PRÁCTICA DE GEOLOGÍA V ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR MÉTODO DEL TAMIZADO. Núcleo Universitario Rafael Rangel AUTORA: Mariluz Graterol Ruiz

Transcripción

1 PRÁCTICA DE GEOLOGÍA V ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR MÉTODO DEL TAMIZADO Núcleo Universitario Rafael Rangel 2016 AUTORA: Mariluz Graterol Ruiz

2 PRÁTICA V ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR MÉTODO DEL TAMIZADO Nombre y Apellido: CI. Fecha: Hora: Sección: Objetivos Realizar análisis granulométrico en las muestras de suelo Clasificar de acuerdo las partículas constitutivas del agregado según tamaños por el método del tamizado Materiales Muestra de suelo, serie de tamices de malla cuadrada y tejido de alambre, balanza, agitador mecánico o batidora con motor eléctrico, pala, mazo de goma, cucharón, espátula 2

3 Introducción El suelo es uno de los componentes encontrados en el planeta Tierra que ha permitido al ser humano desarrollarse y crecer como población; por tal razón entender desde las bases de la ingeniería la dinámica, propiedades, estructura, composición del suelo entre otro aspectos, constituye un paso importante y determinante para identificar las zonas apta para la construcción de viviendas o cualquier otro tipo de edificación. Dentro de esta perspectiva la descripción del suelo ha proporcionado importantes resultados pues mediante este se ha podido realizar definiciones sobre la génesis y las funciones estructurales de este. Ahora bien, dado que el suelo de acuerdo a Tarbuck y Luntgens (2005), es el producto de la interacción compleja de varios factores, entre ellos la roca madre, el tiempo, el clima, las plantas, los animales, y la topografía; para determinar las distribución de las partículas después de su formación es necesario definir el método que permita medir la distribución de tales partículas, por tanto, dentro de los métodos para clasificar los suelos está el análisis granulométrico por tamizado, cuyo proceso mecánico según Guzmán y García (2012), consiste en separar las partículas del suelo en sus diferentes tamaños utilizando tamices en orden decreciente, es decir, con este método se determina la distribución de las partículas al pasar el material a través de mallas con diferentes aberturas. En función de lo mencionado, es importante desde el punto de vista de la mecánica de los suelos determinar el tamaño y la distribución de las partículas que constituyen el suelo, porque así se puede tener un indicativo de la clasificación de este, en cuanto a materiales de construcción es importante este tipo de análisis porque se va a separar la arena y la piedra utilizada para hacer el concreto, mientras que en geología el análisis granulométrico se utiliza para cuantificar la granulometría de los depósitos estudiados. Con esto se quiere decir que es imprescindible tener claro el fin con el cual se hará el análisis. 3

4 PRE-LABORATORIO ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR MÉTODO DEL TAMIZADO Graterol (2009) En esta vista de cerca, se puede observar la malla en forma cuadrícula del tamiz En la siguiente sección se describirán los criterios a considerar al momento de clasificar las partículas de suelo. No obstante, es importante tener presente que la observación y el método a implementar será fundamental para el logro de los objetivos propuestos, pues existen un conjunto de características en cuanto al tamaño de las partículas y composición del suelo entre otros aspectos, que permitirán realizar el análisis granulométrico de las muestras extraídas. Ahora bien, en cuanto a las partículas que constituyen el suelo es posible encontrar gravas, arena, limo y arcilla, las cuales difieren en el tamaño, tal y como se muestra a continuación en la tabla 1. 4

5 Tabla 1 Principales tipos de partículas encontradas en el suelo Gravas Arena Se denomina grava a las rocas 2 mm de tamaño. Pueden ser producidas por el ser humano, en cuyo caso suele denominarse «piedra partida» o resultado de procesos naturales como la meteorización y erosión. La arena es un conjunto de partículas visibles de rocas disgregadas en su mayoría de cuarzo, en general no plásticas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,006 y 2 mm. Limo Es una partícula invisible. En general, algo plásticos. Difícilmente erosionados por el viento. Casi imposible de drenar mediante bombeo, generalmente transportado en suspensión por los ríos y por el viento, para luego ser depositados en ambientes sedimentarios. Con respecto al tamaño, el diámetro del limo varía de 0,0039 mm a 0,0625 mm. Arcillas Suelen tener propiedades coloidales. Consisten en su mayor parte en minerales arcillosos constituido por agregados de silicatos de aluminio. Al tacto es suave. Se secan lentamente y se pegan a los dedos. Los terrones secos se pueden partir, pero no reducir a polvo con los dedos y el diámetro es < 0,002 mm Nota. Tabla elaborada con datos tomados de Conceptos generales de mecánica de los suelos por Pérez 5

6 Después de efectuar la lectura de los tópicos abordados y realizar la respectiva investigación, responder a las siguientes preguntas 1) Mediante un organizador gráfico (Mapa conceptual) explique la formación del suelo 2) Cuáles son las partes del suelo? 3) Por qué es importante analizar el suelo? 4) Defina suelos expansivos, suelos dispersivos, suelos colapsables, suelos orgánicos, suelos solubles 5) Qué es una curva granulométrica? LABORATORIO ACTIVIDAD Nº 1 Describir en forma detallada las características físicas de la muestra de suelo extraída en campo para determinar la fracción granular gruesa y anotar los datos en el lugar indicado. Paso 1. Sacar la muestra de suelo y quitar la basura o posibles restos de plantas, luego pesar en la balanza toda la muestra para determinar el Peso muestra total (T) y anótelo en la siguiente línea seguidamente buscar el mazo de goma para disgregar los terrones presentes en el suelo. MAZO DE GOMA Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela 6

7 Paso 2. Buscar entre los juego de tamiz el Nº4 para separar las gravas de la arena y demás materiales finos encontrado en el suelo, lo cual se hará de forma manual, es decir, que cada tamiz se moverá con la mano JUEGO DE TAMIZ PARA GRAVAS O AGREGADO GRUESO Tamiz 3 ; 2 ; 1 ½ ; 1 ; 3/4 ; 3/8 ; 1/4"; Nº4 JUEGO DE TAMIZ PARA ARENA Y DEMÁS PARTÍCULAS FINAS Tamiz Nº8; Nº10; Nº16; Nº20; Nº30; Nº40; Nº50; Nº60; Nº80; Nº100; Nº200 TAMIZ Nº4 Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela 7

8 Seguidamente separada la muestra se colocará a la derecha el material grueso que ha quedado en la malla del tamiz Nº4 y al lado izquierdo el material que pasó por la malla del tamiz Material que paso por el tamiz Material grueso que quedo en el constituido por arena y material tamiz constituido por gravas fino Graterol (2015) Paso 3. Pesar el material que paso el tamiz Nº4, es decir, la arena y demás material fino y anotarlo como Peso pasa tamiz N.4 (B.a) Paso 4. El material grueso que ha quedado retenido en el tamiz Nº4, se separará, para ello es necesario buscar los siguientes tamices JUEGO DE TAMIZ PARA GRAVAS O AGREGADO GRUESO Tamiz 3 ; 2 ; 1 ½ ; 1 ; 3/4 ; 3/8 ; 1/4"; Nº4 TAMIZ 3 TAMIZ 2 8

9 TAMIZ 1 ½ TAMIZ 1 TAMIZ ¾ TAMIZ ⅜ TAMIZ ¼ TAMIZ Nº4 Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela 9

10 Al tener los tamices, colocar con el cucharón las gravas en el tamiz de 3 (3 pulgadas), lo que quede retenido en la malla se colocará a un lado para posteriormente pesarlo en la balanza. Cabe destacar, entre más pulgadas tenga el tamiz mayor será la abertura de la cuadrícula de cada malla, por tanto si la muestra no tiene grandes rocas que queden retenidas en la malla por ejemplo del tamiz 3, se considerará el peso como cero (0) y se procederá con el siguientes tamiz el de 2 y así sucesivamente. Es importante tener en cuenta el material que pase el tamiz por ejemplo del de 2 se pasará por el siguiente tamiz de 1 ½ y el material que pase por este tamiz se pasara por el de 1 y así hasta llegar al Nº4, el material retenido en cada tamiz se pesará y anotará en la respectiva fila de la tabla 2. Material retenido en el tamiz Balanza para pesar el material retenido en el tamiz Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela 10

11 Tabla 2 Material grueso retenido en cada tamiz y posteriormente pesado TAMIZ ½ 1 3/4 3/8 1/4" Nº4 PESO RETENIDO (Gras.) Total Paso 5: Al tener todos los pesos retenidos de cada tamiz se suma para obtener el Peso acumulado tamiz N.4 (A) ACTIVIDAD Nº 2 Describir en forma detallada las características físicas de la muestra de suelo extraída en campo para determinar la fracción granular fina y anotar los datos en el lugar indicado. Paso 1. La arena y demás material fino que pasó el tamiz Nº4 se separarse, para ello es necesario buscar los siguientes tamices TAMIZ Nº8 TAMIZ Nº10 11

12 TAMIZ Nº16 TAMIZ Nº20 TAMIZ Nº30 TAMIZ Nº40 TAMIZ Nº50 TAMIZ Nº60 12

13 TAMIZ Nº80 TAMIZ Nº100 TAMIZ Nº200 Pas 200 Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela Paso 2. Realizar el cuarteo con la muestra de arena y demás material fino, lo primero hacer es mesclar todo el material con una pala y formar un cono con la muestra de suelo Mezclar y formar un cono 13

14 Seguidamente con una espátula aplana la parte superior del cono y divida la muestra en cuatro partes iguales separándolas entre sí. Recoge con la espátula las dos porciones situadas en cuadrantes opuestos (A + C, D + B) para obtener dos fracciones de la muestra inicial. Mezcla bien cada una de las dos fracciones, y si se aprecia que ambas muestras difieren mucho en el tamaño de partícula, vuelve a mezclarlo todo y a repetir el cuarteo. Al hacer de nuevo el cuarteo si la primera vez se tomaron las porciones A+C la segunda vez se tomará las porciones D+B. A D B C Aplanar cono y separar en cuatro partes Fuente: Fundamentos de Materiales (s.f) Paso 3. Realizado el cuarteo se colocará las porciones seleccionadas de aproximadamente 1½ Kg en el tamiz Nº10 y se tapará. Dado que este proceso se hará de forma mecánico y como en el agitador mecánico no caben todos los tamices se seleccionarán los siguientes Nº10; Nº20; Nº40; Nº60; Nº80; Nº100; Nº200 y por último el pasa 200 TAMIZ Nº10 Seleccionar dos montones opuestos A+C o D+B TAPA 14

15 AGITADOR MECÁNICO Fuente: Graterol 2015, material perteneciente al laboratorio de materiales de construcción y ensayos en el Núcleo Universitario Rafael Rangel Trujillo Venezuela AGITADOR MECÁNICO CON TAMICES Nº10 Nº20 Nº40 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PAS200 15

16 Paso 4. El material que ha quedado retenido en cada tamiz se pesará en la balanza electrónica y anotará los resultados en la tabla. La suma de todos los pesos retenidos darán un total que será el Peso Muestra Gr. (Bb) Balanza electrónica Tabla 1 Fracción granular fina TAMIZ Nº8 PESO RET. Grs Nº10 FRACCIÓN GRANULAR FINA Nº16 Nº20 Nº30 Nº40 Nº50 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PESO MUESTRA Gr. (Bb) PAS200 16

17 ACTIVIDAD Nº 3 Como ya se tienen todos los datos, ahora es posible hallar los cálculos para determinar el porcentaje retenido parcial de la fracción granular gruesa mediante una relación y se anotará en su respectiva columna de la tabla 1. % Retenido parcial = Peso retenido (Grs.) en el tamiz 100% Peso de la muestra total (T) Ejemplo 1. Supóngase que en la fracción granular gruesa el tamiz de 3/8 se obtuvo un Peso retenido (Grs.) de 1,45 Grs y que el Peso muestra total (T) es 5410,61 quedaría así. % Retenido parcial = 1.45 Grs 100% = 0,02% 5410,61 (T) Este procedimiento se realizará con todos los pesos retenidos de la fracción granular gruesa Tabla 1 TAMIZ ½ 1 3/4 PESO RETENIDO (Gras.) % RETENIDO PARCIAL 3/ ,02 1/4" Nº4 17

18 ACTIVIDAD Nº 4 Como ya se tienen todos los datos, ahora es posible hallar los cálculos para determinar el porcentaje retenido parcial de la fracción granular fina mediante una relación y se anotará en su respectiva columna de la tabla 1. Dado que al momento de colocar la arena y demás material fino en el agitador mecánico se extrajo mediante cuarteo solo una porción de la muestra, es necesario realizar un cálculo previo mediante una relación antes de hallar el porcentaje retenido parcial. Para tal efecto se utilizará la siguiente fórmula. Retenido parcial = Peso retenido (Grs.) Peso pasa tamiz N.4(A) Peso muestra Gr (Bb) Ejemplo 1. Supóngase que en la fracción granular fina para el tamiz Nº10 se tiene un peso retenido de 49,48 Grs donde el peso del pasa tamiz Nº4 es 5375 y que el peso muestra Gr. (Bb) es 1079,55 quedaría así. Retenido parcial =49,48Grs 5375 =246, ,55Grs FRACCIÓN GRANULAR FINA TAMIZ PESO RET. Grs Nº8 Nº10 49,48 246,35 Nº16 Nº20 Nº30 Nº40 Nº50 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PESO MUESTRA Gr. (Bb) 1079,55 PAS200 18

19 Ahora si se aplica la misma fórmula utilizada para hallar el porcentaje retenido parcial. Para tal efecto se utilizará la siguiente fórmula, no obstante es bueno tener en cuenta que en peso retenido se utilizará el dato obtenido en la formula anterior quedaría así. % Retenido parcial = Peso retenido (Grs.) 100% Peso de la muestra total (T) Tabla 1 % Retenido parcial = 246,35 Grs 100% = 4,55% 5410,61 (T) FRACCIÓN GRANULAR FINA TAMIZ Nº8 PESO RET. Grs % RETENIDO PARCIAL Nº10 49,48 246,35 4,55 Nº16 Nº20 Nº30 Nº40 Nº50 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PESO MUESTRA Gr. (Bb) 1079,55 PAS200 19

20 ACTIVIDAD Nº 5 A partir de los datos obtenidos en el porcentaje retenido parcial de la fracción granular gruesa y del porcentaje retenido parcial de la fracción granular fina, se hallará el porcentaje retenido acumulado y colocarlo en la respectiva columna de la tabla 1. FRACCIÓN GRANULAR GRUESA PESO MUESTRA TOTAL (T) PESO ACUMULADO TAMIZ N.4(A) PESO PASA TAMIZ N.4 (B.a) Tabla 1 TAMIZ ½ 1 3/4 PESO RET. Grs % RETENIDO PARCIAL % RETENIDO ACUMULADO 3/8 0,02 0,02 1/4" 0,12 0,14 Nº4 0,50 0,64 TAMIZ PESO RET. Grs 4,55 5,19 Nº8 11,04 16,23 Nº10 FRACCIÓN GRANULAR FINA Nº16 Nº20 Nº30 Nº40 Nº50 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PESO MUESTRA Gr. (Bb) PAS200 20

21 El procedimiento consiste en colocar el porcentaje retenido parcial en la columna del porcentaje retenido acumulado y se suma, la fórmula es la siguiente y el resultado se muestra en la tabla anterior (Tabla 1) %Retenido acumulado=acumulado anterior+%retenido parcial Ejemplo 1. En el supuesto que en el tamiz 3/8 el %RETENIDO PARCIAL sea 0,02 se coloca en la columna del %RETENIDO ACUMULADO y este se suma con el siguiente hasta terminar todos los tamices tanto los de la fracción granular gruesa como los de la fracción granular fina, tal como se muestra en la tabla anterior (Tabla 1). ACTIVIDAD Nº 6 A partir de los datos obtenidos en el porcentaje %RETENIDO ACUMULADO se hallará el porcentaje que pasa tanto para la fracción granular gruesa como para la fracción granular fina y colocará en la respectiva columna de la tabla 1 y la formula es la siguiente. %Que pasa=100-%retenido Acumulado Ejemplo 1. En el supuesto que para el %RETENIDO ACUMULADO sea 0,02 se restaría a 100-0,02=99,98 y así sucesivamente hasta terminar de restar los datos de la fracción granular gruesa y de la fracción granular fina. TABLA 1 TAMIZ PESO RET. Grs % RETENIDO PARCIAL % RETENIDO ACUMULADO % QUE PASA 3/ ,98 POST-LABORATORIO ACTIVIDAD Nº 6 Dado que se ha explicado cómo se determinan todos los datos, ya se puede llenar por completo la siguiente tabla y graficar la curva granulométrica 21

22 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO MÉTODO DEL TAMIZADO FRACCIÓN GRANULAR GRUESA PESO MUESTRA TOTAL (T) PESO ACUMULADO TAMIZ N.4(A) PESO PASA TAMIZ N.4 (B.a) TAMIZ ½ 1 PESO RET. Grs % RETENIDO PARCIAL % RETENIDO ACUMULADO % QUE PASA Tabla 1 3/4 3/8 1/4" Nº4 TAMIZ Nº8 PESO RET. Grs Nº10 FRACCIÓN GRANULA R FINA Nº16 Nº20 Nº30 Nº40 Nº50 Nº60 Nº80 Nº100 Nº200 PESO MUESTRA Gr. (Bb) PAS200 22

23 CURVA GRANULOMÉTRICA ACTIVIDAD Nº 7 Con los datos obtenidos en la columna del porcentaje que pasa se dibujará sobre un sistema de ejes coordenados la curva granulométrica del material, marcando las aberturas de la mallas en la escala logarítmica sobre el eje de las abscisas y los porcentajes que pasa de cada tamiz en el eje de las ordenadas, luego se unirán todos los puntos graficados formando un trazo continuo. Es fundamental tener claro que los resultados son representados gráficamente en un papel denominado "log-normal" pues en la horizontal se encuentra una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva y dependiendo de ésta es posible ver si el suelo tiene una buena distribución de tamaños de granos, por tanto se puede considerar si el suelo está bien gradado o no. 23

24 24

25 En la siguiente sección de la práctica se proporcionarán un conjunto de tips, cuyo fin será facilitar el trabajo en el ensayo Tips 1: al momento de colocar toda la muestra de suelo que se pasará primero por el tamiz Nº4 para separar las gravas de la arena y demás partículas finas se recomienda no rebosar el tamiz. Tips 2: el material que se pasará por el tamiz se hará de forma manual significa que se moverá de izquierda a derecha con la mano hasta que pase el material. Tips 3: Cuando se habla que la fracción fina después del cuarteo se pasará por el agitador mecánico significa que la separación de la muestra se hará de forma mecánica. 25

26 CONCLUSIONES GENERALES DE LA PRÁCTICA En la siguiente sección especifique las conclusiones a las que ha llegado en la práctica 26

27 REFERENCIAS Fundamentos de Materiales (s.f) Prácticas de Laboratorio. [Documento en línea]. Disponible: [Consulta: 2012, diciembre 6] Guzmán, R. y García, L. (2012). Análisis granulométrico. [Documento en línea]. Disponible: [Consulta: 2012, diciembre 6] Mecánica de los materiales [Documento en línea]. Disponible: ermrhe-0809/1a-mecanica%20suelo.pdf Consulta: 2012, diciembre 6] 27

28 28