civil - Continuidad
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Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________________________________________________________________ muestra representativa de un árido que se encuentra
en una obra ya sea sobre vehículos o almacenado
Ya conociendo las diferentes terminologías del muestreo debemos considerar que la manipulación de la muestra debe ser homogénea y acompañada de la mínima información tal como procedencia, clase de material, tamaño y cualquier
información específica relativa a las características del pétreo. sea esta simple o compuesta debe ser superior a dos veces la muestra para el laboratorio. La muestra tomada para el laboratorio sea esta simple o compuesta debe ser reducida para los ensayes básicos
Para pétreos finos 30 kg
Para el pétreo grueso una cantidad en kg equivalente a 2 veces el tamaño nominal del pétreo grueso.
5
2
0,5
10
8
2
20
20
5
25
40
10
50
60
15
80
80
20
100
120
30
150
160
40
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Para seleccionar una muestra representativa que nos permita realizar el ensaye en laboratorio, utilizaremos el método de “ Cuarteo ” indicado por el Manual de Carreteras Volumen 8 el que se expone a continuación.
FUENTE MANUAL DE CARRETRES VOL 8
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, nos indicara la comparación de áridos entre si, a si como la variación del mismo y lo más importante, en el caso de los hormigones; si este cumple o no con una banda determinada que asegure la
máxima compacidad y por consiguiente un hormigón de buena calidad.
Fuente: Manual de Carreteras vol. 8 tabla 8.102. 1ª
TAMAÑOS NOMINALES DE ABERTURA
(mm)
80
(3”)
63
(2½”)
50
(2”)
40
(1½”)
25
(1”)
20
(3/4”)
10
(3/8”)
5
N°4
2
N°10
0,5
N°40
0,008
N°200
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Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________________________________________________________________ La granulometría de los áridos se determina haciendo pasar una muestra representativa del acopio por una serie de tamices ordenado por abertura de mayor a menor, los pesos de retenidos de cada tamiz se expresan en porcentaje del peso total de la muestra y, finalmente, la granulometría del árido se indica en porcentajes que pasan, acumulados. De esto se desprende lo siguiente
, el cual corresponde al %en masa del árido directamente retenido en ese tamiz
, corresponde al % en masa de las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz
, corresponde al % e n masa de todas las partículas
de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz La correspondencia de Tamices para áridos están normalizados según su abertura, estos son los siguientes:
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1.- Se debe pesar toda la muestra con precisión de 1gr registrando su valor. 2.- Separar la muestra de acuerdo al tamaño máximo absoluto especificado , determinando la masa de las resultantes que estén sobre y bajo el tamaño
máximo y registrando sus valores como B y Z. 3.- Se deberá medir y registrar el tamaño absoluto de la muestra B (punto 1). 4.- Cortar el material clasificado como Z en el tamiz #4 registrando las masas a la
precisión de 1gr de la fracción que pasó y de la que quedó retenida. Regístrelas como C y D respectivamente. 5.- Al material retenido en el tamiz #4 (D) se le deberá extraer el fino adherido sumergiendo en agua potable todo el material y agitándolo para su remoción. 6.- Se deberá vaciar el agua con el material fino sobre el tamiz #4 y #200 dispuesto en forma decreciente. Seguir agregando agua al material grueso y repetir el vaciado hasta que el agua agitada con la muestra quede limpia y clara. 7.- Se deberá reunir el material retenido con el decantado y secar a horno a
temperatura de 110º ±5º C. 8.- Pesar la masa seca y registrar como D’. 9.- Tamizar el material registrado como D’ en una serie de tamices sobre 5mm
(3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1½”,… etc.) y registrar los diferentes pesos de las masas retenidas en cada tamiz. 10.- Del material bajo 5mm (#4) tome por cuarteo una muestra de entre 500 a
1.000gr y registre su masa como C’
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Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________________________________________________________________ 11.- Esta etapa de la granulometría se le llama
que registra el
porcentaje de arena retenido sobre la malla #200. El material que pasa se tipifica como
que corresponde a limos y/o arcillas.
12.- Todos los valores registrados se llevan a una tabla ordenada de acuerdo a las diferentes aberturas de los tamices. Estos valores son expresados como porcentaje que pasa en cada tamiz, indicando como primer valor el del menor tamiz en que pasa el 100%.
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Procedimiento mediante tamizado húmedo para determinar el contenido de material fino que pasa el tamiz 0,08 mm (Nº 200).
•
•
Requiere más agua lo que produce bajas resistencias Puede contener materia orgánica en finos (arcillas o limos) , lo que produce problemas de fraguado y por lo tanto baja resistencia a temprana edad
•
Mala adherencia entre pasta de cemento y el árido
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La muestra de ensayo (previamente cuarteada) se pesa inicialmente en estado seco, y luego se lava sobre el tamiz 0.08 mm. El residuo se seca y se pesa. Se determina la cantidad de finos por diferencia de peso y se lleva a porcentaje.
Masas Mínimas de las Muestras, de acuerdo al Dn: grava (40 mm)
5.000 g
gravilla (20 mm) 2.500 g arena (5 mm)
500 g
Calcular el contenido de material fino menor que 0 ,08 mm, según:
A =
B - C (%) B
donde: A = contenido de material fino menor que 0,08 mm B = masa inicial de la muestra de ensaye seca C = masa de la muestra de ensaye lavada y seca
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Los valores obtenidos y los análisis pueden representarse gráficamente en tablas y gráficos donde se registran los resultados, como en la tabla siguiente obtenida del MC volumen 8.
Las comparaciones de los resultados deben realizarse en relación a tablas granulométricas definidas (ver tablas) para determinar el grado de cumplimiento
del árido analizado respecto a las especificaciones técnicas para dicho material , dependiendo del uso final dado, que puede ser como material de fundaciones (arenas, sub bases y bases granulares, carpetas de rodaduras, mezclas asfálticas, hormigones, etc.
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Para poder comparar y visualizar más fácilmente la distribución de los tamaños, la información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva, graficando las aberturas de los tamices en las abscisas (x) y los porcentajes correspondiente s a cada tamaño en las ordenadas (y). La forma de la curva nos
indica la relación entre los tamaños. Una curva empinada corresponde a una graduación uniforme (todas las partículas son aproximadamente del mismo tamaño).
La determinación del tamaño máximo de los áridos en el hormigón importa para obtener uniformidad en las mezclas, impermeabilidad y calidad en la textura superficial (evitar porosidades, nidos de piedra, etc.)
Corresponde a la abertura del menor
tamiz que deja pasar el 100% de la masa del árido. Corresponde a la abertura del tamiz
inmediatamente menor al Da, cuando por dicho tamiz pasa el 90% o más de la masa del árido. Cuando pasa menos del 90% el Dn se considera igual al Da.
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MANUAL
8.102.1.A
DE
CARRETERAS
FORMULARIO TIPO DE GRANULOMETRIA DE SUELOS.
VOL. N° 8
Jun-09
Certificado de ensaye N°: 0001
Fecha:
Fecha de muestreo: 16-05-2012
Fecha de ensaye:
Camino: Camino perimetral Faja: derecha
Muestra:
Horizonte:
Cota:
1. Cuarteo.
TMA especificado (mm.) :
TMA muestra de ensaye (mm) :
Peso muestra total (g) (A) : Pes o s obre tamaño (g ) (A) :
Sobre tamaño (%) ST= (B/A*100) :
2. Granulometria.
Pes o mues tra total seca a tamizar (Z) :
14976
(g )
Peso seco i nicial retenido en 5 mm. (D) :
7951
(g)
Peso seco lavado retenido en 5 mm. (D') :
7900
(g)
2.1 Fracción sobre malla 5 mm.
Abertura mm. 150 100 80 63 50 40 25 20 12,5 10 5 Residuos
Tamiz
(6") (4") (3") (2 1/2") (2") (1 1/2") (1") (3/4") (1/2") (3/8") (N°4")
Retenido Peso (g)
(%)
MI
RI
Pasa (%)
92 735 1102 4182 1803 35
0,6 4,9 7,4 27,9 12 0,2
100 99,4 94 87,1 59,2 47,2 -
% DE PERDIDA : = ((D' - SUMATORIA PESOS RETENIDOS + RESIDUOS)/D*100 =
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Taller de Investigación, Mecánica de Suelos Granulometría ______________________________________________________________________ 2.2 Fraccion bajo malla mm.
Peso seco inicial pasa 5 mm (C):
7028
Peso seco cuarteo pasa 5 mm (C'):
577
Peso seco cuarteo lavado pasa 5 mm (C''):
494
Abertura mm.
Tamiz
Retenido Peso (g)
2 0,5 0,08
(N° 10) (N° 40) (N° 200) Residuo
Pasa (%) (%)
MI
RI
79 231 177 8
6,4 18,7 14,3 0,6
40,8 22,1 7,8 7,2
% DE PERDIDA : = ((C' - SUMATORIA PESOS RETENIDOS + RESIDUOS)/C*100 =
Responsable ensaye :
Lauro Maldonado
V°B° Jefe Laboratorio:
MOP - DGOP - DIRECCION DE VIALIDAD - CHILE
Para los porcentajes retenidos del material sobre 5mm (#4)
Para los porcentajes retenidos del material bajo 5mm (#4)
Donde: C
: Masa de la fracción bajo 5mm
C’
: Masa de muestra reducida por cuarteo de la fracción bajo 5mm
Mi
: Masa retenida en el tamiz i bajo 5mm
D
: Masa de la fracción sobre 5mm
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Curva Granulométrica
100% 90%
50; 100,00% 40; 99,39% 25; 94,48%
20; 87,12%
80% a s a p e u q e j a t n e c r o P
70% 60%
10; 59,20%
50%
5; 47,16%
40% 30% 20% 10% 0% 10
1
Diametro partículas (mm)
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Manual de carretera Vol. 8
Guía de Laboratorio de materiales – Depto. de Ingeniería de Obras Civiles Universidad de Santiago de Chile. Autor Lientur Guzmán Meza, Año 2008. Norma Chilena NCh 165. Norma Chilena NCh 1223. - Curso de Laboralista Vial clase “B”, de l LNV.
Marcos Olguín Vera, Laboratorista Vial clase “A”. - Laboratorio Asesoría Ingelog.
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