LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS 2do Semestre 2017 GUÍA PARA EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

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1 ACTIVIDAD 1 GUÍA PARA EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO 1. INTRODUCCIÓN En la clasificación de los suelos para usos ingenieriles es habitual la utilización de algún tipo de análisis granulométrico. Las características granulométricas de los suelos suelen utilizarse para establecer criterios de aceptabilidad para su uso como: - material de construcción de pavimentos, presas, diques y otros terraplenes, - insumo en la elaboración de hormigones y mezclas asfálticas, - material para conformar drenes. Actividad 1 1

2 Asimismo, la información obtenida a partir de análisis granulométricos suele ser utilizada también para estimar las propiedades de permeabilidad de un determinado suelo. El análisis granulométrico intenta determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una muestra de suelo dada. Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada una de las partículas de suelo, la práctica habitual agrupa los materiales por rangos de tamaño. Para obtener la distribución de tamaños se emplean diferentes métodos de análisis dependiendo del tamaño de las partículas: para partículas mayores que 0.074mm se emplea el análisis mecánico a través de una batería de tamices de aberturas decrecientes, mientras que para suelos con partículas de tamaño inferior a 0.074mm se utiliza el método del hidrómetro, basado en la Ley de Stokes. En consecuencia, encontramos tres técnicas de análisis granulométricos, a saber: TAMIZADO HÚMEDO utilizado para separar granos finos de granos gruesos; es realizado por lavado de la muestra de suelo a través de un tamiz cuya abertura tiene un tamaño de 0.074mm (tamiz Nº200) TAMIZADO SECO se aplica a muestras de suelo con partículas retenidas en el tamiz Nº200. Las muestras, en las que previamente fueron retiradas las partículas finas, son secadas y se hacen pasar a través de una batería de tamices con aberturas decrecientes. ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN (hidrómetro) se aplica únicamente a partículas de tamaño menor que 0.074mm (partículas que pasan el tamiz Nº200). En el ensayo se analiza la sedimentación de las partículas de suelo, colocadas en suspensión en determinadas condiciones fijadas por la norma ASTM D 422. La densidad de la suspensión es medida en intervalos de tiempo, y los tamaños de partículas son determinados a partir de las velocidades de sedimentación estimadas en el ensayo. 2. OBJETIVO DE LA ACTIVIDAD Determinar la distribución del tamaño de partículas mayores a 0.074mm por medio de procesos de tamizado de muestras de suelo. A partir de dicha distribución se construirá la curva granulométrica, y se calcularán el Coeficiente de Uniformidad (Cu) y el Coeficiente de Curvatura (Cc) cuando corresponda. Actividad 1 2

3 3. MATERIALES Y EQUIPO Durante la práctica se utilizarán los siguientes materiales y equipos: - horno de secado, - balanza, - batería de tamices, - recipientes Figura 1. Batería de tamices 4. MUESTRAS DE SUELO A ENSAYAR Una vez obtenida la muestra de suelo en el campo, para obtener una muestra representativa se recurre a diversos procedimientos: fragmentado mediante mortero para separar terrones, secado, cuarteo. Las muestras que se analizarán en esta actividad ya han sido procesadas, de modo que se consideran muestras representativas del suelo a analizar. En tal sentido, en el laboratorio se realizarán únicamente las tareas propias del análisis por tamizado. En la práctica se trabajarán los procedimientos de tamizado seco y tamizado húmedo, analizándose muestras de dos tipos de suelos: un suelo de grano fino, y un suelo de grano grueso. Actividad 1 3

4 5. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO i. Determinar el peso del recipiente de plástico R1 (M R1 ). El recipiente debe estar limpio y seco. Figura 2. Balanza y recipiente plástico R1 ii. Seleccionar la muestra de suelo fino y determinar su peso seco: M suelo seco = M suelo+r1 M R1 iii. Colocar la muestra en el Tamiz Nº200, y proceder a lavarla cuidadosamente utilizando agua del grifo, hasta que se observe que el agua sale clara luego de pasar por el tamiz. Se debe tener mucho cuidado y prestar mucha atención, para no dañar el tamiz ni perder suelo durante el proceso. observar que el agua sale clara luego de pasar por el tamiz que contiene todavía suelo Figura 3. Lavado de la muestra a través del Tamiz Nº200 tamizado húmedo iv. Determinar el peso del recipiente R2 (M R2 ). El recipiente debe estar limpio y seco. Actividad 1 4

5 v. Retirar cuidadosamente el material retenido en el tamiz, con ayuda de agua, vertiéndolo en el recipiente R2 (previamente pesado). Se debe tener especial cuidado de no dejar partículas de suelo en la malla o paredes del tamiz. Figura 4. Vertido del material retenido en el tamiz luego del lavado vi. Dejar reposar la muestra lavada hasta que el agua superior se aclare y las partículas hayan precipitado casi en su totalidad. Figura 5. Muestra luego de reposada (observar que el agua está clara) vii. Vaciar el exceso de agua clara superior, teniendo especial cuidado para no perder suelo durante el proceso, y colocar el recipiente con la muestra de suelo en el horno durante 24 hs. Actividad 1 5

6 Figura 6. Vaciado del agua clara superior del recipiente viii. Luego de 24 horas, determinar el peso del material grueso: M grueso = M suelo+r2 M R2 ix. Verificar que los tamices 3/8, Nº4, Nº10, Nº40, Nº60, Nº100, Nº200 se encuentren limpios y libres de partículas retenidas en las mallas. x. Ensamblar la batería de tamices en tamaño de abertura descendente, colocando la bandeja de fondo en parte inferior (luego del Tamiz Nº200) Figura 7. Batería de Tamices ensamblada xi. xii. Verter la muestra de material grueso en el Tamiz 3/8 y colocar la tapa. Agitar la batería de tamices en forma manual, de manera que el material se mantenga en movimiento circular durante 10 minutos. En ningún caso se debe inducir con la mano el paso de una partícula a través del tamiz. Actividad 1 6

7 Figura 8. Procedimiento para agitar la batería de Tamices xiii. xiv. Desensamblar la batería de tamices cuidadosamente, retirando de a un tamiz a la vez y colocándolo sobre un papel. Verter en un recipiente sobre la balanza el material retenido en cada tamiz, empezando por el de mayor abertura, determinando los pesos de suelo retenido en cada uno de los tamices. En este momento se deben observar las siguientes posibles situaciones: - puede suceder que al colocar un tamiz sobre el papel, algunas partículas pueden caer del tamiz sobre el papel. Si esto sucede, colocar dicho material en el tamiz de abertura inmediatamente inferior antes de su pesaje. - es común que aparezcan partículas retenidas en la malla de algún tamiz; cuando esto suceda, se debe limpiar con cepillo la parte inferior de la malla, teniendo especial cuidado que las partículas caigan dentro del recipiente de pesaje. Figura 9. Determinación del peso retenido en cada tamiz Actividad 1 7

8 Figura 10. Limpieza de partículas retenidas en la malla del tamiz, mediante el cepillado de la parte exterior de la malla 6. CÁLCULOS - Realizar la sumatoria de todos los pesos retenidos en cada uno de los tamices, incluyendo el peso del material retenido en la bandeja de fondo (M Tamizado ). Comparar dicho valor con el peso seco del material grueso (M grueso ) determinado previo al tamizado. Una pérdida del 2% en peso es considerada no satisfactoria (1) y el ensayo debe ser repetido. De este modo, para que el ensayo se considere satisfactorio debe cumplirse: M Tamizado 0,98 M grueso - Calcular el peso de finos que presenta la muestra, a partir de la diferencia entre el peso del suelo seco (M suelo seco ), determinado al comienzo del ensayo y el peso seco del material grueso (M grueso ): M finos = M suelo seco - M grueso - A partir de los pesos parciales retenidos en cada tamiz, completar la siguiente Tabla 1. 1 Criterio propuesto en Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil, J.E.Bowles Actividad 1 8

9 Tabla 1. Tamiz Peso retenido (g) Peso retenido acumulado (g) % retenido acumulado ( 2 ) % pasante ( 3 ) 3/8 Nº4 Nº10 Nº40 Nº60 Nº100 Nª200 Bandeja ( 1 ) Totales ( 1 ) el peso retenido en la bandeja, será la suma de lo retenido efectivamente en la bandeja durante el tamizado seco más el peso de finos (M finos ) ( 2 ) el porcentaje retenido acumulado, se calcula con respecto al peso retenido acumulado en la bandeja ( 3 ) el porcentaje pasante o porcentaje que pasa, se calcula restando el porcentaje retenido acumulado en cada uno de los tamices, comenzando por la resta de 100% menos el retenido en el tamiz de mayor abertura. 7. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Los resultados del ensayo son presentados en una planilla de laboratorio que contiene los datos de la muestra, los pesos retenidos en cada tamiz determinados en laboratorio, los porcentajes retenidos acumulados y porcentajes pasantes, y la gráfica semilogarítmica entre el porcentaje que pasa y los tamaños de partícula. Siempre que sean aplicables, la planilla también incluye los valores de los coeficientes de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc) junto con los parámetros necesarios para su determinación. Este documento es una guía de enseñanza elaborada por los docentes del Laboratorio de Control de Calidad de Fundaciones del Instituto de Estructuras y Transporte, para la Asignatura LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS, de la Carrera de Ingeniería Civil, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República. Para la elaboración del mismo, se han consultado, traducido y/o adaptado materiales de las siguientes referencias: - D Method for Particle-Size Analysis of Soils - D Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis - Das, B.M.; Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Ed. Thomson Learning Bowles, J.E.; Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Ed. Mc Graw Hill Universidad Mayor de San Simon. Laboratorio de Geotécnica. Manuales de Laboratorio. - PUC Valparaíso. Grupo de Geotécnica. Manuales de Laboratorio. Actividad 1 9